2025高考物理总复习气体的性质

第十五章热学第3课时气体的性质目标要求1.掌握气体压强的计算方法。2.掌握气体实验定律的内容、适用条件，并会应用解决问题。3.会分析气体状态变化的图像问题。内容索引考点一

气体压强的计算考点二

气体实验定律理想气体状态方程考点三

气体状态变化的图像问题课时精练><考点一气体压强的计算1.活塞模型如图所示是最常见的封闭气体的两种方式。求气体压强的基本方法：先对活塞进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程。图甲中活塞的质量为m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0。由于活塞处于平衡状态，所以p0S＋mg＝pS，则气体的压强为p＝p0＋图乙中的液柱也可以看成“活塞”，由于液柱处于平衡状态，所以pS＋mg＝p0S，2.连通器模型如图所示，U形管竖直放置。同一液体中的相同高度处压强一定相等，所以气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来。则有pB＋ρgh2＝pA，而pA＝p0＋ρgh1，所以气体B的压强为pB＝p0＋ρg(h1－h2)。例1

若已知大气压强为p0，液体密度均为ρ，重力加速度为g，图甲、乙中汽缸横截面积为S，不计摩擦力，下列图中各装置均处于静止状态，求各装置中被封闭气体的压强。己：pa＝p0＋ρg(h2－h1－h3)

pb＝p0＋ρg(h2－h1)题图甲：选汽缸为研究对象，受力分析如图(a)所示，题图乙：选活塞为研究对象，受力分析如图(b)所示由平衡条件，有p乙S下sinα＝p0S上＋FN＋mg，FN＝Mg，S下sinα＝S上，题图丙：以B液面为研究对象，由平衡条件有p丙S＋ρghS＝p0S，所以p丙＝p0－ρgh题图丁：以A液面为研究对象，由平衡条件有p丁S＝p0S＋ρgh1S，所以p丁＝p0＋ρgh1题图戊：以B液面为研究对象，由平衡条件有p戊S＋ρghsin60°·S＝p0S题图己：从开口端开始计算，右端大气压强为p0，同种液体同一水平面上的压强相同，所以b气柱的压强为pb＝p0＋ρg(h2－h1)，故a气柱的压强为pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h1－h3)。返回气体实验定律理想气体状态方程><考点二

内容表达式图像玻意耳定律一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成_____p1V1＝p2V2

查理定律一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成_____

反比正比

内容表达式图像盖—吕萨克定律一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成_____

＝____

正比理想气体状态方程理想气体：在任何温度、任何

下都遵从气体实验定律的气体。①在压强不太大、温度不太低时，实际气体可以看作理想气体。②理想气体的分子间除碰撞外不考虑其他作用，一定质量的某种理想气体的内能仅由

决定。理想气体状态方程：__________或_______(质量一定的理想气体)*克拉伯龙方程：pV＝nRT，其中n表示物质的量，n＝

R为常数，对所有气体都相等。压强温度思考请从微观的角度解释气体实验三定律。(1)玻意耳定律的微观解释：一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能

。体积减小时，分子的数密度

，气体的压强

。不变增大增大(2)查理定律的微观解释：一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变，温度升高时，分子的平均动能

，气体的压强

。(3)盖—吕萨克定律的微观解释：一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能

。只有气体的体积同时增大，使分子的数密度

，才能保持压强不变。增大增大增大减小1.理想气体是一种假想的物理模型，实际上并不存在。(

)2.理想气体严格遵守气体实验定律。(

)3.一定质量的理想气体，温度升高时压强一定增大。(

)4.一定质量的理想气体温度升高，气体的内能一定增大。(

)√√×√例2

(2023·江苏南通市期末)图甲为气压升降椅，图乙为其模型简图，活塞与椅面的总质量为m，活塞横截面积为S，汽缸内封闭一定质量的理想气体，稳定时气柱长度为L。设汽缸气密性、导热性能良好，忽略摩擦力。已知大气压强为p0，室内温度为T0，重力加速度为g。(1)某同学盘坐在椅面上，稳定后缸内气柱长为

求该同学的质量M；人坐上椅子，缸内气体压强由p1变为p2，气体等温压缩，根据玻意耳定律可得以活塞与椅面为研究对象，根据平衡条件可得p1S＝p0S＋mg，p2S＝p0S＋mg＋Mg(2)该同学坐稳后，室内气温缓慢上升至1.1T0，求该过程外界对缸内气体做的功W。答案－0.1(p0S＋mg)L联立解得W＝－0.1(p0S＋mg)L。例3

(2023·江苏淮安市模拟)如图所示，粗细均匀的U形玻璃管竖直放置，右管口封闭，管内A、B两段水银柱将管内封闭有长均为10cm的a、b两段气体，水银柱A长为5cm，水银柱B在右管中的液面比在左管中的液面高5cm，大气压强为75cmHg，环境温度为320K，现将环境温度降低，使气柱b长度变为

9cm，求：(1)降低后的环境温度；答案280.32K开始时，左管中气柱a的压强为p1＝75cmHg＋5cmHg＝80cmHg右管中气柱b的压强为p2＝p1－5cmHg＝75cmHg温度降低后，气柱a的压强不变，气柱b的压强为p2′＝p1－7cmHg＝73cmHg对气柱b研究，根据理想气体状态方程有(2)水银柱A下降的高度。答案2.24cm解得L1′＝8.76cm，则水银柱A下降的高度为h＝1cm＋10cm－8.76cm＝2.24cm。例4

(2021·辽宁卷·14)如图(a)所示，“系留气球”是一种用缆绳固定于地面、高度可控的氦气球，作为一种长期留空平台，具有广泛用途。图(b)为某一“系留气球”的简化模型图；主、副气囊通过无漏气、无摩擦的活塞分隔，主气囊内封闭有一定质量的氦气(可视为理想气体)，副气囊与大气连通。轻弹簧右端固定、左端与活塞连接。当气球在地面达到平衡时，活塞与左挡板刚好接触，弹簧处于原长状态。在气球升空过程中，大气压强逐渐减小，弹簧被缓慢压缩。当气球上升至目标高度时，活塞与右挡板刚好接触，氦气体积变为地面时的1.5倍，此时活塞两侧气体压强差为地面大气压强的

已知地面大气压强p0＝1.0×105Pa、温度T0＝300K，弹簧始终处于弹性限度内，活塞厚度忽略不计。

(1)设气球升空过程中氦气温度不变，求目标高度处的大气压强p；答案5×104Pa氦气温度不变，则发生的是等温变化，设氦气在目标位置的压强为p1，(2)气球在目标高度处驻留期间，设该处大气压强不变。气球内外温度达到平衡时，弹簧压缩量为左、右挡板间距离的

。求气球驻留处的大气温度T。答案266K设此时氦气的压强为p2，活塞两侧压强相等，应用气体实验定律或理想气体状态方程解题的基本思路返回气体状态变化的图像问题><考点三类别特点(其中C为常量)举例p－VpV＝CT，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远

p＝

斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高

四种图像的比较类别特点(其中C为常量)举例p－T

V－T

例5一定质量的理想气体经过一系列变化过程，如图所示，下列说法中正确的是A.a→b过程中，气体温度降低，体积增大B.b→c过程中，气体温度不变，体积减小C.c→a过程中，气体压强增大，体积不变D.在c状态时，气体的体积最小√方法一：根据气体实验定律分析：a→b过程中，气体压强不变，温度降低，根据盖—吕萨克定律

＝C得知，体积应减小，故A错误；b→c过程中气体的温度保持不变，即气体发生等温变化，根据玻意耳定律pV＝C得知，由于压强减小，故体积增大，故B错误；c→a过程中，由题图可知，p与T成正比，则气体发生等容变化，体积不变，温度升高则压强增大，综上所述可知在b状态时，气体的体积最小，故C正确，D错误。方法二：根据图像斜率的意义分析：拓展根据例5中气体状态变化的p－T图像，定性作出三个过程的V－T图像和p－V图像。答案处理气体状态变化的图像问题的技巧1.图像上的某一条直线段或曲线段对应气体状态变化的一个过程，首先要看此过程属于等温、等容还是等压变化，然后用相应规律求解。2.在V－T图像(或p－T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)时，可直接根据气体实验定律确定两个状态参量的关系，也可根据某点与原点连线斜率的大小确定，斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大。返回课时精练1.(2023·江苏南京市开学考)如图，容器P和容器Q通过阀门K连接，P的容积是Q的2倍。P中盛有氧气，气压为4p0，Q中为真空，打开阀门，氧气进入容器Q，设整个过程中气体温度不变，氧气视为理想气体，稳定后，检测容器P的气压表示数为123456789√1234567892.(2024·江苏扬州市期初考)一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如V－

图上从a到b的线段所示。在此过程中气体的温度A.保持不变 B.逐渐变大C.逐渐变小 D.先变小后变大123456789√3.(2023·江苏卷·3)如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中A.气体分子的数密度增大B.气体分子的平均动能增大C.单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小D.单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小√123456789123456789根据理想气体状态方程则从A到B为等容线，即从A到B气体体积不变，则气体分子的数密度不变，选项A错误；从A到B气体的温度升高，则气体分子的平均动能增大，选项B正确；从A到B气体的压强变大，气体体积不变，则单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力增大，选项C错误；气体分子的数密度不变，从A到B气体分子的平均速率变大，则单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数增大，选项D错误。4.(2023·辽宁卷·5)“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p－T图像如图所示。该过程对应的p－V图像可能是√123456789根据

从a到b，气体压强不变，温度升高，则体积变大；从b到c，气体压强减小，温度降低，因c点与原点连线的斜率小于b点与原点连线的斜率，c状态的体积大于b状态的体积，故选B。1234567895.(2023·江苏南京市二模)如图甲所示，一个导热汽缸水平放置，内部封闭着热力学温度为T0的理想气体，活塞横截面积为S，活塞与汽缸底部距离为L，大气压强为p0，重力加速度为g，活塞与汽缸之间摩擦忽略不计。先保持温度不变，将汽缸缓慢转动90°(如图乙)，活塞与汽缸底部距离变为0.9L。再对气体缓慢加热，活塞离汽缸底部距离变为1.2L(如图丙)，求：(1)活塞的质量m；123456789根据题意，由平衡条件可知，汽缸水平放置时，内部气体压强为p1＝p0体积为V1＝SL123456789体积为V2＝0.9SL由玻意耳定律有p1V1＝p2V2(2)气体加热后的热力学温度T。1234567896.(2024·江苏南京市调研)如图所示，在足够长的光滑斜面上，有一端封闭的导热玻璃管。玻璃管内部液柱封闭了一定量的理想气体，外界温度保持不变。在斜面上静止释放玻璃管，当液柱在玻璃管中相对稳定后，以下说法正确的是A.封闭气体的长度将变长B.封闭气体的分子平均动能减小C.封闭气体压强小于外界大气压D.单位时间内，玻璃管内壁单位面积上所受气体分子撞击次数增加123456789√设外界大气压为p0，液柱的质量为m，玻璃管的截面积为S，斜面倾角为θ，重力加速度为g。玻璃管和液柱均处于静止状态时，封闭气体的压强123456789为p1＝p0＋

释放玻璃管稳定后，整体的加速度大小为a＝gsinθ，此时封闭气体的压强为p2，对液柱，根据牛顿第二定律可得p0S＋mgsinθ－p2S＝ma，解得p2＝p0，所以封闭气体压强减小，根据pV＝C，可知体积增大，气柱长度变长，故A正确，C错误；封闭气体温度不变，分子平均动能不变，故B错误；外界温度不变，在此过程中封闭气体的温度不变、内能不变、分子平均动能不变，气体压强减小、123456789分子数密度减小，则单位时间内，玻璃管内壁单位面积上所受气体分子撞击次数减少，故D错误。7.(2023·江苏南京市汉开书院阶段检测)工人浇筑混凝土墙壁时，内部形成了一块气密性良好充满空气的空腔(空腔体积不变)，墙壁导热性能良好。(1)空腔内气体的温度变化范围为－33～47℃，求空腔内气体的最小压强与最大压强之比；123456789123456789(2)填充空腔前，需要测出空腔的容积。在墙上钻一个小孔，用细管将空腔和一个带有气压传感器的汽缸连通，形成密闭空间。当汽缸内气体体积为1L时，传感器的示数为1.0atm。将活塞缓慢下压，汽缸内气体体积为0.7L时，传感器的示数为1.2atm。求该空腔的容积。123456789答案0.8L设空腔的容积为V0，汽缸的容积为V，以整个系统内的气体为研究对象，则未下压活塞时气体的压强p3＝1.0atm，体积V1＝V0＋V，V＝1L活塞下压后气体的压强p4＝1.2atm，体积V2＝V0＋V′，V′＝0.7L根据玻意耳定律p3V1＝p4V2，解得V0＝0.8L。1234567898.(2023·江苏省苏锡常镇四市一模)气体弹簧是车辆上常用的一种减震装置，其简化结构如图所示。直立圆柱形密闭汽缸导热性能良好，面积为S的活塞通过连杆与车轮轴连接。初始时汽缸内密闭一段长度为L0、压强为p1的理想气体。汽缸与活塞间的摩擦忽略不计。车辆载重时相当于在汽缸顶部增加一个物