第十五章　第3课时　气体的性质-2025年高中物理大一轮复习

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。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＋eq\f(mg,S)。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，则气体压强为p＝p0－eq\f(mg,S)＝p0－ρ液gh。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。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________考点二气体实验定律理想气体状态方程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________eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)拓展：Δp＝eq\f(p1,T1)ΔT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________eq\f(V1,T1)＝________拓展：ΔV＝eq\f(V1,T1)ΔT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＝eq\f(m,Mmol)，R为常数，对所有气体都相等。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________。(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。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·河南安阳市模拟)如图所示，上端开口、横截面积为S且导热性能良好的汽缸放置在水平面上，大气压强为p0。汽缸内有一卡子，横截面积为S的轻质活塞上面放置一个质量为m的重物，活塞下面密封一定质量的理想气体。当气体温度为T1时，活塞静止，此位置活塞与卡子距离为活塞与汽缸底部距离的eq\f(1,3)。现缓慢降低汽缸温度，活塞被卡子托住后，继续降温，直到缸内气体压强为eq\f(1,2)p0。已知重力加速度为g，活塞厚度、汽缸壁厚度及活塞与汽缸壁之间的摩擦均不计。求：(1)活塞刚接触卡子瞬间，缸内气体的温度；(2)缸内气体压强为eq\f(1,2)p0时气体的温度。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例3(2023·河南郑州市调研)如图所示，足够长U形管竖直放置，左右两侧分别用水银封有A、B两部分气体，气柱及液柱长度如图中标注所示。已知大气压强为p0＝76cmHg，L1＝6cm，h1＝4cm，h2＝32cm，管壁导热良好，环境温度为t1＝－3℃且保持不变。(1)若从右侧缓慢抽出一部分水银，使下方液柱左右液面相平，则需要从右侧管中抽出多长的水银？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)若仅缓慢加热A部分气体，使下方液柱左右液面相平，则此时A部分气体温度为多少？(结果保留整数)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________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eq\f(1,6)。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；(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eq\f(4,5)。求气球驻留处的大气温度T。______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