章末复习课
【知识体系】
[答案填写] ①标志 ②t+273.15 K ③碰撞 ④密集程度 ⑤温度 ⑥原点 ⑦体积 ⑧直线 ⑨压强 ⑩理想气体
主题1 气体的实验定律
1.玻意耳定律.
(1)条件:质量不变,温度不变.
(2)公式:pV=C或p1V1=p2V2或=.
2.查理定律.
(1)条件:质量不变,体积不变.
(2)公式:=C或=.
3.盖—吕萨克定律.
(1)条件:质量不变,压强不变.
(2)公式:=C或 =.
4.使用步骤:
(1)确定研究对象,并判断是否满足某个实验定律条件;
(2)确定初末状态及状态参量;
(3)根据实验定律列方程求解(注意单位统一);
(4)注意分析隐含条件,做出必要的判断和说明.
【例1】 (2016·全国Ⅱ卷)一氧气瓶的容积为0.08 m3,开始时瓶中氧气的压强为20个大气压.某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36 m3.当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时,需重新充气.若氧气的温度保持不变,则这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天.
解析:设氧气开始时的压强为p1,体积为V1,压强变为p2(两个大气压)时,体积为V2,
根据玻意耳定律得p1V1=p2V2①
重新充气前,用去的氧气在p2压强下的体积为V3=V2-V1②
设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0,则有p2V3=p0V0③
设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为ΔV,则氧气可用的天数为N=④
联立①②③④式,并代入数据得
N=4(天).⑤
答案:4天
针对训练
1.如图所示为一种减震垫,上面布满了圆柱状薄膜气泡,每个气泡内充满体积为V0,压强为p0的气体,当平板状物品平放在气泡上时,气泡被压缩.若气泡内气体可视为理想气体,其温度保持不变,当体积压缩到V时气泡与物品接触面的面积为S,求此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力.
解析:设压力为F,压缩后气体压强为p,
由p0V0=pV和F=pS,
解得F=p0S.
答案:p0S
主题2 理想气体状态方程
1.条件:理想气体.
2.公式:=C或=.
3.步骤:
(1)确定研究对象,是否质量不变;
(2)确定初末状态及状态参量;
(3)根据理想气体方程求解(注意单位统一);
(4)注意分析隐含条件(变质量问题转化为定质量问题),做出必要的判断和说明.
【例2】 (2014·上海卷)如图,一端封闭、粗细均匀的U形玻璃管开口向上竖直放置,用水银将一段气体封闭在管中.当温度为280 K时,被封闭的气柱长L=22 cm,两边水银柱高度差h=16 cm,大气压强p0=76 cmHg.
(1)为使左端水银面下降3 cm,封闭气体温度应变为多少?
(2)封闭气体的温度重新回到280 K后,为使封闭气柱长度变为20 cm,需向开口端注入的水银柱长度为多少?
解析:(1)初态压强
p1=(76-16)cmHg=60 cmHg.
末态时左右水银面高度差为
(16-2×3)cm=10 cm,
压强p2=(76-10)cmHg=66 cmHg.
由理想气体状态方程:=,
解得T2==×280 K=350 K.
(2)设加入的水银高度为l,末态时左右水银面高度差
h′=(16+2×2)-l.
由玻意耳定律:p1V1=p3V3.
式中p3=76-(20-l),
解得:l=10 cm.
答案:(1)350 K (2)10 cm
针对训练
2.如图,气缸左右两侧气体由绝热活塞隔开,活塞与气缸光滑接触.初始时两侧气体均处于平衡态,体积之比V1∶V2=1∶2,温度之比T1∶T2=2∶5.先保持右侧气体温度不变,升高左侧气体温度,使两侧气体体积相同;然后使活塞导热,两侧气体最后达到平衡,求:
(1)两侧气体体积相同时,左侧气体的温度与初始温度之比;
(2)最后两侧气体的体积之比.
解析:(1)设初始时压强为p.
左侧气体满足:=,
右侧气体满足:pV2=p′V.
解得k==2.
(2)活塞导热达到平衡.
左侧气体满足:=,
右侧气体满足:=,
平衡时T1′=T2′,
解得==.
答案:(1)2 (2)
主题3 气体的图象问题
【例3】 (多选)如图所示,用活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸中,现用水平外力F作用于活塞杆,使活塞缓慢地向右移动一段距离,由状态①变化到状态②.如果环境保持恒温,分别用p、V、T表示该理想气体的压强、体积、温度.气体从状态①变化到状态②.下列图象中可以表示此过程的是( )
解析:由题意知,由状态①变化到状态②的过程中,温度保持不变,体积增大,根据=C可知压强减小.对A图象进行分析,p-V图象是双曲线即等温线,且由①到②体积增大,压强减小,故A正确.对B图象进行分析,p-V图象是直线,温度会发生变化,故B错误.对C图象进行分析,可知温度不变,但体积减小,故C错误.对D图象进行分析,可知温度不变,压强减小,体积增大,故D正确.
答案:AD
针对训练
3.(多选)一定质量的理想气体经过如图所示的一系列过程,下列说法中正确的是( )
A.a→b过程中,气体体积增大,压强减小
B.b→c过程中,气体压强不变,体积增大
C.c→a过程中,气体压强增大,体积变小
D.c→a过程中,气体内能增大,体积不变
答案:AD
统揽考情
气体是高考的必考部分,这也说明本章在高考中所占比重比较大.本章习题在新课标高考中多以计算题的形式出现,而且是必考的一类题.考查内容:气体实验定律和理想气体状态方程,还要涉及压强计算和压强的微观表示方法.
真题例析
(2016·全国Ⅰ卷)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强,两压强差Δp与气泡半径r之间的关系为Δp=,其中σ=0.070 N/m.现让水下10 m处一半径为0.50 cm的气泡缓慢上升.已知大气压强p0=1.0×105Pa,水的密度ρ=1.0×103kg/m3,重力加速度大小g=10 m/s2.
(1)求在水下10 m处气泡内外的压强差;
(2)忽略水温随水深的变化,在气泡上升到十分接近水面时,求气泡的半径与其原来半径之比的近似值.
解析:(1)由公式Δp=,得
Δp=Pa=28 Pa,
水下10 m处气泡的压强差是28 Pa.
(2)忽略水温随水深的变化,所以在水深10 m处和在接近水面时气泡内温度相同.
由玻意耳定律得p1V1=p2V2①
其中,V1=πr②
V2=πr③
由于气泡内外的压强差远小于水压,气泡内压强可近似等于对应位置处的水压,所以有
p1=p0+ρgh1=2×105Pa=2p0④
p2=p0⑤
将②③④⑤带入①得,
2p0×πr=p0×πr,
气泡的半径与其原来半径之比的近似值=≈1.3.
答案:(1)28 Pa (2)1.3
针对训练
(2015·全国Ⅰ卷)如图所示,一固定的竖直气缸有一大一小两个同轴圆筒组成,两圆筒中各有一个活塞,已知大活塞的质量为m1=2.50 kg,横截面积为S1=80.0 cm2,小活塞的质量为m2=1.50 kg,横截面积为S2=40.0 cm2;两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为l=40.0 cm,气缸外大气压强为p=1.00×105 Pa,温度为T=303 K.初始时大活塞与大圆筒底部相距,两活塞间封闭气体的温度为T1=495 K,现气缸内气体温度缓慢下降,活塞缓慢下移,忽略两活塞与气缸壁之间的摩擦,重力加速度g取10 m/s2,求:
(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,缸内封闭气体的温度;
(2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时,缸内封闭气体的压强.
解析:(1)大小活塞缓慢下降过程,活塞外表受力情况不变,气缸内压强不变,气缸内气体为等压变化.
初始状态:V1=(S1+S2),T1=495 K;
末状态:V2=LS2.
由盖-吕萨克定律:=代入数值可得:T2=330 K.
(2)对大小活塞受力分析则有
m1g+m2g+pS1+p1S2=pS2+p1S1,
可得p1=1.1×105 Pa,
缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时,气体体积不变,为等容变化.
初状态:p1=1.1×105 Pa,T2=330 K,
末状态:T=303 K,
由查理定律=,得p2=1.01×105 Pa.
答案:(1)330 K (2)1.01×105 Pa
1.如图,竖直放置、开口向下的试管内用水银封闭一段气体,若试管自由下落,管内气体( )
A.压强增大,体积增大
B.压强增大,体积减小
C.压强减小,体积增大
D.压强减小,体积减小
解析:初始时,水银处于静止状态,受到的重力和封闭气体的压力之和与外界大气压力等大反向;当试管自由下落时,管中水银也处于完全失重状态,加速度为g竖直向下,所以封闭气体的压强与外界大气压等大;由此可知封闭气体的压强增大,根据理想气体状态方程可知,气体的体积减小,B项正确.
答案:B
2.(2015·江苏卷)给某包装袋充入氮气后密封,在室温下,袋中气体压强为1个标准大气压、体积为1 L.将其缓慢压缩到压强为2个标准大气压时,气体的体积变为0.45 L.请通过计算判断该包装袋是否漏气.
解析:将包装袋压缩到压强为2个标准大气压温度不变:
初状态:p1=1 atm,V1=1 L;
末状态:p1=2 atm.
由玻意耳定律:p1V1=p2V2,
解得:V2=0.5 L>0.45 L.
则会漏气.
答案:会漏气
3.(2015·重庆卷)北方某地的冬天室外气温很低,吹出的肥皂泡会很快冻结.若刚吹出时肥皂泡内气体温度为T1,压强为p1,肥皂泡冻结后泡内气体温度降为T2.整个过程中泡内气体视为理想气体,不计体积和质量变化,大气压强为p0.求冻结后肥皂膜内外气体的压强差.
解析:由题知质量和体积不变得
初状态:p1,T1,末状态:p2,T2.
由查理定理:=,则:p2=T2,
则压强差:Δp=p2-p1=p1-p1=p1.
答案:p1
4.(2016·全国Ⅲ卷)一U形玻璃管竖直放置,左端开口,右端封闭,左端上部有一光滑的轻活塞.初始时,管内汞柱及空气柱长度如图所示.用力向下缓慢推活塞,直至管内两边汞柱高度相等时为止.求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离.已知玻璃管的横截面积处处相同;在活塞向下移动的过程中,没有发生气体泄漏;大气压强p0=75.0 cmHg.环境温度不变.
解析:设初始时,右管中空气柱的压强为p1,长度为l1;左管中空气柱的压强为p2=p0,长度为l2.活塞被推下h后,右管中空气柱的压强为p′1,长度为l′1;左管中空气柱的压强为p′2,长度为l′2.以cmHg为压强单位,由题给条件,得
p1=p0+cmHg,
l′1=cm.
根据玻意耳定律得p1l1=p′1l′1,
联立解得p′1=144 cmHg,
根据题意可得p′1=p′2,
l′2=(4.00+-h)cm,
根据玻意耳定律可得,p2l2=p′2l′2,
解得h=9.42 cm.
答案:144 cmHg 9.42 cm
5.(2015·海南卷)如图所示,一底面积为S、内壁光滑的圆柱形容器竖直放置在水平地面上,开口向上,内有两个质量均为m的相同活塞A和B ;在A与B之间、B与容器底面之间分别封有一定量的同样的理想气体,平衡时体积均为V.已知容器内气体温度始终不变,重力加速度大小为g,外界大气压强为p0.现假设活塞B发生缓慢漏气,致使B最终与容器底面接触.求活塞A移动的距离.
解析:A与B之间、B与容器底面之间的气体压强分别为p1、p2,在漏气前,对A分析有p1=p0+,对B有p2=p1+.
B最终与容器底面接触后,AB间的压强为p,气体体积为V′,则有p=p0+,
因为温度始终不变,
对于混合气体有(p1+p2)·2V=pV′,
漏气前A距离底面的高度为h=,
漏气后A距离底面的高度为h′=.
联立可得Δh=-.
答案:-