2019年度高考物理一轮复习第十三章热学专题强化十四应用气体实验定律解决“三类模型问题”课件.ppt

1、第十三章 热 学,专题强化十四应用气体实验定律解决“三类模型问题”,1.本专题是气体实验定律在玻璃管液封模型、汽缸活塞类模型、变质量气体模型中的应用，高考在选考模块中通常以计算题的形式命题.2.学好本专题可以帮助同学们熟练的选取研究对象和状态变化过程，掌握处理三类模型问题的基本思路和方法.3.本专题用到的相关知识和方法有：受力分析、压强的求解方法、气体实验定律等.,研透命题点,1.三大气体实验定律(1)玻意耳定律(等温变化)：p1V1p2V2或pVC(常数).,命题点一“玻璃管液封”模型,能力考点师生共研,模型构建,2.利用气体实验定律及气态方程解决问题的基本思路,3.玻璃管液封模型求液柱封闭

2、的气体压强时，一般以液柱为研究对象分析受力、列平衡方程，要注意：(1)液体因重力产生的压强大小为pgh(其中h为至液面的竖直高度)；(2)不要漏掉大气压强，同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力；(3)有时可直接应用连通器原理连通器内静止的液体，同种液体在同一水平面上各处压强相等；(4)当液体为水银时，可灵活应用压强单位“cmHg”等，使计算过程简捷.,类型1单独气体问题例1(2017全国卷33(2)一种测量稀薄气体压强的仪器如图1(a)所示，玻璃泡M的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管K1和K2.K1长为l，顶端封闭，K2上端与待测气体连通；M下端经橡皮软管与充有水银的容器R连通.开始测量时，M与

3、K2相通；逐渐提升R，直到K2中水银面与K1顶端等高，此时水银已进入K1，且K1中水银面比顶端低h，如图(b)所示.设测量过程中温度、与K2相通的待测气体的压强均保持不变.已知K1和K2的内径均为d，M的容积为V0，水银的密度为，重力加速度大小为g.求：(1)待测气体的压强；,图1,答案,解析,解析水银面上升至M的下端使玻璃泡中气体恰好被封住，设此时被封闭的气体的体积为V，压强等于待测气体的压强p.提升R，直到K2中水银面与K1顶端等高时，K1中水银面比顶端低h；设此时封闭气体的压强为p1，体积为V1，则,由力学平衡条件得p1pgh ,整个过程为等温过程，由玻意耳定律得pVp1V1 联立式得,

4、(2)该仪器能够测量的最大压强.,答案,解析,解析由题意知hl 联立式有,该仪器能够测量的最大压强为,变式1(2015全国卷33(2)如图2，一粗细均匀的U形管竖直放置，A侧上端封闭，B侧上端与大气相通，下端开口处开关K关闭；A侧空气柱的长度为l10.0 cm，B侧水银面比A侧的高h3.0 cm.现将开关K打开，从U形管中放出部分水银，当两侧水银面的高度差为h110.0 cm时将开关K关闭.已知大气压强p075.0 cmHg.(1)求放出部分水银后A侧空气柱的长度；,答案,解析,图2,答案12.0 cm,解析以cmHg为压强单位.设A侧空气柱长度l10.0 cm时的压强为p；当两侧水银面的高度

5、差为h110.0 cm时，空气柱的长度为l1，压强为p1.由玻意耳定律得plp1l1 由力学平衡条件得pp0h 打开开关K放出水银的过程中，B侧水银面处的压强始终为p0，而A侧水银面处的压强随空气柱长度的增加逐渐减小，B、A两侧水银面的高度差也随之减小，直至B侧水银面低于A侧水银面h1为止.由力学平衡条件有p1p0h1 联立式，并代入题给数据得l112.0 cm ,(2)此后再向B侧注入水银，使A、B两侧的水银面达到同一高度，求注入的水银在管内的长度.,答案,解析,答案13.2 cm,解析当A、B两侧的水银面达到同一高度时，设A侧空气柱的长度为l2，压强为p2.由玻意耳定律得plp2l2由力学

6、平衡条件有p2p0联立式，并代入题给数据得l210.4 cm设注入的水银在管内的长度为h，依题意得h2(l1l2)h1联立式，并代入题给数据得h13.2 cm.,类型2关联气体问题例2(2016全国卷33(2)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3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p075.0 cmHg.环境温度不变.(保留三位有效数字),答案,解析,答案144 cmHg9.42 c

7、m,图3,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p2p0，长度为l2.活塞被下推h后，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，长度为l2.以cmHg为压强单位.由题给条件得p1p0(20.05.00) cmHg90 cmHgl120.0 cm ,由玻意耳定律得p1l1Sp1l1S ,联立式和题给条件得p1144 cmHg 依题意p2p1 ,由玻意耳定律得p2l2Sp2l2S 联立式和题给条件得h9.42 cm.,变式2如图4所示，由U形管和细管连接的玻璃泡A、B和C浸泡在温度均为0 的水槽中，B的容积是A的3倍.阀门S将A和B两部分隔开

8、.A内为真空，B和C内都充有气体.U形管内左边水银柱比右边的低60 mm.打开阀门S，整个系统稳定后，U形管内左右水银柱高度相等.假设U形管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积.(1)求玻璃泡C中气体的压强(以mmHg为单位)；,答案,解析,图4,答案180 mmHg,解析在打开阀门S前，两水槽水温均为T0273 K.设玻璃泡B中气体的压强为p1，体积为VB，玻璃泡C中气体的压强为pC，依题意有p1pCp 式中p60 mmHg.打开阀门S后，两水槽水温仍为T0，设玻璃泡B中气体的压强为pB，依题意，有pBpC 玻璃泡A和B中气体的体积V2VAVB 根据玻意耳定律得p1VBpBV2 联立式，并代

9、入已知数据得,(2)将右侧水槽中的水从0 加热到一定温度时，U形管内左右水银柱高度差又为60 mm，求加热后右侧水槽的水温.,答案,解析,答案364 K,解析当右侧水槽的水温加热至T时，U形管左右水银柱高度差为p，玻璃泡C中气体的压强pCpBp ,联立式，并代入题给数据得T364 K.,汽缸活塞类问题是热学部分典型的物理综合题，它需要考虑气体、汽缸或活塞等多个研究对象，涉及热学、力学等物理知识，需要灵活、综合地应用知识来解决问题.1.一般思路(1)确定研究对象，一般地说，研究对象分两类：一类是热学研究对象(一定质量的理想气体)；另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统).(2)分析物理过程，对

10、热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律列出方程；对力学研究对象要正确地进行受力分析，依据力学规律列出方程.(3)挖掘题目的隐含条件，如几何关系等，列出辅助方程.(4)多个方程联立求解.对求解的结果注意检验它们的合理性.,命题点二“汽缸活塞类”模型,能力考点师生共研,模型构建,2.常见类型(1)气体系统处于平衡状态，需综合应用气体实验定律和物体的平衡条件解题.(2)气体系统处于力学非平衡状态，需要综合应用气体实验定律和牛顿运动定律解题.(3)两个或多个汽缸封闭着几部分气体，并且汽缸之间相互关联的问题，解答时应分别研究各部分气体，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程，还

11、要写出各部分气体之间压强或体积的关系式，最后联立求解.说明当选择力学研究对象进行分析时，研究对象的选取并不唯一，可以灵活地选整体或部分为研究对象进行受力分析，列出平衡方程或动力学方程.,类型1单独气体问题例3(2015全国卷33(2)如图5，一固定的竖直汽缸由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m12.50 kg，横截面积为S180.0 cm2；小活塞的质量为m21.50 kg，横截面积为S240.0 cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l40.0 cm；汽缸外大气的压强为p1.00105 Pa，温度为T303 K.初始时大活塞与大圆筒底部相距 ，两活塞间封闭

12、气体的温度为T1495 K.现汽缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移.忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取 10 m/s2.求：,图5,(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，汽缸内封闭气体的温度；,答案,解析,答案330 K,末状态V2lS2,(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.,答案,解析,答案1.01105 Pa,T3T303 K，解得p21.01105 Pa.,解析对大、小活塞受力分析则有m1gm2gpS1p1S2p1S1pS2可得p11.1105 Pa,变式3如图6所示，两端开口的汽缸水平固定，A、B是两个厚度不计的活塞，可在汽缸内无摩擦滑动，面

13、积分别为S120 cm2，S210 cm2，它们之间用一根水平细杆连接，B通过水平细绳绕过光滑的轻质定滑轮与质量为M2 kg的重物C连接，静止时汽缸中的气体温度T1600 K，汽缸两部分的气柱长均为L，已知大气压强p01105 Pa，取g10 m/s2，缸内气体可看做理想气体.(1)活塞静止时，求汽缸内气体的压强；,答案,解析,图6,答案1.2105 Pa,解析设静止时汽缸内气体压强为p1，活塞受力平衡p1S1p0S2p0S1p1S2Mg代入数据解得p11.2105 Pa,(2)若降低汽缸内气体的温度，当活塞A缓慢向右移动 时，求汽缸内气体的温度.,答案,解析,答案500 K,解析由活塞受力平衡可知缸内气体压强没有变化，设开始温度为T1，变化后温度为T2，由盖吕萨克定律得,代入数据解得T2500 K.,类型2关联气体问题例4(2017全国卷33(2)如图7，容积均为V的汽缸A、B下端有细管(容积可忽略)连通，阀门K2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门K1、K3；B中有一可自由滑动的活塞(质量、