人教版高中物理选修33第八章《气体》学案+练习.docx
- 文档编号:5739870
- 上传时间:2022-12-31
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:334.23KB
人教版高中物理选修33第八章《气体》学案+练习.docx
《人教版高中物理选修33第八章《气体》学案+练习.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《人教版高中物理选修33第八章《气体》学案+练习.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
人教版高中物理选修33第八章《气体》学案+练习
人教版高中物理选修(3-3)第八章《气体》学案+练习
一、气体压强的计算
1.容器静止或匀速运动时求封闭气体的压强
(1)连通器原理:
在连通器中,同一液体(中间液体不间断、静止)的同一水平液面上的压强是相等的.
(2)在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强p=ρgh时,应特别注意h是表示液面间竖直高度,不一定是液柱长度.
(3)求由液体封闭的气体压强,应选择最低液面列平衡方程.
(4)求由固体封闭(如汽缸和活塞封闭)气体的压强,应对此固体(如活塞或汽缸)进行受力分析,列合力平衡方程.
2.容器加速运动时求封闭气体的压强
(1)当容器加速运动时,通常选择与气体相关联的液体柱、固体等作为研究对象,进行受力分析,然后由牛顿第二定律列方程,求出封闭气体的压强.
(2)封闭气体的压强,不仅与气体的状态变化有关,还与相关的水银柱、活塞、汽缸等物体的受力情况和运动状态有关.解决这类问题的关键是要明确研究对象,分析研究对象的受力情况,再根据运动情况,列研究对象的平衡方程或牛顿第二定律方程,然后解方程,就可求得封闭气体的压强.
图1
例1
一段长为L的汞柱在均匀玻璃管中封住一定质量的气体,若将玻璃管开口向下放置,且管与水平面间的夹角为θ,如图1所示,则被封住气体的压强是多大?
(水银的密度为ρ,大气压强为p0)
答案 p0-ρgLsinθ
解析 设被封住气体的压强为p,则分析水银柱,其处于平衡状态,设水银柱的横截面积为S,则有pS+ρgLSsinθ=p0S,p=p0-ρgLsinθ.当封闭气体的液柱倾斜时,其产生的压强ρgh中的h是竖直高度.
例2
如图2,一汽缸水平固定在静止的小车上,一质量为m、面积为S的活塞将一定量的气体封闭在汽缸内,平衡时活塞与汽缸底相距L.现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动,稳定时发现活塞相对于汽缸移动了距离d.已知大气压强为p0,不计汽缸和活塞间的摩擦;且小车运动时,大气对活塞的压强仍可视为p0;整个过程温度保持不变.求小车加速度的大小.
图2
答案
解析 设小车加速度大小为a,稳定时汽缸气体的压强为p1,活塞受到汽缸内、外气体的压力分别为
f1=p1S①
f0=p0S②
由牛顿第二定律得
f1-f0=ma③
小车静止时,在平衡情况下,汽缸内气体的压强应为p0,由玻意耳定律得
p1V1=p0V④
式中V=SL⑤
V1=S(L-d)⑥
联立①②③④⑤⑥式得
a=
解题策略 这类问题的一般解题思路:
首先明确研究对象,然后明确初、末状态及状态参量,再利用玻意耳定律列方程,从而联立求解.对于充气、抽气类问题可以通过灵活选取研究对象,化变质量为一定质量,进行解答.
二、理想气体状态方程
应用状态方程解题的一般步骤
(1)明确研究对象,即某一定质量的理想气体;
(2)确定气体在始、末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2;
(3)由状态方程列式求解;
(4)讨论结果的合理性.
特别提醒 在涉及到气体的内能、分子势能问题中要特别注意是否为理想气体,在涉及气体的状态参量关系时往往将实际气体当作理想气体处理,但这时往往关注的是是否满足一定质量.
例3
如图3,绝热气缸A与导热气缸B均固定于地面,由刚性杆连接的绝热活塞与两气缸间均无摩擦.两气缸内装有处于平衡状态的理想气体,开始时体积均为V0、温度均为T0.缓慢加热A中气体,停止加热达到稳定后,A中气体压强为原来的1.2倍.设环境温度始终保持不变,求气缸A中气体的体积VA和温度TA.
图3
答案
V0 1.4T0
解析 设初态压强为p0,膨胀后A、B压强相等
pB=1.2p0
B中气体始、末状态温度相等,p0V0=1.2p0(2V0-VA)
得VA=
V0
A部分气体满足
=
,得TA=1.4T0.
方法指导 这类问题的处理方法:
确定研究对象后,再分析初、末状态的变化.若p、V、T三个量都发生变化,则选用
=常数列方程.若某一个量不变,则选用合适的定律,列方程求解,在涉及两部分气体时,要注意找出两部分气体的联系,再列出联立方程.
三、气体的图象问题
要会识别图象反映的气体状态的变化特点,并且熟练进行图象的转换,理解图象的斜率、截距的物理意义.当图象反映的气体状态变化过程不是单一过程,而是连续发生几种变化时,注意分段分析,要特别关注两阶段衔接点的状态.
例4
一定质量的理想气体,在状态变化过程中的pT图象如图4所示.在A状态时的体积为V0,试画出对应的VT图象和pT图象.
图4
答案 见解析图
解析 对气体A→B的过程,根据玻意耳定律,有p0V0=3p0VB,则VB=
V0.由此可知A、B、C三点的状态参量分别为:
A:
p0,T0,V0;B:
3p0,T0,
V0;C:
3p0,3T0,V0.VT图象和pV图象分别如图甲、乙所示.
四、对气体压强的理解
1.气体压强的大小等于气体作用在器壁单位面积上的压力.
2.产生原因:
大量气体分子无规则运动碰撞器壁,形成对器壁各处均匀的持续的压力而产生.
3.决定因素:
一定质量气体的压强大小,微观上取决于分子的平均动能和单位体积内的分子数;宏观上取决于气体的温度T和体积V.
例5
如图5所示,两个完全相同的圆柱形密闭容器,甲中装有与容器容积相等的水,乙中充满空气,试问:
图5
(1)两容器各侧壁压强的大小关系及压强的大小决定于哪些因素?
(容器容积恒定)
(2)若让两容器同时做自由落体运动,容器侧壁上所受压强将怎样变化?
答案 见解析
解析
(1)对甲容器,上壁的压强为零,底面的压强最大,其数值为p=ρgh(h为上下底面间的距离).侧壁的压强自上而下,由小变大,其数值大小与侧壁上各点距水面的竖直距离x的关系是p=ρgx.对乙容器,各处器壁上的压强大小都相等,其大小决定于气体的分子密集程度和温度.
(2)甲容器做自由落体运动时器壁各处的压强均为零.乙容器做自由落体运动时,器壁各处的压强不发生变化.
解题策略
(1)掌握好气体分子压强的微观解释.
(2)千万不要把液体和气体压强混淆,要从产生原因上加以区别.
章末检测
(时间:
90分钟 满分:
100分)
一、选择题(每小题5分,共50分)
1.关于理想气体,正确说法是( )
A.只有当温度很低时,实际气体才可当作理想气体
B.只有压强很大时,实际气体才可当作理想气体
C.在常温常压下,许多实际气体可当作理想气体
D.所有的实际气体在任何情况下,都可以当作理想气体
答案 C
2.已知湖水深度为20m,湖底水温为4℃,水面温度为17℃,大气压强为1.0×105Pa.当一气泡从湖底缓慢升到水面时,其体积约为原来的(取g=10m/s2,ρ水=1.0×103kg/m3)( )
A.12.8倍B.8.5倍
C.3.1倍D.2.1倍
答案 C
解析 湖底压强大约为p0+ρ水gh,即3个大气压,由气体状态方程,
=
,当一气泡从湖底缓慢升到水面时,其体积约为原来的3.1倍,选项C正确.
3.一定质量的理想气体发生状态变化时,其状态参量p、V、T的变化情况可能是( )
A.p、V、T都增大
B.p减小,V和T都增大
C.p和V减小,T增大
D.p和T增大,V减小
答案 ABD
解析 由
=C可知,A、B、D正确,C错误.
4.如图1,一定质量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b,在此过程中,其压强( )
图1
A.逐渐增大B.逐渐减小
C.始终不变D.先增大后减小
答案 A
解析 气体从a到b的变化过程中,体积V减小,温度T升高,由理想气体状态方程
=C可知,气体压强逐渐增大,本题只有选项A正确.
5.两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种理想气体,已知容器中气体的压强不相同,则下列判断中正确的是( )
A.压强小的容器中气体的温度比较高
B.压强大的容器中气体单位体积内的分子数比较少
C.压强小的容器中气体分子的平均动能比较小
D.压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大
答案 CD
解析 相同的容器分别装有等质量的同种气体,说明它们所含的分子总数相同,即分子数密度相同,B错;压强不同,一定是因为两容器气体分子平均动能不同造成的,压强小的容器中分子的平均动能一定较小,温度较低,故A错、C对;压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大,故D项正确.
6.如图2所示,两端封闭的粗细均匀的U形管中,封闭两段气柱,长度分别为l1,l2,现让管在竖直方向上运动,下述判断正确的是( )
图2
A.加速上升时,l1变长,l2变短
B.加速上升时,l2变长,l1变短
C.减速下降时,l2变长,l1变短
D.减速上升时,l1变短,l2变长
答案 BC
解析 管在竖直方向加速上升和减速下降时,加速度方向向上,水银柱超重,减速上升时失重.现在管静止时,p2=p1-ph,气柱l2的压强小,气柱l1的压强大,当超重时,l1长度变短,l2变长,B,C两项正确.当失重时,l1变长,l2变短.
7.一端封闭的玻璃管开口朝下浸入水中,在某一深度恰好能保持静止.如果水面上方大气压突然降低一些,玻璃管在水中的运动情况是( )
A.加速上升,直到玻璃管一部分露出水面
B.加速下降,直到水底
C.先加速下降,后减速下降至某一深度平衡
D.仍然静止
答案 A
解析 上方大气压突然降低,玻璃管中的气体体积增大,将管中的水挤出一部分而上升,上升过程中压强进一步减小,管内气体进一步膨胀,继续加速上升,直到玻璃管一部分露出水面,A正确.
8.如图3为一注水的玻璃装置,玻璃管D、E上端与大气相通,利用玻璃管C使A、B两球上部相通,D、C、E三管与两球接口处紧密封接.当A、B、D的水面高度差如图所示时,E管内水面相对B中水面的高度差h应等于( )
图3
A.0米B.0.5米
C.1米D.1.5米
答案 D
解析 表面看,1区、2区液面不在同一水平面,但1、2区以管C相通,p1=p2=pC.
即p1=p0+ρgh1 h1=1.5m
p2=p1=p0+ρgh 则h=1.5m,D正确.
注意:
若液柱倾斜,仍有p=p0+ρgh,而h为液柱竖直高度.
9.图4为伽利略设计的一种测温装置示意图,玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通,下端插入水中,玻璃泡中封闭有一定量的空气.若玻璃管内水柱上升,则外界大气的变化可能是( )
图4
A.温度降低,压强增大B.温度升高,压强不变
C.温度升高,压强减小D.温度不变,压强减小
答案 A
解析 对于一定质量的理想气体
=C,得出V=C
.当温度降低,压强增大时,体积减小,故A正确;当温度升高,压强不变时,体积增大,故B错;当温度升高,压强减小时,体积增大,故C错;当温度不变,压强减小时,体积增大,故D错.
10.如图5所示为竖直放置的上细下粗密闭细管,水银柱将气体分隔为A、B两部分,初始温度相同.使A、B升高相同温度达到稳定后,体积变化量为ΔVA,ΔVB,压强变化量ΔpA、ΔpB,对液面压力的变化量为ΔFA、ΔFB,则( )
图5
A.水银柱向上移动了一段距离
B.ΔVA<ΔVB
C.ΔpA>ΔpB
D.ΔFA=ΔFB
答案 AC
解析 假定水银柱不动,升高相同的温度,对气体A:
=
,得
=
,同理知
=
,又因为pA>pB,故pA′-pA>pB′-pB,所以水银柱向上移动,水银柱上下液面压强差更大,所以ΔpA>ΔpB,因此A、C两项正确;因为水银不可压缩,故ΔVA=ΔVB,B项错误;因为ΔFA=ΔpA·SA,ΔFB=ΔpB·SB,故D项错.故正确答案为A、C.
二、填空题(每小题5分,共10分)
11.一定质量的理想气体,当体积保持不变时,其压强随温度升高而增大,用分子动理论来解释,当气体的温度升高时,其分子的热运动加剧,因此
(1)________;
(2)________,从而导致气体的压强增大.
答案
(1)每个分子每次碰撞器壁的平均作用力增大
(2)单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数增多
12.对于一定质量的理想气体,以p、V、T三个状态参量中的两个为坐标轴建立直角坐标系,在坐标系上描点能直观地表示这两个参量的数值.如图6所示,三个坐标系中,两个点都表示相同质量某种理想气体的两个状态.根据坐标系中不同点的位置来比较第三个参量的大小.
图6
(1)pT图象(图甲)中A、B两个状态,________状态体积小.
(2)VT图象(图乙)中C、D两个状态,________状态压强小.
(3)pV图象(图丙)中E、F两个状态,________状态温度低.
答案
(1)A
(2)C (3)F
解析 甲图画出的倾斜直线为等容线,斜率越小,体积越大,所以VB>VA.乙图画出的倾斜直线为等压线,斜率越小,压强越大,所以pD>pC.丙图画出的双曲线为等温线,离原点越远,温度越高,所以TE>TF.
三、计算题(共4小题,共40分)
13.(8分)如图7所示的试管内由水银封有一定质量的气体,静止时气柱长为l0,大气压强为p0.当试管绕竖直轴以角速度ω在水平面内匀速转动时气柱长变为l,其他尺寸如图所示,求转动时气体的压强.
图7
答案 p0+ρl1ω2
(设温度不变,试管横截面积为S,水银密度为ρ)
解析 选取水银柱为研究对象,转动所需向心力由液柱两侧气体压力差提供,则:
(p-p0)S=mω2R,
而m=ρl1S,R=l2+(l0-l)+
,
所以p=p0+ρl1ω2
.
14.(10分)如图8所示,长31cm内径均匀的细玻璃管,开口向上竖直放置,齐口水银柱封住10cm长的空气柱,若把玻璃管在竖直平面内缓慢转动180°后,发现水银柱长度变为15cm,继续缓慢转动180°至开口端向上.求:
图8
(1)大气压强的值;
(2)末状态时空气柱的长度.
答案
(1)75cmHg
(2)10.67cm
解析
(1)等温变化p1V1=p2V2
p1=p0+21cmHg p2=p0-15cmHg
(p0+21)×10×S=(p0-15)×16×S
解得:
p0=75cmHg.
(2)由玻意耳定律得p1V1=p3V3
p3=p0+15cmHg
l3=
=
=10.67cm.
15.(10分)如图9所示,足够长的圆柱形气缸竖直放置,其横截面积为1×10-3m2,气缸内有质量m=2kg的活塞,活塞与气缸壁封闭良好,不计摩擦.开始时活塞被销子K销于如图位置,离缸底12cm,此时气缸内被封闭气体的压强1.5×105Pa,温度为300K.外界大气压为1.0×105Pa,g=10m/s2.
图9
(1)现对密闭气体加热,当温度升到400K时,其压强多大?
(2)若在此时拔去销子K,活塞开始向上运动,当它最后静止在某一位置时,气缸内气体的温度为360K,则这时活塞离缸底的距离为多少?
答案
(1)2×105Pa
(2)18cm
解析
(1)气体体积不变,由查理定律得
=
,即
=
解得:
p=2×105Pa
(2)p3=p0+mg/S=1.2×105Pa T3=360K
由理想气体状态方程得
=
,即
=
解得:
l3=18cm.
16.(12分)如图10,两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同汽缸直立放置,汽缸底部和顶部均有细管连通,顶部的细管带有阀门K.两汽缸的容积均为V0,汽缸中各有一个绝热活塞(质量不同,厚度可忽略).开始时K关闭,两活塞下方和右活塞上方充有气体(可视为理想气体),压强分别为p0和
;左活塞在汽缸正中间,其上方为真空;右活塞上方气体体积为
.现使汽缸底与一恒温热源接触,平衡后左活塞升至汽缸顶部,且与顶部刚好没有接触,然后打开K,经过一段时间,重新达到平衡.已知外界温度为T0,不计活塞与汽缸壁间的摩擦.求:
图10
(1)恒温热源的温度T;
(2)重新达到平衡后左汽缸中活塞上方气体的体积Vx.
答案
(1)
T0
(2)
V0
解析
(1)与恒温热源接触后,在K未打开时,右活塞不动,两活塞下方气体经历等压过程,由盖—吕萨克定律得
=
①
由此得T=
T0②
(2)由初始状态的力学平衡条件可知,左活塞的质量比右活塞的大,打开K后,左活塞下降至某一位置,右活塞必须升至汽缸顶,才能满足力学平衡条件.汽缸顶部与外界接触,底部与恒温热源接触,两部分气体各自经历等温过程,设左活塞上方气体压强为p,由玻意耳律得
pVx=
·
③
(p+p0)(2V0-Vx)=p0·
④
联立③④式,得6V
-V0Vx-V
=0,其解为Vx=
V0
另一个解Vx=-
V0,不符合题意,舍去.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 气体 人教版 高中物理 选修 33 第八 练习
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)