高中物理选修3-3大题知识点例题.docx

高中物理选修大题知识点例题气体压强的产生与计算产生的原因由于大量分子无规则运动而碰撞器壁形成对器壁各处均匀持续的压力作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强决定因素宏观上决定于气体的温度和体积微观上决定于分子的平均动能和分子的密集程度平衡状态下气体压强的求法液片法选取假想的液体薄片自身重力不计为研究对象分析液片两侧受力情况建立平衡方程消去面积得到液片两侧压强相等方程求得气体的压强力平衡法选取与气体接触的液柱或活塞为研究对象进行受力分析得到液柱或活塞的受力平衡方程求得气体的压强等压面法在连通器中同一种液体中间不间断同一深度处压强相等液体内深处的总压强为液面上方的压强加速运动系统中封闭气体压强的求法选取与气体接触的液柱或活塞为研究对象进行受力分析利用牛顿第二定律列方程求解考向液体封闭气体压强的计算若已知大气压强为在图中各装置均处于静止状态图中液体密度均为求被封闭气体的压强图解析在甲图中以高为的液柱为研究对象由二力平衡知甲所以甲在图乙中以液面为研究对象由平衡方程上下有乙在图丙中仍以液面为研究对象有所以丙在图丁中以液面为研究对象由二力平衡得丁所以丁答案甲乙丙丁考向活塞封闭气体压强的求解如图中两个汽缸质量均为内部横截面积均为两个活塞的质量均为左边的汽缸静止在水平面上右边的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气大气压为求封闭气体的压强各多大图解析由题图甲中选为研究对象得题图乙中选为研究对象得答案理想气体状态方程与实验定律的应用理想气体状态方程与气体实验定律的关系温度不变玻意耳定律体积不变查理定律压强不变盖吕萨克定律几个重要的推论查理定律的推论盖吕萨克定律的推论理想气体状态方程的推论应用状态方程或实验定律解题的一般步骤明确研究对象即某一定质量的理想气体确定气体在始末状态的参量及由状态方程或实验定律列式求解讨论结果的合理性用图象法分析气体的状态变化一定质量的气体不同图象的比较类别图线特点举例其中为恒量即之积越大的等温线温度越高线离原点越远斜率即斜率越大温度越高斜率即斜率越大体积越小斜率即斜率越大压强越小考向气体实验定律的应用如图所示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横截面积为小活塞的质量为横截面积为两活塞用刚性轻杆连接间距保持为汽缸外大气的压强为温度为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取求图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设初始时气体体积为在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间缸内封闭气体的体积为温度为由题给条件得在活塞缓慢下移的过程中用表示缸内气体的压强由力的平衡条件得故缸内气体的压强不变由盖吕萨克定律有联立式并代入题给数据得在大活塞与大圆筒底部刚接触时被封闭气体的压强为在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中被封闭气体的体积不变设达到热平衡时被封闭气体的压强为由查理定理有联立式并代入题给数据得答案考向气体状态变化的图象问题一定质量的理想气体由状态变为状态其有关数据如图甲所示若状态的压强是图求状态的压强请在图乙中画出该状态变化过程的图象并分别标出各个状态不要求写出计算过程思路点拨读出图上各点的体积和温度由理想气体状态方程即可求出各点对应的压强解析据理想气体状态方程则图象及各个状态如下图所示答案见解析规律总结要清楚等温等压等容变化在图象图象图象图象图象中的特点若题中给出了图象则从中提取相关的信息如物态变化的特点已知量待求量等若需作出图象则分析物态变化特点在特殊点处依据题给已知量解得的待求量按要求作图象若从已知图象作相同坐标系的新图象则在计算后也可以应用平移法某自行车轮胎的容积为里面已有压强为的空气现在要使轮胎内的气压增大到设充气过程为等温过程空气可看作理想气体轮胎容积保持不变则还要向轮胎充入温度相同压强也是体积为的空气填选项前的字母解析设需充入体积为的空气以体积的空气整体为研究对象由理想气体状态方程有得答案如图所示汽缸长为固定在水平面上汽缸中有横截面积为的光滑活塞活塞封闭了一定质量的理想气体当温度为大气压强为时气柱长度为汽缸和活塞的厚度均可忽略不计求图如果温度保持不变将活塞缓慢拉至汽缸右端口此时水平拉力的大小是多少如果汽缸内气体温度缓慢升高使活塞移至汽缸右端口时气体温度为多少摄氏度解析设活塞到达汽缸右端口时被封气体压强为则由玻意耳定律得解得由盖吕萨克定律得解得则答案如图所示一底面积为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的相同活塞和在与之间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已知容器内气体温度始终不变重力加速度大小为外界大气压强为现假设活塞发生缓慢漏气致使最终与容器底面接触求活塞移动的距离图解析初始状态下两部分气体的压强分别设为则对活塞由平衡条件可得最终状态下两部分气体融合在一起压强设为体积设为对活塞由平衡条件有对两部分气体由理想气体状态方程可得设活塞移动的距离为则有联立以上五式可得答案如图所示两气缸粗细均匀等高且内壁光滑其下部由体积可忽略的细管连通的直径是的倍上端封闭上端与大气连通两气缸除顶部导热外其余部分均绝热两气缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞活塞下方充有氮气活塞上方充有氧气当大气压为外界和气缸内气体温度均为且平衡时活塞离气缸顶的距离是气缸高度的活塞在气缸正中间图现通过电阻丝缓慢加热氮气当活塞恰好升至顶部时求氮气的温度继续缓慢加热使活塞上升当活塞上升的距离是气缸高度的时求氧气的压强解析活塞升至顶部的过程中活塞不动活塞下方的氮气经历等压过程设气缸的容积为氮气初态体积为温度为末态体积为温度为按题意气缸的容积为由题给数据和盖吕萨克定律有由式和题给数据得活塞升至顶部后由于继续缓慢加热活塞开始向上移动直至活塞上升的距离是气缸高度的时活塞上方的氧气经历等温过程设氧气初态体积为压强为末态体积为压强为由题给数据和玻意耳定律有由式得答案如图所示粗细均匀导热良好装有适量水银的型管竖直放置右端与大气相通左端封闭气柱长可视为理想气体两管中水银面等高现将右端与一低压舱未画出接通稳定后右管水银面高出左管水银面环境温度不变大气压强图求稳定后低压舱内的压强用作单位此过程中左管内的气体对外界填做正功做负功或不做功气体将填吸热或放热解析设型管横截面积为右端与大气相通时左管中封闭气体压强为右端与一低压舱接通后左管中封闭气体压强为气柱长度为稳定后低压舱内的压强为左管中封闭气体发生等温变化根据玻意耳定律得由几何关系得联立式代入数据得左管内气体膨胀气体对外界做正功温度不变根据热力学第一定律且所以气体将吸热答案做正功吸热如图所示倒悬的导热汽缸中封闭着一定质量的理想气体轻质活塞可无摩擦地上下移动活塞的横截面积为活塞的下面吊着一个重为的物体大气压强恒为起初环境的热力学温度为时活塞到汽缸底面的距离为当环境温度逐渐升高导致活塞缓慢下降该过程中活塞下降了汽缸中的气体吸收的热量为求图汽缸内部气体内能的增量最终的环境温度解析密封气体的压强密封气体对外做功由热力学第一定律得该过程是等压变化由盖吕萨克定律有解得答案