新教材2025版高中物理第二章氣體固體和液體微專題氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用學(xué)生用書新人教版選擇性必修第三冊(cè)

微專題氣體試驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用合作探究·實(shí)力素養(yǎng)全提升探究一志向氣體的圖像問(wèn)題核心歸納肯定質(zhì)量的氣體不同圖像的比較項(xiàng)目圖像特點(diǎn)等溫變更pV＝CT(其中C為恒量)，即pV之積越大的等溫線溫度越高，線離原點(diǎn)越遠(yuǎn)p＝CT1V，斜率k＝CT等容變更p＝CVT，斜率k＝C等壓變更V＝CpT，斜率k＝C應(yīng)用體驗(yàn)例1(多選)肯定質(zhì)量的志向氣體經(jīng)驗(yàn)如圖所示的一系列過(guò)程，ab、bc、cd和da，這四段過(guò)程在p-T圖像上都是直線段，ab和cd的延長(zhǎng)線通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O，bc垂直于ab，由圖可以推斷()A．a(chǎn)b過(guò)程中氣體體積不斷減小B．bc過(guò)程中氣體體積不斷減小C．cd過(guò)程中氣體體積不斷增大D．da過(guò)程中氣體體積不斷增大[試解]例2肯定質(zhì)量的志向氣體由狀態(tài)A經(jīng)一系列過(guò)程變?yōu)闋顟B(tài)D，其有關(guān)數(shù)據(jù)如圖甲所示，狀態(tài)D的壓強(qiáng)是2×104Pa.(1)求狀態(tài)A的氣體壓強(qiáng)．(2)請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫出該狀態(tài)變更過(guò)程的p-T圖像，并分別標(biāo)出A、B、C、D各個(gè)狀態(tài)，不要求寫出計(jì)算過(guò)程．針對(duì)訓(xùn)練1.肯定質(zhì)量的志向氣體的p-t圖像如圖所示，氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過(guò)程中，體積()A．肯定不變B．肯定減小C．肯定增大D．不能推斷怎樣變更2．肯定質(zhì)量的志向氣體，經(jīng)過(guò)一系列如圖所示的過(guò)程，下列說(shuō)法中正確的是()A．a(chǎn)→b過(guò)程中，氣體體積減小，壓強(qiáng)減小B．b→c過(guò)程中，氣體壓強(qiáng)不變，體積增大C．c→a過(guò)程中，氣體內(nèi)能增加，體積不變D．c→a過(guò)程中，氣體壓強(qiáng)增大，體積減小探究二關(guān)聯(lián)氣體問(wèn)題的處理核心歸納應(yīng)用志向氣體狀態(tài)方程解決兩部分氣體的關(guān)聯(lián)問(wèn)題時(shí)要留意：(1)要把兩部分氣體分開(kāi)對(duì)待，分別對(duì)每一部分氣體分析初、末狀態(tài)的p、V、T狀況，分別列出相應(yīng)的方程(應(yīng)用相應(yīng)的定律、規(guī)律)，切不行將兩部分氣體視為同一氣體的兩種狀態(tài)．(2)要找出兩部分氣體之間的聯(lián)系，如平衡時(shí)壓強(qiáng)相等、總體積不變等．(3)在涉及氣體的內(nèi)能、分子勢(shì)能的問(wèn)題中要特殊留意該氣體是否為志向氣體；在僅涉及氣體的狀態(tài)參量關(guān)系時(shí)往往將實(shí)際氣體當(dāng)成志向氣體處理，但這時(shí)要關(guān)注的是氣體是否滿意肯定質(zhì)量這一條件．應(yīng)用體驗(yàn)例3[2024·河北邢臺(tái)高二下月考]粗細(xì)勻稱的U形管中裝有水銀，左管上端有一活塞P，右管上端有一閥門S，起先時(shí)活塞位置與閥門等高，如圖所示，閥門打開(kāi)時(shí)，管內(nèi)兩邊水銀柱等高，兩管空氣柱長(zhǎng)均為l＝20cm，此時(shí)兩邊空氣柱溫度均為27℃，外界大氣壓為p0＝75cmHg，若將閥門S關(guān)閉以后，把左邊活塞P漸漸下壓，直至右邊水銀上升5cm，在活塞下壓過(guò)程中，使右管空氣柱的溫度始終保持在27℃，并使左管內(nèi)空氣柱的溫度上升到57℃，求此時(shí)左管內(nèi)空氣柱的長(zhǎng)度．例4[2024·河南鶴壁中學(xué)高二下段考]如圖所示，用一個(gè)絕熱活塞將絕熱容器平均分成A、B兩部分，用限制閥K固定活塞，起先時(shí)A、B兩部分氣體的溫度都是27℃，壓強(qiáng)都是1.0×105Pa，保持A體積不變，給電熱絲通電，使氣體A的溫度上升到123℃，求：(1)氣體A的壓強(qiáng)是多少；(2)保持氣體A的溫度不變，拔出限制閥K，活塞將向右移動(dòng)壓縮氣體B，平衡后氣體B的體積被壓縮了110，氣體B針對(duì)訓(xùn)練3．如圖所示，導(dǎo)熱汽缸A中密封有肯定質(zhì)量的氣體，起先時(shí)，閉合閥門K1，打開(kāi)K2，使B與大氣相連，連接A、B汽缸的細(xì)導(dǎo)管中左管水銀面比右管高H，現(xiàn)用抽氣機(jī)將汽缸B中抽成真空后，細(xì)導(dǎo)管中右管水銀面比左管高H，接下來(lái)關(guān)閉閥門K2，打開(kāi)閥門K1，使A中氣體緩慢流入B中，左右兩管水銀面相平后關(guān)閉閥門K1，保持汽缸B中溫度t1＝27℃不變，當(dāng)A中氣體溫度由t1緩慢上升到t2＝127℃時(shí)，右管水銀面比左管高15H，已知外界大氣壓p0＝75cmHg，忽視導(dǎo)管中氣體體積，T＝273K＋t(1)起先時(shí)，A中封閉氣體的壓強(qiáng)；(2)A、B兩汽缸的體積比．探究三液柱(或活塞)移動(dòng)問(wèn)題核心歸納1.假設(shè)法(1)先假設(shè)液柱(或活塞)不發(fā)生移動(dòng)，兩部分氣體均做等容變更．(2)對(duì)兩部分氣體分別應(yīng)用查理定律的分比形式Δp＝pΔTT(3)假如液柱(或活塞)兩端的橫截面積相等，若Δp均大于零，意味著兩部分氣體壓強(qiáng)均增大，則液柱向Δp值較小的一方移動(dòng)；若Δp均小于零，意味著兩部分氣體壓強(qiáng)均減小，則液柱向|Δp|值較大的一方移動(dòng)；若Δp相等，則液柱不移動(dòng)．(4)假如液柱(或活塞)兩端的橫截面積不相等，則應(yīng)考慮液柱兩端的受力變更(ΔpS)，若Δp均大于零，則液柱向ΔpS值較小的一方移動(dòng)；若Δp均小于零，則液柱向|ΔpS|值較大的一方移動(dòng)；若ΔpS相等，則液柱不移動(dòng)．2．極限法所謂極限法就是將問(wèn)題推向極端．如在探討壓強(qiáng)大小變更時(shí)，將變更較大的壓強(qiáng)推向無(wú)窮大，而將變更較小的壓強(qiáng)推向零．這樣可使困難的問(wèn)題變得簡(jiǎn)潔明白．如圖所示，兩端封閉、粗細(xì)勻稱、豎直放置的玻璃管內(nèi)有一長(zhǎng)為h的水銀柱，水銀柱將管內(nèi)氣體分為兩部分．已知l2＝2l1.若使兩部分氣體同時(shí)上升相同的溫度，管內(nèi)水銀柱將如何運(yùn)動(dòng)？(設(shè)原來(lái)溫度相同)依據(jù)極限法，由于管上段空氣柱壓強(qiáng)p2較下段空氣柱壓強(qiáng)p1小，設(shè)想p2趨于零，即上部近似認(rèn)為是真空，于是馬上得到，溫度T上升，水銀柱向上移動(dòng)．應(yīng)用體驗(yàn)例5如圖所示，兩根粗細(xì)相同、兩端開(kāi)口的直玻璃管A和B，豎直插入同一水銀槽中，各用一段水銀柱封閉著肯定質(zhì)量同溫度的空氣，空氣柱長(zhǎng)度H1>H2，水銀柱長(zhǎng)度h1>h2.今使封閉氣柱降低相同的溫度(大氣壓保持不變)，則兩管中氣柱上方水銀柱的移動(dòng)狀況是()A．均向下移動(dòng)，A管移動(dòng)較多B．均向上移動(dòng)，A管移動(dòng)較多C．A管向上移動(dòng)，B管向下移動(dòng)D．均向下移動(dòng)，B管移動(dòng)較多[試解]針對(duì)訓(xùn)練4.[2024·湖北四地七校高二聯(lián)考](多選)如圖，一內(nèi)壁光滑、豎直放置的密閉汽缸內(nèi)，一個(gè)質(zhì)量為m的活塞將汽缸內(nèi)氣體分為上、下兩部分，即氣體A和B，原來(lái)活塞恰好靜止，兩部分氣體的溫度相同，現(xiàn)在將兩部分氣體同時(shí)緩慢上升相同溫度，則()A．活塞將靜止不動(dòng)B．活塞將向上移動(dòng)C．A氣體的壓強(qiáng)變更量比B氣體的壓強(qiáng)變更量大D．A氣體的壓強(qiáng)變更量與B氣體的壓強(qiáng)變更量相同學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1.如圖所示是肯定質(zhì)量的志向氣體由狀態(tài)A經(jīng)過(guò)狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的體積與熱力學(xué)溫度關(guān)系的V-T圖像．則圖中關(guān)于此過(guò)程的壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度關(guān)系的p-T圖像正確的是()2.如圖所示，D→A→B→C表示肯定質(zhì)量的某種氣體狀態(tài)變更的一個(gè)過(guò)程，則下列說(shuō)法正確的是()A．D→A是一個(gè)等溫過(guò)程B．A→B是一個(gè)等溫過(guò)程C．A與B的狀態(tài)參量相同D．B→C體積減小，壓強(qiáng)減小，溫度不變3.如圖所示，兩端封閉且內(nèi)徑勻稱的直玻璃管水平放置，左、右兩端空氣柱的體積關(guān)系為V左<V右，溫度均為20℃，現(xiàn)將右端空氣柱降為0℃，左端空氣柱降為10℃，則管中水銀柱將()A．不動(dòng)B．向左移動(dòng)C．向右移動(dòng)D．無(wú)法確定是否移動(dòng)4.如圖所示，豎直放置、開(kāi)口向上的汽缸A與水平放置的汽缸B均導(dǎo)熱良好，底部連通，在汽缸A內(nèi)，兩汽缸的連接處有固定卡口，兩厚度及質(zhì)量均不計(jì)的導(dǎo)熱活塞各密封肯定質(zhì)量的志向氣體，A底部設(shè)有加熱絲，能同步加熱A、B中的氣體，使兩部分氣體的溫度始終保持相同．初始時(shí)，A、B中氣體的壓強(qiáng)均與外界大氣壓p0相等，活塞離底部的距離分別為4L、L，兩汽缸的橫截面積均為S，外界溫度保持t＝27℃不變，整個(gè)裝置不漏氣且不計(jì)一切摩擦，重力加速度為g.(1)若只在A中活塞上放置重物，使B中活塞移動(dòng)到中間位置，求所放重物的質(zhì)量m；(2)保持(1)問(wèn)中所放重物的質(zhì)量不變，通過(guò)加熱絲加熱氣體，使兩部分氣體的溫度均上升到t′＝227℃，求A中活塞離底部的距離LA.微專題氣體試驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用合作探究·實(shí)力素養(yǎng)全提升探究一應(yīng)用體驗(yàn)[例1]解析：由志向氣體狀態(tài)方程pVT＝C可得p＝CV·T，四段過(guò)程在p-T圖像上都是直線段，ab和cd的延長(zhǎng)線通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O，說(shuō)明ab過(guò)程和cd過(guò)程是等容變更，故A、C錯(cuò)誤；由題圖可知，bc過(guò)程中，直線段上的點(diǎn)與原點(diǎn)連線的直線斜率越來(lái)越大，則氣體體積不斷減小，故B正確；由題圖可知，答案：BD[例2]解析：(1)依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程有pAVA則pA＝pDVDTA(2)A→B等容變更、B→C等溫變更、C→D等容變更，依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程可求得各狀態(tài)的參量．p-T圖像及A、B、C、D各個(gè)狀態(tài)如圖所示．答案：(1)4×104Pa(2)見(jiàn)解析針對(duì)訓(xùn)練1．解析：題目中給出的圖線是p-t(攝氏溫度)圖，而不是p-T圖，若p-t圖中的圖線的延長(zhǎng)線通過(guò)(－273℃，0)，p-T圖像中的圖線的延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)，則該圖線為等容線，如圖甲、乙所示，因題中無(wú)法確定p-t圖像中圖線的延長(zhǎng)線是否過(guò)(－273℃，0)，所以無(wú)法推斷A到B變更過(guò)程中氣體體積如何變更，故D正確．答案：D2．解析：由題圖可知，a→b過(guò)程中，氣體的溫度保持不變，壓強(qiáng)減小，依據(jù)玻意耳定律可得paVa＝pbVb，因?yàn)閜a>pb，所以Va<Vb，即體積增大，A錯(cuò)誤；由題圖可知，b→c過(guò)程中，氣體的壓強(qiáng)不變，溫度降低，即Tb>Tc，依據(jù)蓋-呂薩克定律可得VbTb＝VcTc，則Vb>Vc，即體積減小，B錯(cuò)誤；依據(jù)pVT＝C，可得pT＝CV答案：C探究二應(yīng)用體驗(yàn)[例3]解析：設(shè)U形管橫截面積為S.右管：初狀態(tài)p1＝75cmHg，V1＝20cm×S，末狀態(tài)V2＝15cm×S，溫度不變，由玻意耳定律p1V1＝p2V2，得p2＝100cmHg.左管：初狀態(tài)p3＝75cmHg，V3＝20cm×S，T3＝(273＋27)K＝300K，末狀態(tài)p4＝p2＋10cmHg＝110cmHg,T4＝(273＋57)K＝330K，設(shè)末狀態(tài)時(shí)左管中空氣柱體積為V4，由志向氣體狀態(tài)方程可知p3V3T3＝p4V4T4答案：15cm[例4]解析：(1)對(duì)A部分氣體，在加熱的過(guò)程中發(fā)生等容變更，依據(jù)查理定律可知p0T0＝p1T1，解得p1＝1.32×105Pa.(2)拔出限制閥K，活塞將向右移動(dòng)壓縮氣體B，設(shè)A、B兩部分原體積為V，平衡后，氣體A發(fā)生等溫變更，依據(jù)玻意耳定律得p1V＝p2(V＋0.1V)，氣體B壓縮后，再次達(dá)到平衡，依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程得p0VT0＝p答案：(1)1.32×105Pa(2)51℃針對(duì)訓(xùn)練3．解析：(1)設(shè)起先時(shí)，A中氣體的壓強(qiáng)為pA，有pA＋ρgH＝p0B中抽成真空后，有pA＝ρgH解得：pA＝37.5cmHg.(2)閥門K2關(guān)閉、K1打開(kāi)后，A中的氣體進(jìn)入B中，由玻意耳定律可知pAVA＝p′A(VA＋VB)關(guān)閉K1，上升A中的氣體溫度時(shí)，B中氣體壓強(qiáng)不變，A中氣體溫度為t2＝127℃時(shí)，氣體壓強(qiáng)為p″A＝p′A＋15由查理定律可知pA'聯(lián)立解得：VAVB答案：(1)37.5cmHg(2)3探究三應(yīng)用體驗(yàn)[例5]解析：因?yàn)樵跍囟冉档瓦^(guò)程中被封閉氣柱的壓強(qiáng)恒等于大氣壓強(qiáng)與水銀柱因自身重力而產(chǎn)生的壓強(qiáng)之和，所以封閉氣柱均做等壓變更．并由此推知，被封閉氣柱下端的水銀面高度不變．依據(jù)蓋-呂薩克定律的分比形式ΔV＝VΔTT，因?yàn)锳、B管中的封閉氣柱初溫T相同，溫度降低量ΔT相同，且ΔT<0，所以ΔV<0，即A、B管中的封閉氣柱的體積都減?。挥忠?yàn)镠1>H2，A管中封閉氣柱的體積較大，所以|ΔV1|>|ΔV2|，A管中氣柱長(zhǎng)度減小得較多，故A、B答案：A針對(duì)訓(xùn)練4．解析：假設(shè)活塞靜止不動(dòng)，則兩部分氣體都發(fā)生等容變更，依據(jù)Δpp＝ΔTT可得Δp＝pTΔT，因?yàn)閮刹糠謿怏w的初態(tài)溫度相同，緩慢上升的溫度也相同，但下面氣體的初態(tài)壓強(qiáng)大，所以下面氣體增加的壓強(qiáng)大，故活塞將向上移動(dòng)，A錯(cuò)誤，B正確；初態(tài)時(shí)有pA＋mgS＝pB，最終穩(wěn)定后有p′A＋mgS＝p′B，所以p′A－pA＝p′B－答案：BD學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1．解析：由V-T圖像可知，從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過(guò)程中，氣體體積不變，溫度上升，壓強(qiáng)變大，從狀態(tài)B到狀態(tài)C的過(guò)程中，溫度不變，體積減小，壓強(qiáng)變大．在p-T圖像中，過(guò)原點(diǎn)的直線為等容線，結(jié)合給定的四個(gè)p-T圖像可知，D符合題意．答案：D2．解析：D→A是一個(gè)等溫過(guò)程，A對(duì)；A，B兩狀態(tài)溫度不同，A→B的過(guò)程中1V不變，則體積V不變，此過(guò)程中氣體的壓強(qiáng)、溫度會(huì)發(fā)生變更，B，C錯(cuò)；B→C是一個(gè)等溫過(guò)程，V增大，p答案：A3．解析：設(shè)降溫后水銀柱不動(dòng)，則兩段空氣柱均發(fā)生等容變更，初始狀態(tài)左、右兩端壓強(qiáng)相等，即