高中物理第二章气体微型专题课件教科版选修33
高中物理选修3高中物理选修3第二章 气 体课件1：2.3 气体实验定律
4．等压线 (1)等压线：一定质量的某种气体在等压变化过程中,体积
V与热力学温度T的正比关系在V－T直角坐标系中的图
象叫做等压线． (2)一定质量气体的等压线的V－T图象,其延长线经过坐标 原点,斜率反映压强大小,如图所示．
p1 p2 T1 T2
或
p C T
(1)查理定律是实验定律,由法国科学家查理通过实验发现 的． (2)成立条件：气体质量一定,体积不变．
(3)在
p 中的 C C与气体的种类、质量、体积有关． T
注意：p 与热力学温度T 成正比,不与摄氏温度成正比,但压 强的变化 p 与摄氏温度 t 的变化成正比． (4)一定质量的气体在等容时,升高(或降低)相同的温度,所增加 (或减小)的压强是相同的．
3、适用范围：温度不太低,压强不太大
思考与讨论
同一气体,不同温度下等温线是不同的,你能判断那
条等温线是表示温度较高的情形吗？你是根据什么理
由作出判断的？
p
2 1 0
3
结论: t3>t2>t1
V
一、等容过程
1． 等容过程： 气体在体积不变的情况下发生的状态变化
过程叫做等容过程．
2．一定质量气体的等容变化
第二章 气
体
3 气体实验定律
气体的状态参量
复习
1、温度
热力学温度T ：开尔文
T = t ＋ 273 K
体积 V 单位：有L、mL等 压强 p 单位：Pa(帕斯卡)
2、体积
3、压强
问题
引入:
一定质量的气体,它的温度、体积和压强三个量之
高中物理第二章气体微型专题学案教科版选修33
微型专题 气体实验定律的应用[学习目标] 1.会计算封闭气体的压强.2.会处理变质量问题.3.理解液柱移动问题的分析方法.4.能用气体实验定律解决一些综合问题．一、封闭气体压强的计算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(取等压面法)：在连通器中，同一液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强是相等的．液体内深h 处的总压强p ＝p 0＋ρgh ，p 0为液面上方的压强．注意：①在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强p h ＝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．②求由液体封闭的气体压强，应选择最低液面列平衡方程．(2)受力平衡法：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． 2．容器加速运动时求封闭气体的压强当容器加速运动时，通常选择与气体相关联的液柱、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．例1 若已知大气压强为p 0，在图1中各装置均处于静止状态，求被封闭气体的压强．(重力加速度为g )图1答案 甲：p 0－ρgh 乙：p 0－ρgh 丙：p 0－32ρgh 丁：p 0＋ρgh 1 解析 在题图甲中，以高为h 的液柱为研究对象，由平衡方程知：p 气S ＝－ρghS ＋p 0S 得p 气＝p 0－ρgh在题图乙中，以B 液面为研究对象，由平衡方程有：p A S ＋ρghS ＝p 0S p 气＝p A ＝p 0－ρgh在题图丙中，以液面B 为研究对象，有：p A ＋ρgh ·sin60°＝p B ＝p 0得p 气＝p A ＝p 0－32ρgh 在题图丁中，以液面A 为研究对象，由平衡方程得：p A S ＝(p 0＋ρgh 1)S得p 气＝p A ＝p 0＋ρgh 1例2 如图2所示，设活塞质量为m ，活塞面积为S ，汽缸质量为M ，重力加速度为g ，求被封闭气体的压强．图2答案 甲：p 0＋mg S 乙：p 0－Mg S 丙：MF(M ＋m )S ＋p 0解析 甲中选活塞为研究对象，由合力为零得p 0S ＋mg ＝pS故p ＝p 0＋mg S乙中选汽缸为研究对象，得pS ＋Mg ＝p 0S故p ＝p 0－Mg S丙中选整体为研究对象得F ＝(M ＋m )a ① 再选活塞为研究对象得F ＋p 0S －pS ＝ma ② 由①②得p ＝MF(M ＋m )S＋p 0.例3 图3中相同的A 、B 汽缸的长度、横截面积分别为30cm 和20cm 2，C 是可在汽缸B 内无摩擦滑动的、体积不计的活塞，D 为阀门．整个装置均由导热材料制成．起初阀门关闭，A 内有压强为p A ＝2.0×105Pa 的氮气，B 内有压强为p B ＝1.0×105Pa 的氧气，活塞C 处于图中所示位置．阀门打开后，活塞移动，最后达到平衡，求活塞C 移动的距离及平衡后B 中气体的压强．(假定氧气和氮气均为理想气体，连接汽缸的管道体积可忽略不计)图3答案 10cm 1.5×105Pa解析 由玻意耳定律：对A 部分气体有：p A LS ＝p (L ＋x )S 对B 部分气体有：p B LS ＝p (L －x )S 代入相关数据解得：x ＝10cmp ＝1.5×105Pa.解决汽缸类问题的一般思路1．弄清题意，确定研究对象，一般来说，研究对象分两类：一类是热学研究对象(一定质量的气体)；另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)．2．分析清楚题目所述的物理过程，对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；对力学研究对象要进行正确的受力分析，依据力学规律列出方程．3．注意挖掘题目的隐含条件，如压强关系、体积关系等，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． 二、变质量问题例4 某种喷雾器的贮液筒的总容积为7.5L ，如图4所示，装入6L 的药液后再用密封盖将贮液筒密封，与贮液筒相连的活塞式打气筒每次能压入300cm 3、1atm 的空气，设整个过程温度保持不变，求：图4(1)要使贮液筒中空气的压强达到4atm ，打气筒应打压几次？(2)在贮液筒中空气的压强达到4atm 时，打开喷嘴使其喷雾，直到内外气体压强相等，这时筒内还剩多少药液？ 答案 (1)15 (2)1.5L解析 (1)设每打一次气，贮液筒内增加的压强为p ，整个过程温度保持不变， 由玻意耳定律得：1atm ×300cm 3＝1.5×103cm 3×p ，p ＝0.2atm 需打气次数n ＝4－10.2＝15(2)设停止喷雾时贮液筒内气体体积为V 由玻意耳定律得：4atm ×1.5L ＝1atm ×VV ＝6L故还剩药液7.5L －6L ＝1.5L.在对气体质量变化的问题分析和求解时，首先要将质量变化的问题变成质量不变的问题，否则不能应用气体实验定律.如漏气问题，不管是等温漏气、等容漏气，还是等压漏气，都要将漏掉的气体收回来.可以设想有一个“无形弹性袋”收回漏气，且漏掉的气体和容器中剩余气体同温、同压，这样就把变质量问题转化为定质量问题，然后再应用气体实验定律求解. 三、液柱移动问题用液柱或活塞隔开两部分气体，当气体温度变化时，气体的状态参量p 、V 、T 都发生了变化，直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难，通常先进行气体状态的假设，然后应用查理定律求解．其一般思路为：(1)先假设液柱或活塞不动，两部分气体均做等容变化． (2)对两部分气体分别应用查理定律的分比形式Δpp＝ΔTT，求出每部分气体压强的变化量Δp ，并加以比较．说明：液柱是否移动，取决于液柱两端受力是否平衡．当液柱两边横截面积相等时，只需比较压强的变化量；液柱两边横截面积不相等时，则应比较变化后液柱两边受力的大小． 例5 如图5所示，两端封闭粗细均匀、竖直放置的玻璃管内有一长为h 的水银柱，将管内气体分为两部分，已知l 2＝2l 1.若使两部分气体同时升高相同的温度，则管内水银柱将(设原来温度相同)( )图5A ．向上移动B ．向下移动C ．水银柱不动D ．无法判断答案 A解析 由Δp p ＝ΔT T 得Δp 1＝ΔT T p 1，Δp 2＝ΔTTp 2，由于p 1>p 2，所以Δp 1>Δp 2，水银柱向上移动．选项A 正确．此类问题中，如果是气体温度降低，则ΔT 为负值，Δp 亦为负值，表示气体压强减小，那么降温后水银柱应该向压强减小得多的一方移动. 四、气体实验定律的综合应用 应用气体实验定律的解题步骤：(1)确定研究对象，即被封闭的气体．(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律条件，是否是质量和体积保持不变或质量和压强保持不变．(3)确定初、末两个状态的六个状态参量p 1、V 1、T 1、p 2、V 2、T 2. (4)按玻意耳定律、查理定律或盖吕萨克定律列式求解． (5)求解结果并分析、检验．例6 如图6所示，上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置，横截面积为40cm 2的活塞将一定质量的气体和一形状不规则的固体A 封闭在汽缸内．在汽缸内距缸底60cm 处设有a 、b 两限制装置，使活塞只能向上滑动．开始时活塞搁在a 、b 上，缸内气体的压强为p 0(p 0＝1.0×105Pa 为大气压强)，温度为300K ．现缓慢加热汽缸内气体，当温度为330K 时，活塞恰好离开a 、b ；当温度为360K 时，活塞上升了4cm.g 取10m/s 2，求：图6(1)活塞的质量； (2)物体A 的体积． 答案 (1)4kg (2)640cm 3解析 (1)设物体A 的体积为ΔV .T 1＝300K ，p 1＝1.0×105Pa ，V 1＝(60×40－ΔV ) cm 3 T 2＝330K ，p 2＝⎝⎛⎭⎪⎫1.0×105＋mg40×10－4Pa ，V 2＝V 1T 3＝360K ，p 3＝p 2，V 3＝(64×40－ΔV ) cm 3由状态1到状态2为等容过程，由查理定律有p 1T 1＝p 2T 2代入数据得m ＝4kg(2)由状态2到状态3为等压过程，由盖吕萨克定律有V 2T 2＝V 3T 3代入数据得ΔV ＝640cm 3.1．(压强的计算)如图7所示，汽缸悬挂在天花板上，缸内封闭着一定质量的气体A ，已知汽缸质量为m 1，活塞的横截面积为S ，质量为m 2，活塞与汽缸之间的摩擦不计，外界大气压强为p 0，求气体A 的压强p A .(重力加速度为g )图7答案 p 0－m 2g S解析 对活塞进行受力分析，如图所示．活塞受三个力作用而平衡，由力的平衡条件可得p A S ＋m 2g ＝p 0S ，故p A ＝p 0－m 2g S. 2．(压强的计算)求图8中被封闭气体A 的压强．其中(1)、(2)、(3)图中的玻璃管内都装有水银，(4)图中的小玻璃管浸没在水中．大气压强p 0＝76cmHg.(p 0＝1.01×105Pa ，g ＝10m/s 2，ρ水＝1×103 kg/m 3)图8答案 (1)66cmHg (2)71cmHg (3)81cmHg (4)1.13×105Pa 解析 (1)p A ＝p 0－p h ＝76cmHg －10cmHg ＝66cmHg. (2)p A ＝p 0－p h ＝76cmHg －10sin30°cmHg＝71cmHg. (3)p B ＝p 0＋p h 2＝76cmHg ＋10cmHg ＝86cmHgp A ＝p B －p h 1＝86cmHg －5cmHg ＝81cmHg.(4)p A ＝p 0＋ρ水gh ＝1.01×105Pa ＋1×103×10×1.2Pa ＝1.13×105Pa.3．(变质量问题)一只两用活塞气筒的原理如图9所示(打气时如图甲所示，抽气时如图乙所示)，其筒内体积为V 0，现将它与另一只容积为V 的容器相连接，容器内的空气压强为p 0，当分别作为打气筒和抽气筒时，活塞工作n 次后，在上述两种情况下，容器内的气体压强分别为(大气压强为p 0)( )图9A ．np 0，1np 0B.nV 0V p 0，V 0nVp 0 C ．(1＋V 0V)np 0，(1＋V 0V)np 0 D ．(1＋nV 0V )p 0，(V V ＋V 0)np 0 答案 D解析 打气时，活塞每推动一次，就把体积为V 0、压强为p 0的气体推入容器内，若活塞工作n 次，就是把压强为p 0、体积为nV 0的气体压入容器内，容器内原来有压强为p 0、体积为V 的气体，根据玻意耳定律得： p 0(V ＋nV 0)＝p ′V ，所以p ′＝V ＋nV 0V p 0＝(1＋n V 0V)p 0. 抽气时，活塞每拉动一次，就把容器中的气体的体积从V 膨胀为V ＋V 0，而容器中的气体压强就要减小，活塞推动时，将抽气筒中的体积为V 0的气体排出，而再次拉动活塞时，又将容器中剩余的气体的体积从V 膨胀到V ＋V 0，容器内的压强继续减小，根据玻意耳定律得： 第一次抽气p 0V ＝p 1(V ＋V 0)，p 1＝VV ＋V 0p 0.第二次抽气p 1V ＝p 2(V ＋V 0)p 2＝V V ＋V 0p 1＝(V V ＋V 0)2p 0活塞工作n 次，则有：p n ＝(VV ＋V 0)np 0.故正确答案为D.4．(液柱移动问题)两端封闭、内径均匀的直玻璃管水平放置，如图10所示．V 左<V 右，温度均为20℃，现将右端空气柱的温度降为0℃，左端空气柱的温度降为10℃，则管中水银柱将( )图10A ．不动B ．向左移动C ．向右移动D ．无法确定是否移动答案 C解析 设降温后水银柱不动，则两段空气柱均为等容变化，初始状态左右压强相等，即p 左＝p 右＝p对左端空气柱Δp 左ΔT 左＝p 左T 左，则Δp 左＝ΔT 左T 左p 左＝－10293p同理右端空气柱Δp 右＝－20293p所以|Δp 右|>|Δp 左|，即右侧空气柱的压强降低得比左侧空气柱的压强多，故水银柱向右移动，选项C 正确．一、选择题考点一 气体压强的计算1.一端封闭的玻璃管倒插入水银槽中，管竖直放置时，管内水银面比管外高h (cm)，上端空气柱长为L (cm)，如图1所示，已知大气压强为H cmHg ，下列说法正确的是( )图1A ．此时封闭气体的压强是(L ＋h ) cmHgB ．此时封闭气体的压强是(H －h ) cmHgC ．此时封闭气体的压强是(H ＋h ) cmHgD ．此时封闭气体的压强是(H －L ) cmHg 答案 B解析 利用等压面法，选管外水银面为等压面，则封闭气体压强p ＋p h ＝p 0，得p ＝p 0－p h ，即p ＝(H －h ) cmHg ，故B 项正确．2．如图2所示，一圆筒形汽缸静置于地面上，汽缸的质量为M ，活塞(连同手柄)的质量为m ，汽缸内部的横截面积为S ，大气压强为p 0.现用手握住活塞手柄缓慢向上提，不计汽缸内气体的质量及活塞与汽缸壁间的摩擦，重力加速度为g ，若汽缸刚提离地面时汽缸内气体的压强为p ，则( )图2A ．p ＝p 0＋mg SB ．p ＝p 0－mg SC ．p ＝p 0＋Mg SD ．p ＝p 0－Mg S答案 D解析 对汽缸缸套受力分析有Mg ＋pS ＝p 0S ，p ＝p 0－MgS，选D. 3．如图3所示，竖直放置的弯曲管A 端开口，B 端封闭，密度为ρ的液体将两段空气封闭在管内，管内液面高度差分别为h 1、h 2和h 3，则B 端气体的压强为(已知大气压强为p 0，重力加速度为g )( )图3A ．p 0－ρg (h 1＋h 2－h 3)B ．p 0－ρg (h 1＋h 3)C ．p 0－ρg (h 1＋h 3－h 2)D ．p 0－ρg (h 1＋h 2) 答案 B解析 需要从管口依次向左分析，中间气室压强比管口低ρgh 3，B 端气体压强比中间气室低ρgh 1，所以B 端气体压强为p 0－ρgh 3－ρgh 1，选B 项． 考点二 变质量问题4．空气压缩机的储气罐中储有1.0atm 的空气6.0L ，现再充入1.0atm 的空气9.0L ．设充气过程为等温过程，空气可看做理想气体，则充气后储气罐中气体压强为( ) A ．2.5atm B ．2.0atm C ．1.5atm D ．1.0atm答案 A解析 取全部气体为研究对象，由p 1(V 1＋V 2)＝pV 1得p ＝2.5atm ，故A 正确．5．用打气筒将压强为1atm 的空气打进自行车轮胎内，如果打气筒容积ΔV ＝500cm 3，轮胎容积V ＝3L ，原来压强p ＝1.5atm.现要使轮胎内压强变为p ′＝4atm ，问用这个打气筒要打气次数为(设打气过程中空气的温度不变)( )A．10次B．15次C．20次D．25次答案 B解析温度不变，由玻意耳定律的分态气态方程得pV＋np1ΔV＝p′V，代入数据得1．5atm×3L＋n×1atm×0.5L＝4atm×3L，解得n＝15.考点三液柱移动问题6.在一端封闭的粗细均匀的玻璃管内，用水银柱封闭一部分空气，玻璃管开口向下，如图4所示，当玻璃管自由下落时，空气柱长度将( )图4A．增大B．减小C．不变D．无法确定答案 B解析水银柱原来是平衡的，设空气柱长度为l1，后来因为自由下落有重力加速度而失去平衡，发生移动．开始时气体压强p1＝p0－ρgL，气体体积V1＝l1S.自由下落后，设空气柱长度为l2，水银柱受管内气体向下的压力p2S、重力mg和大气向上的压力p0S，如图所示，根据牛顿第二定律可得p2S＋mg－p0S＝mg，解得p2＝p0，即p2>p1.再由玻意耳定律得p1V1＝p2V2，p1l1S＝p2l2S，因为p2>p1，所以l2<l1，所以空气柱长度将减小．故正确答案为B.二、非选择题7．(变质量问题)氧气瓶的容积是40L，其中氧气的压强是130atm，规定瓶内氧气压强降到10atm时就要重新充氧．有一个车间，每天需要用1atm的氧气400L，一瓶氧气能用几天？假定温度不变．答案12天解析用如图所示的方框图表示思路．温度不变，由V1→V2：p1V1＝p2V2，V 2＝p 1V 1p 2＝130×4010L ＝520L ， 由(V 2－V 1)→V 3：p 2(V 2－V 1)＝p 3V 3，V 3＝p 2(V 2－V 1)p 3＝10×4801L ＝4800L ， 则V 3400L ＝12(天)． 8．(气体实验定律的综合应用)如图5所示，汽缸长为L ＝1m ，固定在水平面上，汽缸中有横截面积为S ＝100cm 2的光滑活塞，活塞封闭了一定质量的理想气体，当温度为t ＝27℃，大气压强为p 0＝1×105Pa 时，气柱长度为l ＝90cm ，汽缸和活塞的厚度均可忽略不计．求：图5(1)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F 的大小是多少？(2)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？ 答案 (1)100N (2)60.3℃解析 (1)设活塞到达缸口时，被封闭气体压强为p 1，则p 1S ＝p 0S －F由玻意耳定律得：p 0lS ＝p 1LS ，解得：F ＝100N(2)由盖吕萨克定律得：lS 300K ＝LS(273K ＋t ′) 解得：t ′≈60.3℃.9．(气体实验定律的综合应用)如图6所示，A 汽缸横截面积为500cm 2，A 、B 两个汽缸中装有体积均为10L 、压强均为1atm 、温度均为27℃的理想气体，中间用细管连接．细管中有一绝热活塞M ，细管容积不计．现给左边的活塞N 施加一个推力，使其缓慢向右移动，同时给B 中气体加热，使此过程中A 汽缸中的气体温度保持不变，活塞M 保持在原位置不动．不计活塞与器壁、细管间的摩擦，周围大气压强为1atm ＝105Pa ，当推力F ＝53×103N 时，求：图6(1)活塞N 向右移动的距离是多少厘米？(2)B 汽缸中的气体升温到多少摄氏度？答案 (1)5cm (2)127℃解析 (1)p A ′＝p A ＋F S ＝43×105Pa 对A 中气体，由p A V A ＝p A ′V A ′ 得V A ′＝p A V Ap A ′，解得V A ′＝34V A L A ＝V A S ＝20cm L A ′＝V A ′S ＝15cm Δx ＝L A －L A ′＝5cm(2)对B 中气体，p B ′＝p A ′＝43×105Pa由p BT B ＝p B ′T B ′ 解得T B ′＝p B ′p BT B ＝400K ＝127℃.。
物理教科版选修3-3复习课件：第二章 气体 2
答案
知识梳理 1.分子动能：由于分子永不停息地做无规则运动 而具有的能量. 2.温度：温度标志着物体内部大量分子做无规则热运动的剧烈程度，可
以作为物体分子热运动的平均动能 的量度.
3.分子动能的理解
(1)由于分子热运动的速率大小不一，因而重要的不是系统中某个分子的
动能大小，而是所有分子的动能的平均值 ，即分子热运动的 平均 动能.
答案
(2)物体温度升高时，物体内每个分子的动能都增大吗？ 答案 温度是大量分子无规则热运动的集体表现，含有统计的意义，对
于个别分子，温度是没有意义的.所以物体温度升高时，个别分子的动能 可能减小，也可能不变.
(3)物体运动的速度越大，其分子的平均动能也越大吗？ 答案 不是.分子的平均动能与宏观物体运动的动能无关.
如何变化？分子间距离减小时，分子力做什么功？分子势能如何变化？ 答案 负功 分子势能增加 正功 分子势能减小
答案
(3)若分子力表现为斥力，分子力做功情况以及分子势能的变化情况又如
何呢？
答案 分子间距离增大时，分子力做正功，分子势能减小；分子间距离 减小时，分子力做负功，分子势能增大. (4)分子动能和分子势能之和是机械能吗？ 答案 内能. 不是.物体中所有分子做热运动所具有的动能和分子势能的总和是
三、气体的压强 导学探究
把一颗豆粒拿到台秤上方约10 cm的位置，放手后使它落在秤
盘上，观察秤的指针的摆动情况.如图2所示，再从相同高度把
100粒或更多的豆粒连续地倒在秤盘上，观察指针的摆动情况.
使这些豆粒从更高的位置落在秤盘上，观察指针的摆动情况.
用豆粒做气体分子的模型，试说明气体压强产生的原理.
答案
图2 说明气体压强的大小跟两个因素有关：一个是气体分子的平均动
高中物理 第二章 气体 第3节 气体实验定律课件 教科版选修3-3
[思路点拨] 稳定后气柱的长度→稳定后气体的压强→低压舱 的压强 [解析] 设 U 形管横截面积为 S，则初始状态左端封闭气柱体积 可记为 V1＝l1S，由两管中水银面等高，可知初始状态其压强为 p0.当右管水银面高出左管 10 cm 时，左管水银面下降 5 cm，气 柱长度增加 5 cm，此时气柱体积可记为 V2＝(l1＋5 cm)S，右管 低压舱内的压强记为 p，则左管气柱压强 p2＝p＋10 cmHg， 根据玻意耳定律得：p0V1＝p2V2 即 p0l1S＝(p＋10 cmHg)(l1＋5 cm)S 代入数据，解得：p＝50 cmHg.
(1)查理定律(或盖吕萨克定律)的适用范围是气体的 压强不太大(是大气压的几倍)温度不太低(与室温比较)． (2)由于定律为比例式，初末状态的压强(或体积)只要单位相同 即可，不必统一到国际单位，但温度必须化为热力学温度．
如图甲所示，汽缸内底部面积为 0.002 m2，被活塞封闭 在汽缸内的空气温度为－5 ℃，活塞质量为 8 kg，当汽缸缸筒 与水平面成 60°角时，活塞距缸底为 L，现将汽缸直立如图乙 所示，欲使活塞距缸底仍为 L，应使缸内气体温度升高到多少？ (大气压强 p0＝1.0×105 Pa，g 取 10 m/s2， 3≈1.7)．
[思路点拨] 本题是一道变质量问题，我们可以灵活选取研究 对象把变质量问题转化为等质量问题
桶内原来的气体 ⇒ 充气完毕后桶内气体
N次打气充入的气体
[解析] 设标准大气压为 p0，药桶中空气的体积为 V，打气 N 次 后，喷雾器中的空气压强达到 4 atm，打入气体在 1 atm 下的体积 为 N×2.5×10－4 m3.选取打气 N 次后药桶中的空气为研究对象， 由玻意耳定律得 p0V＋p0×N×(2.5×10－4 m3)＝4p0V 其中 V＝5.7×10－3 m3－4.2×10－3 m3＝1.5×10－3 m3 代入上式后解得 N＝18 当空气完全充满药桶后，如果空气压强仍然大于大气压，则药液 可以全部喷出，否则不能完全喷出． 由玻意耳定律得 4p0V＝p×5.7×10－3 m3 解得 p＝1.053p0＞p0，所以药液可以全部喷出． [答案] 18 能
高中物理选修3高中物理选修3第二章 气 体课件2： 2.2 温度 内能 气体的压强
体
2 温度 内能 气体的压强
一、分子的动能
1.组成物体的每个分子都在永不停息的做无规则运动,因此具 有动能。 2.在相同的状态下,每个分子的动能并不相同,一般所讨论的是
物体内所有分子动能的平均值——分子的平均动能。
物体内所有分子动能的平均值叫做分子热运动的平均动能。
3.温度是物体分子平均动能的标志。 宏观上物体的冷热程度,是微观上大量分子热运动的集体表现。 温度越高,分子热运动的平均动能就越大。
四、气体的压强
布朗运动说明了也体会气体分子中分子处于无规则运动
状态,大量的分子相互碰撞,并与浸入其中的物体或容器发生
碰撞,宏观上呈现出液体或气体的压强。 1.定义： 气体的压强就是大量分子作用在器壁单位面积上的平均作 用力。
2.影响因素：
气体压强的大小与气体分子的平均动能和气体分子的密集 程度两个因素有关。
课堂小结
•分子因热运动而具有的能量 分子动能 •同温度下各分子的分子动能EK不同 •分子动能的平均值仅和温度有关
•分子间因有相互作用力而具有的、由它们相互位 置决定的能量. 分子势能 • r＜r0时,r↓→EP↑;r＞r0时,r↑→EP↑。 r＝r0时,EP最低 •EP随物态的变化而变化
•物体内所有分子的EK 和EP 总和 物体内能 •物体的内能与温度和体积有关
很近,两分子间距离为r0时分子间的引力与斥力平衡。把移动过
程分为r>r0和r<r0这样两个阶段。 1.这两个阶段中分子间的力在做正功还是负功？分子势能在 怎样变化？
2.分子势能何时最低？ 3.在图中画出分子势能EP与分子距离r关系的曲线,要求表现出 EP最小值的位置及EP变化的大致趋势。 4.如果两个分子只受两者间分子力的作用,从力的角度讲,什么 情况下两分子处于平衡态？从分子势能的角度讲呢？
高中物理第2章气体3气体实验定律课件教科版选修3-3
(2)公式：VT＝常量或VT11＝VT22或VV12＝TT12. (3)适用条件 ①气体质量一定，气体压强不变． ②气体压强不太大、温度不太低．
盖吕萨克定律解题的一般步骤 (1)明确研究对象，并判断是否满足适用条件． (2)确定始末状态参量(V1、T1，V2、T2)． (3)根据盖吕萨克定律列方程求解(注意 V1 和 V2，T1 和 T2 统一单位)．
知
知 识 点
识 点 三
一
3．气体实பைடு நூலகம்定律
知 识
点
四
知 识 点 二
学 业 分 层
测
评
气体的状态参量
[先填空] 1．研究气体的性质，用压强、体积、温度等物理量描述气体的状态．描述 气体状态的这几个物理量叫做气体的状态参量． 2．气体的体积是指气体占有空间的大小，就是贮放气体的容器的容积．在 国际单位制中，体积的单位是立方米，符号是m3 .常用单位间的换算关系：1 L ＝ 10－3 m3,1 mL＝ 10－6 m3.
利用查理定律解题的一般步骤 (1)明确研究对象，并判断是否满足其适用条件． (2)确定始末状态参量(p1、T1，p2、T2)． (3)根据查理定律列方程求解(注意 p1 和 p2、T1 和 T2 统一单位)．
盖吕萨克定律
[先填空] 1．等压变化 一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积和温度的关系． 2．盖吕萨克定律 (1)内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积 V 与热力学 温度 T 成正比．
查理定律
[先填空] 1．等容变化 一定质量的气体，在体积不变时， 压强和温度的关系． 2．查理定律 (1)内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p 与 热力学温度T成正比．
(2)公式：Tp＝常量或Tp11＝Tp22或pp12＝TT12. (3)适用条件 ①气体的质量一定，气体的体积不变． ②气体压强不太大、温度不太低．
高中物理第二章第3节气体实验定律课件教科版选修3
⑧
[答案]
ρπgh2d2 (1)4V0＋πd2l－h
πρgl2d2 (2) 4V0
[借题发挥] 利用玻意耳定律解题的基本思路 (1)明确研究对象 根据题意确定所研究的气体，质量不变，温度不变，有 时气体的质量发生变化时，需通过设想，把变质量转化为定 质量，才能应用玻意耳定律。 (2)明确状态参量 找出气体状态变化前后的两组 p、V 值。
(1)解题时要把摄氏温度转化为热力学温度。 (2)因方程为比例式，计算中只需使相应量的单位统一即 可，不一定用国际单位制的单位。
3．一个瓶子里装有空气，瓶上有一个小孔跟外面大气相通。 原来瓶里气体的温度为 15℃。如果把它加热到 207℃，瓶 里留下的空气的质量是原来瓶里空气质量的几分之几？ 解析：以加热后瓶内气体为对象，根据题意可知瓶中气体是 等压膨胀。初态下：T1＝(273＋15) K＝288 K，设体积为 V1。 加热后：T2＝(273＋207) K＝480 K，体积为 V2。 由盖吕萨克定律有：V1＝V2 T1 T2 得 V2＝TT21V1＝428808V1＝53V1，故mm21＝VV12＝35。答案：35
1．判断：(1)一定质量的气体，体积与温度成正比。( ) (2)一定质量的气体，在温度不变时，压强跟体积成反比。
(3)气体温度升高，气体体积一定增大。
() ()
答案：(1)× (2)√ (3)×
2．思考：若实验数据呈现气体体积减小、压强增大的特点， 能否断定压强与体积成反比？ 提示：不能，只有确定 p 与 V 的乘积为定值才能说明 p 与 V 成反比。
(3)列方程、求解 因为是比例式，计算中只需使相应量(p1、p2 及 V1、V2) 的单位统一，不一定用国际单位制的单位。 (4)检验结果 在等温变化中，有时列方程求解会得到两个结果，应通 过合理性的检验决定取舍。
高二物理选修33气体ppt
练习1、密闭在容积不变的容器中的气体，当温度降 低时： D A、压强减小，密度减小； B、压强减小，密度增大； C、压强不变，密度减小； D、压强减小，密度不变
练习2、以下关于一定质量的气体的等容变化的说法 中正确的选项是D： A、气体压强的改变量与摄氏温度成正比； B、气体的压强与摄氏温度成正比； C、气体压强的改变量与热力学温度成正比； D、气体的压强与热力学温度成正比。
〔2〕查理定律：
内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下， 压强P与热力学温度T成正比。
公式：P
T
P T
（或Ｐ＝ＣＴ或
P T
P T
）
意义：一定质量的气体，在体积不变的情况下， 温度升高，压强变大。
〔3〕图像表示：
1〕P-T图： 图像是反向延长线经过坐标原点的倾斜直线； 图线的斜率表示体积，斜率越大，体积越小。 坐标原点代表热力学温度的0K。
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气体压强的计算
知识准备： p F S
液面下h深处的液体压强为p= gh。 帕斯卡定律：液体可以传递压强
连通器原理：在连通器中，同一种液体〔中间液 体不连续〕的同一水平面上的压强是相等的。
一、气体压强的计算方法
1 .液体封闭的气体
① 选取假想的一个液体薄片〔其自重不计〕为研 究对象
解释玻意耳定律
一定质量〔m〕的理想气体，其分子总数〔N〕是一个定值，当温度〔T〕保持不 变时，那么分子的平均速率〔v〕也保持不变，当其体积〔V〕增大几倍时，那么单位 体积内的分子数〔n〕变为原来的几分之一，因此气体的压强也减为原来的几分之一； 反之假设体积减小为原来的几分之一，那么压强增大几倍，即压强与体积成反比。这 就是玻意耳定律。
最新版高中物理 第二章 气体 微型专题学案 教科版选修3-3
微型专题 气体实验定律的应用[学习目标] 1.会计算封闭气体的压强.2.会处理变质量问题.3.理解液柱移动问题的分析方法.4.能用气体实验定律解决一些综合问题．一、封闭气体压强的计算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(取等压面法)：在连通器中，同一液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强是相等的．液体内深h 处的总压强p ＝p 0＋ρgh ，p 0为液面上方的压强．注意：①在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强p h ＝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．②求由液体封闭的气体压强，应选择最低液面列平衡方程．(2)受力平衡法：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． 2．容器加速运动时求封闭气体的压强当容器加速运动时，通常选择与气体相关联的液柱、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．例1 若已知大气压强为p 0，在图1中各装置均处于静止状态，求被封闭气体的压强．(重力加速度为g )图1答案 甲：p 0－ρgh 乙：p 0－ρgh 丙：p 0－32ρgh 丁：p 0＋ρgh 1 解析 在题图甲中，以高为h 的液柱为研究对象，由平衡方程知：p 气S ＝－ρghS ＋p 0S 得p 气＝p 0－ρgh在题图乙中，以B 液面为研究对象，由平衡方程有：p A S ＋ρghS ＝p 0S p 气＝p A ＝p 0－ρgh在题图丙中，以液面B 为研究对象，有：p A ＋ρgh ·sin60°＝p B ＝p 0得p 气＝p A ＝p 0－32ρgh 在题图丁中，以液面A 为研究对象，由平衡方程得：p A S ＝(p 0＋ρgh 1)S得p 气＝p A ＝p 0＋ρgh 1例2 如图2所示，设活塞质量为m ，活塞面积为S ，汽缸质量为M ，重力加速度为g ，求被封闭气体的压强．图2答案 甲：p 0＋mg S 乙：p 0－Mg S 丙：MF(M ＋m )S ＋p 0解析 甲中选活塞为研究对象，由合力为零得p 0S ＋mg ＝pS故p ＝p 0＋mg S乙中选汽缸为研究对象，得pS ＋Mg ＝p 0S故p ＝p 0－Mg S丙中选整体为研究对象得F ＝(M ＋m )a ① 再选活塞为研究对象得F ＋p 0S －pS ＝ma ② 由①②得p ＝MF(M ＋m )S＋p 0.例3 图3中相同的A 、B 汽缸的长度、横截面积分别为30cm 和20cm 2，C 是可在汽缸B 内无摩擦滑动的、体积不计的活塞，D 为阀门．整个装置均由导热材料制成．起初阀门关闭，A 内有压强为p A ＝2.0×105Pa 的氮气，B 内有压强为p B ＝1.0×105Pa 的氧气，活塞C 处于图中所示位置．阀门打开后，活塞移动，最后达到平衡，求活塞C 移动的距离及平衡后B 中气体的压强．(假定氧气和氮气均为理想气体，连接汽缸的管道体积可忽略不计)图3答案 10cm 1.5×105Pa解析 由玻意耳定律：对A 部分气体有：p A LS ＝p (L ＋x )S 对B 部分气体有：p B LS ＝p (L －x )S 代入相关数据解得：x ＝10cmp ＝1.5×105Pa.解决汽缸类问题的一般思路1．弄清题意，确定研究对象，一般来说，研究对象分两类：一类是热学研究对象(一定质量的气体)；另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)．2．分析清楚题目所述的物理过程，对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；对力学研究对象要进行正确的受力分析，依据力学规律列出方程．3．注意挖掘题目的隐含条件，如压强关系、体积关系等，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． 二、变质量问题例4 某种喷雾器的贮液筒的总容积为7.5L ，如图4所示，装入6L 的药液后再用密封盖将贮液筒密封，与贮液筒相连的活塞式打气筒每次能压入300cm 3、1atm 的空气，设整个过程温度保持不变，求：图4(1)要使贮液筒中空气的压强达到4atm ，打气筒应打压几次？(2)在贮液筒中空气的压强达到4atm 时，打开喷嘴使其喷雾，直到内外气体压强相等，这时筒内还剩多少药液？ 答案 (1)15 (2)1.5L解析 (1)设每打一次气，贮液筒内增加的压强为p ，整个过程温度保持不变， 由玻意耳定律得：1atm ×300cm 3＝1.5×103cm 3×p ，p ＝0.2atm 需打气次数n ＝4－10.2＝15(2)设停止喷雾时贮液筒内气体体积为V 由玻意耳定律得：4atm ×1.5L ＝1atm ×VV ＝6L故还剩药液7.5L －6L ＝1.5L.在对气体质量变化的问题分析和求解时，首先要将质量变化的问题变成质量不变的问题，否则不能应用气体实验定律.如漏气问题，不管是等温漏气、等容漏气，还是等压漏气，都要将漏掉的气体收回来.可以设想有一个“无形弹性袋”收回漏气，且漏掉的气体和容器中剩余气体同温、同压，这样就把变质量问题转化为定质量问题，然后再应用气体实验定律求解. 三、液柱移动问题用液柱或活塞隔开两部分气体，当气体温度变化时，气体的状态参量p 、V 、T 都发生了变化，直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难，通常先进行气体状态的假设，然后应用查理定律求解．其一般思路为：(1)先假设液柱或活塞不动，两部分气体均做等容变化． (2)对两部分气体分别应用查理定律的分比形式Δpp＝ΔTT，求出每部分气体压强的变化量Δp ，并加以比较．说明：液柱是否移动，取决于液柱两端受力是否平衡．当液柱两边横截面积相等时，只需比较压强的变化量；液柱两边横截面积不相等时，则应比较变化后液柱两边受力的大小． 例5 如图5所示，两端封闭粗细均匀、竖直放置的玻璃管内有一长为h 的水银柱，将管内气体分为两部分，已知l 2＝2l 1.若使两部分气体同时升高相同的温度，则管内水银柱将(设原来温度相同)( )图5A ．向上移动B ．向下移动C ．水银柱不动D ．无法判断答案 A解析 由Δp p ＝ΔT T 得Δp 1＝ΔT T p 1，Δp 2＝ΔTTp 2，由于p 1>p 2，所以Δp 1>Δp 2，水银柱向上移动．选项A 正确．此类问题中，如果是气体温度降低，则ΔT 为负值，Δp 亦为负值，表示气体压强减小，那么降温后水银柱应该向压强减小得多的一方移动. 四、气体实验定律的综合应用 应用气体实验定律的解题步骤：(1)确定研究对象，即被封闭的气体．(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律条件，是否是质量和体积保持不变或质量和压强保持不变．(3)确定初、末两个状态的六个状态参量p 1、V 1、T 1、p 2、V 2、T 2. (4)按玻意耳定律、查理定律或盖吕萨克定律列式求解． (5)求解结果并分析、检验．例6 如图6所示，上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置，横截面积为40cm 2的活塞将一定质量的气体和一形状不规则的固体A 封闭在汽缸内．在汽缸内距缸底60cm 处设有a 、b 两限制装置，使活塞只能向上滑动．开始时活塞搁在a 、b 上，缸内气体的压强为p 0(p 0＝1.0×105Pa 为大气压强)，温度为300K ．现缓慢加热汽缸内气体，当温度为330K 时，活塞恰好离开a 、b ；当温度为360K 时，活塞上升了4cm.g 取10m/s 2，求：图6(1)活塞的质量； (2)物体A 的体积． 答案 (1)4kg (2)640cm 3解析 (1)设物体A 的体积为ΔV .T 1＝300K ，p 1＝1.0×105Pa ，V 1＝(60×40－ΔV ) cm 3 T 2＝330K ，p 2＝⎝⎛⎭⎪⎫1.0×105＋mg40×10－4Pa ，V 2＝V 1T 3＝360K ，p 3＝p 2，V 3＝(64×40－ΔV ) cm 3由状态1到状态2为等容过程，由查理定律有p 1T 1＝p 2T 2代入数据得m ＝4kg(2)由状态2到状态3为等压过程，由盖吕萨克定律有V 2T 2＝V 3T 3代入数据得ΔV ＝640cm 3.1．(压强的计算)如图7所示，汽缸悬挂在天花板上，缸内封闭着一定质量的气体A ，已知汽缸质量为m 1，活塞的横截面积为S ，质量为m 2，活塞与汽缸之间的摩擦不计，外界大气压强为p 0，求气体A 的压强p A .(重力加速度为g )图7答案 p 0－m 2g S解析 对活塞进行受力分析，如图所示．活塞受三个力作用而平衡，由力的平衡条件可得p A S ＋m 2g ＝p 0S ，故p A ＝p 0－m 2g S. 2．(压强的计算)求图8中被封闭气体A 的压强．其中(1)、(2)、(3)图中的玻璃管内都装有水银，(4)图中的小玻璃管浸没在水中．大气压强p 0＝76cmHg.(p 0＝1.01×105Pa ，g ＝10m/s 2，ρ水＝1×103 kg/m 3)图8答案 (1)66cmHg (2)71cmHg (3)81cmHg (4)1.13×105Pa 解析 (1)p A ＝p 0－p h ＝76cmHg －10cmHg ＝66cmHg. (2)p A ＝p 0－p h ＝76cmHg －10sin30°cmHg＝71cmHg. (3)p B ＝p 0＋p h 2＝76cmHg ＋10cmHg ＝86cmHgp A ＝p B －p h 1＝86cmHg －5cmHg ＝81cmHg.(4)p A ＝p 0＋ρ水gh ＝1.01×105Pa ＋1×103×10×1.2Pa ＝1.13×105Pa.3．(变质量问题)一只两用活塞气筒的原理如图9所示(打气时如图甲所示，抽气时如图乙所示)，其筒内体积为V 0，现将它与另一只容积为V 的容器相连接，容器内的空气压强为p 0，当分别作为打气筒和抽气筒时，活塞工作n 次后，在上述两种情况下，容器内的气体压强分别为(大气压强为p 0)( )图9A ．np 0，1np 0B.nV 0V p 0，V 0nVp 0 C ．(1＋V 0V)np 0，(1＋V 0V)np 0 D ．(1＋nV 0V )p 0，(V V ＋V 0)np 0 答案 D解析 打气时，活塞每推动一次，就把体积为V 0、压强为p 0的气体推入容器内，若活塞工作n 次，就是把压强为p 0、体积为nV 0的气体压入容器内，容器内原来有压强为p 0、体积为V 的气体，根据玻意耳定律得： p 0(V ＋nV 0)＝p ′V ，所以p ′＝V ＋nV 0V p 0＝(1＋n V 0V)p 0. 抽气时，活塞每拉动一次，就把容器中的气体的体积从V 膨胀为V ＋V 0，而容器中的气体压强就要减小，活塞推动时，将抽气筒中的体积为V 0的气体排出，而再次拉动活塞时，又将容器中剩余的气体的体积从V 膨胀到V ＋V 0，容器内的压强继续减小，根据玻意耳定律得： 第一次抽气p 0V ＝p 1(V ＋V 0)，p 1＝VV ＋V 0p 0.第二次抽气p 1V ＝p 2(V ＋V 0)p 2＝V V ＋V 0p 1＝(V V ＋V 0)2p 0活塞工作n 次，则有：p n ＝(VV ＋V 0)np 0.故正确答案为D.4．(液柱移动问题)两端封闭、内径均匀的直玻璃管水平放置，如图10所示．V 左<V 右，温度均为20℃，现将右端空气柱的温度降为0℃，左端空气柱的温度降为10℃，则管中水银柱将( )图10A ．不动B ．向左移动C ．向右移动D ．无法确定是否移动答案 C解析 设降温后水银柱不动，则两段空气柱均为等容变化，初始状态左右压强相等，即p 左＝p 右＝p对左端空气柱Δp 左ΔT 左＝p 左T 左，则Δp 左＝ΔT 左T 左p 左＝－10293p同理右端空气柱Δp 右＝－20293p所以|Δp 右|>|Δp 左|，即右侧空气柱的压强降低得比左侧空气柱的压强多，故水银柱向右移动，选项C 正确．一、选择题考点一 气体压强的计算1.一端封闭的玻璃管倒插入水银槽中，管竖直放置时，管内水银面比管外高h (cm)，上端空气柱长为L (cm)，如图1所示，已知大气压强为H cmHg ，下列说法正确的是( )图1A ．此时封闭气体的压强是(L ＋h ) cmHgB ．此时封闭气体的压强是(H －h ) cmHgC ．此时封闭气体的压强是(H ＋h ) cmHgD ．此时封闭气体的压强是(H －L ) cmHg 答案 B解析 利用等压面法，选管外水银面为等压面，则封闭气体压强p ＋p h ＝p 0，得p ＝p 0－p h ，即p ＝(H －h ) cmHg ，故B 项正确．2．如图2所示，一圆筒形汽缸静置于地面上，汽缸的质量为M ，活塞(连同手柄)的质量为m ，汽缸内部的横截面积为S ，大气压强为p 0.现用手握住活塞手柄缓慢向上提，不计汽缸内气体的质量及活塞与汽缸壁间的摩擦，重力加速度为g ，若汽缸刚提离地面时汽缸内气体的压强为p ，则( )图2A ．p ＝p 0＋mg SB ．p ＝p 0－mg SC ．p ＝p 0＋Mg SD ．p ＝p 0－Mg S答案 D解析 对汽缸缸套受力分析有Mg ＋pS ＝p 0S ，p ＝p 0－MgS，选D. 3．如图3所示，竖直放置的弯曲管A 端开口，B 端封闭，密度为ρ的液体将两段空气封闭在管内，管内液面高度差分别为h 1、h 2和h 3，则B 端气体的压强为(已知大气压强为p 0，重力加速度为g )( )图3A ．p 0－ρg (h 1＋h 2－h 3)B ．p 0－ρg (h 1＋h 3)C ．p 0－ρg (h 1＋h 3－h 2)D ．p 0－ρg (h 1＋h 2) 答案 B解析 需要从管口依次向左分析，中间气室压强比管口低ρgh 3，B 端气体压强比中间气室低ρgh 1，所以B 端气体压强为p 0－ρgh 3－ρgh 1，选B 项． 考点二 变质量问题4．空气压缩机的储气罐中储有1.0atm 的空气6.0L ，现再充入1.0atm 的空气9.0L ．设充气过程为等温过程，空气可看做理想气体，则充气后储气罐中气体压强为( ) A ．2.5atm B ．2.0atm C ．1.5atm D ．1.0atm答案 A解析 取全部气体为研究对象，由p 1(V 1＋V 2)＝pV 1得p ＝2.5atm ，故A 正确．5．用打气筒将压强为1atm 的空气打进自行车轮胎内，如果打气筒容积ΔV ＝500cm 3，轮胎容积V ＝3L ，原来压强p ＝1.5atm.现要使轮胎内压强变为p ′＝4atm ，问用这个打气筒要打气次数为(设打气过程中空气的温度不变)( )A．10次B．15次C．20次D．25次答案 B解析温度不变，由玻意耳定律的分态气态方程得pV＋np1ΔV＝p′V，代入数据得1．5atm×3L＋n×1atm×0.5L＝4atm×3L，解得n＝15.考点三液柱移动问题6.在一端封闭的粗细均匀的玻璃管内，用水银柱封闭一部分空气，玻璃管开口向下，如图4所示，当玻璃管自由下落时，空气柱长度将( )图4A．增大B．减小C．不变D．无法确定答案 B解析水银柱原来是平衡的，设空气柱长度为l1，后来因为自由下落有重力加速度而失去平衡，发生移动．开始时气体压强p1＝p0－ρgL，气体体积V1＝l1S.自由下落后，设空气柱长度为l2，水银柱受管内气体向下的压力p2S、重力mg和大气向上的压力p0S，如图所示，根据牛顿第二定律可得p2S＋mg－p0S＝mg，解得p2＝p0，即p2>p1.再由玻意耳定律得p1V1＝p2V2，p1l1S＝p2l2S，因为p2>p1，所以l2<l1，所以空气柱长度将减小．故正确答案为B.二、非选择题7．(变质量问题)氧气瓶的容积是40L，其中氧气的压强是130atm，规定瓶内氧气压强降到10atm时就要重新充氧．有一个车间，每天需要用1atm的氧气400L，一瓶氧气能用几天？假定温度不变．答案12天解析用如图所示的方框图表示思路．温度不变，由V1→V2：p1V1＝p2V2，V 2＝p 1V 1p 2＝130×4010L ＝520L ， 由(V 2－V 1)→V 3：p 2(V 2－V 1)＝p 3V 3，V 3＝p 2(V 2－V 1)p 3＝10×4801L ＝4800L ， 则V 3400L ＝12(天)． 8．(气体实验定律的综合应用)如图5所示，汽缸长为L ＝1m ，固定在水平面上，汽缸中有横截面积为S ＝100cm 2的光滑活塞，活塞封闭了一定质量的理想气体，当温度为t ＝27℃，大气压强为p 0＝1×105Pa 时，气柱长度为l ＝90cm ，汽缸和活塞的厚度均可忽略不计．求：图5(1)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F 的大小是多少？(2)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？ 答案 (1)100N (2)60.3℃解析 (1)设活塞到达缸口时，被封闭气体压强为p 1，则p 1S ＝p 0S －F由玻意耳定律得：p 0lS ＝p 1LS ，解得：F ＝100N(2)由盖吕萨克定律得：lS 300K ＝LS(273K ＋t ′) 解得：t ′≈60.3℃.9．(气体实验定律的综合应用)如图6所示，A 汽缸横截面积为500cm 2，A 、B 两个汽缸中装有体积均为10L 、压强均为1atm 、温度均为27℃的理想气体，中间用细管连接．细管中有一绝热活塞M ，细管容积不计．现给左边的活塞N 施加一个推力，使其缓慢向右移动，同时给B 中气体加热，使此过程中A 汽缸中的气体温度保持不变，活塞M 保持在原位置不动．不计活塞与器壁、细管间的摩擦，周围大气压强为1atm ＝105Pa ，当推力F ＝53×103N 时，求：图6(1)活塞N 向右移动的距离是多少厘米？(2)B 汽缸中的气体升温到多少摄氏度？答案 (1)5cm (2)127℃解析 (1)p A ′＝p A ＋F S ＝43×105Pa 对A 中气体，由p A V A ＝p A ′V A ′ 得V A ′＝pA V Ap A ′，解得V A ′＝34V A L A ＝V A S ＝20cm L A ′＝V A ′S ＝15cm Δx ＝L A －L A ′＝5cm(2)对B 中气体，p B ′＝p A ′＝43×105Pa由p B T B ＝p B ′T B ′ 解得T B ′＝p B ′p B T B ＝400K ＝127℃.。
教科版高中物理选修3-3 2.2 气体的压强 课件(共24张PPT)
一定变大 √
B．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强
可能不变 ×
C．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数
一定增加 √
D．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数
可能不变 ×
探究二：气体压强的计算
1、固体封闭的气体 2、液体封闭的气体
2.2 气体的压强
探究一：气体压强的产生及其决定因素
问题1： 在相同的高处,分别把1粒滚珠和100粒珠 子倒在秤上，观察称的示数变化，说明 了什么？
这说明大量滚珠撞击秤盘,对秤盘产生了 持续、均匀的压力,在一定时间内,碰撞的 滚珠越多,对秤盘产生的压力就越大.
气体压强是如何产生的？
从分子动理论的观点来看，气体 的压强就是大量气体分子作用在 器壁单位面积上的平均作用力．
P0S PS
探究三：一定质量的气体在温度不变时，压强与体积的关系
猜想：
温度不变时，气体的压强和体积之间 有什么关系？
做一做
用注射器密闭一定质量 的空气，缓慢地推动和 拔出活塞，观察活塞中 空气体积和压强的变化？
实验探究
1．实验条件：气体质量不变、温度不变． 2．实验方法：控制变量法
3.设计实验 （问题1：测量哪些物理量？） 问题2：如何测体积、压强
（4）根据p1V1=p2V2列式求解；
课堂小结：
1、气体压强的产生原因及影响因素
2、定量计算被封闭气体的压强大小 3、玻意耳定律
课堂训练
1、(多选)下列说法正确的有（BD ） A．气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器 壁上的平均作用力 × B．气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面 积的平均作用力 √ C．气体分子热运动的平均动能减少，气体的压强一定减小× D．若气体的压强不变而温度降低时，单位时间内气体分子 对器壁单位面积撞击的分子数增加 √
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水银柱向上移动.选项 A 正确.
解析 答案
总结提升
此类问题中，如果是气体温度降低，则ΔT为负值，Δp亦为负值，表示 气体压强减小，那么降温后水银柱应该向压强减小得多的一方移动.
四、气体实验定律的综合应用
应用气体实验定律的解题步骤： (1)确定研究对象，即被封闭的气体. (2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律条件，是否是质量和体积 保持不变或质量和压强保持不变. (3)确定初、末两个状态的六个状态参量p1、V1、T1、p2、V2、T2. (4)按玻意耳定律、查理定律或盖吕萨克定律列式求解. (5)求解结果并分析、检验.
例6 如图6所示，上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置， 横截面积为40 cm2的活塞将一定质量的气体和一形状不规 则的固体A封闭在汽缸内.在汽缸内距缸底60 cm处设有a、 b两限制装置，使活塞只能向上滑动.开始时活塞搁在a、b 上，缸内气体的压强为p0(p0＝1.0×105 Pa为大气压强)， 温度为300 K.现缓慢加热汽缸内气体，当温度为330 K时， 图6 活塞恰好离开a、b；当温度为360 K时，活塞上升了4 cm.g取10 m/s2，求： (1)活塞的质量；
由玻意耳定律得：1 atm×300 cm3＝1.5×103 cm3×p，p＝0.2 atm
4－1 需打气次数 n＝ 0.2 ＝15
解析 答案
(2)在贮液筒中空气的压强达到4 atm时，打开喷嘴使其喷 雾，直到内外气体压强相等，这时筒内还剩多少药液？ 答案 1.5 L 解析 设停止喷雾时贮液筒内气体体积为V 由玻意耳定律得：4 atm×1.5 L＝1 atm×V V＝6 L 故还剩药液7.5 L－6 L＝1.5 L.
二、变质量问题
例4 某种喷雾器的贮液筒的总容积为7.5 L，如图4所
示，装入6 L的药液后再用密封盖将贮液筒密封，与贮
液筒相连的活塞式打气筒每次能压入300 cm3、1 atm的
空气，设整个过程温度保持不变，求：
图4
(1)要使贮液筒中空气的压强达到4 atm，打气筒应打压几次？ 答案 15
解析 设每打一次气，贮液筒内增加的压强为p，整个过程温度保持不变，
第二章 气 体
微型专题 气体实验定律的应用
[学习目标]
1.会计算封闭气体的压强. 2.会处理变质量问题. 3.理解液柱移动问题的分析方法. 4.能用气体实验定律解决一些综合问题.
内容索引
重点探究
启迪思维 探究重点
达标检测
检测评价 达标过关
重点探究
一、封闭气体压强的计算
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(取等压面法)：在连通器中，同一液体(中间液体不间断) 的同一水平液面上的压强是相等的.液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh， p0为液面上方的压强. 注意：①在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强ph＝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. ②求由液体封闭的气体压强，应选择最低液面列平衡方程. (2)受力平衡法：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.
2.容器加速运动时求封闭气体的压强 当容器加速运动时，通常选择与气体相关联的液柱、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.
例1 若已知大气压强为p0，在图1中各装置均处于静止状态，求被封闭 气体的压强.(重力加速度为g)
图1 答案 甲：p0－ρgh 乙：p0－ρgh 丙：p0－ 23ρgh 丁：p0＋ρgh1
例5 如图5所示，两端封闭粗细均匀、竖直放置的玻璃管内有一
长为h的水银柱，将管内气体分为两部分，已知l2＝2l1.若使两部 分气体同时升高相同的温度，则管内水银柱将(设原来温度相同)
√A.向上移动
B.向下移动
C.水银柱不动
D.无法判断
图5
解析 由Δpp＝ΔTT得 Δp1＝ΔTTp1，Δp2＝ΔTTp2，由于 p1>p2，所以 Δp1>Δp2，
图3 答案 10 cm 1.5×105 Pa
解析 答案
规律总结
解决汽缸类问题的一般思路 1.弄清题意，确定研究对象，一般来说，研究对象分两类：一类是热学研 究对象(一定质量的气体)；另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统). 2.分析清楚题目所述的物理过程，对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；对力学研究对象要进行正 确的受力分析，依据力学规律列出方程. 3.注意挖掘题目的隐含条件，如压强关系、体积关系等，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.
解析 答案
例2 如图2所示，设活塞质量为m，活塞面积为S，汽缸质量为M，重力 加速度为g，求被封闭气体的压强.
图2 答案 甲：p0＋mSg 乙：p0－MSg 丙：MM＋FmS＋p0
度、横截面积分别为30 cm和20 cm2，C是 可在汽缸B内无摩擦滑动的、体积不计的活塞，D为阀门.整个装置均由导 热材料制成.起初阀门关闭，A内有压强为pA＝2.0×105 Pa的氮气，B内有压 强为pB＝1.0×105 Pa的氧气，活塞C处于图中所示位置.阀门打开后，活塞移 动，最后达到平衡，求活塞C移动的距离及平衡后B中气体的压强.(假定氧 气和氮气均为理想气体，连接汽缸的管道体积可忽略不计)
解析 答案
方法总结
在对气体质量变化的问题分析和求解时，首先要将质量变化的问题变 成质量不变的问题，否则不能应用气体实验定律.如漏气问题，不管是 等温漏气、等容漏气，还是等压漏气，都要将漏掉的气体收回来.可以 设想有一个“无形弹性袋”收回漏气，且漏掉的气体和容器中剩余气 体同温、同压，这样就把变质量问题转化为定质量问题，然后再应用 气体实验定律求解.
三、液柱移动问题
用液柱或活塞隔开两部分气体，当气体温度变化时，气体的状态参量p、 V、T都发生了变化，直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难，通常先 进行气体状态的假设，然后应用查理定律求解.其一般思路为： (1)先假设液柱或活塞不动，两部分气体均做等容变化. (2)对两部分气体分别应用查理定律的分比形式Δpp＝ΔTT，求出每部分气体 压强的变化量 Δp，并加以比较. 说明：液柱是否移动，取决于液柱两端受力是否平衡.当液柱两边横截面 积相等时，只需比较压强的变化量；液柱两边横截面积不相等时，则应 比较变化后液柱两边受力的大小.