2020高考物理大二轮复习课件:专题八 第19讲 气体实验定律、理想气体状态方程 .pptx
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1、第19讲 气体实验定律、 理想气体状态方程,1,2,3,4,5,1.(2019全国卷)热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工作时,先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中,然后炉腔升温,利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理,改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13 m3,炉腔抽真空后,在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.210-2 m3,使用前瓶中气体压强为1.5107 Pa,使用后瓶中剩余气体压强为2.0106 Pa;室温温度为27 。氩气可视为理想气体。 (1)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强;
2、(2)将压入氩气后的炉腔加热到1 227 ,求此时炉腔中气体的压强。,1,2,3,4,5,解析:(1)设初始时每瓶气体的体积为V0,压强为p0;使用后气瓶中剩余气体的压强为p1。假设体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时,其体积膨胀为V1。由玻意耳定律p0V0=p1V1 被压入炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为 V1=V1-V0 设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2,体积为V2。由玻意耳定律p2V2=10p1V1 联立式并代入题给数据得p2=3.2107 Pa (2)设加热前炉腔的温度为T0,加热后炉腔温度为T1,气体压强为p3。 联立式并代入题给数据得p3=1.6108 Pa
3、答案:(1)3.2107 Pa (2)1.6108 Pa,1,2,3,4,5,2.(2019全国卷)如图,一容器由横截面积分别为2S和S的两个汽缸连通而成,容器平放在水平地面上,汽缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分,分别充有氢气、空气和氮气。平衡时,氮气的压强和体积分别为p0和V0,氢气的体积为2V0,空气的压强为p。现缓慢地将中部的空气全部抽出,抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变,活塞没有到达两汽缸的连接处,求 (1)抽气前氢气的压强; (2)抽气后氢气的压强和体积。,1,2,3,4,5,解析:(1)设抽气前氢气的压强为p10,根据力的平衡条件得(p10-p)2S=(p
4、0-p)S 得p10= (p0+p) (2)设抽气后氢气的压强和体积分别为p1和V1,氮气的压强和体积分别为p2和V2。 根据力的平衡条件有p2S=p12S 由玻意耳定律得p1V1=p102V0 p2V2=p0V0 由于两活塞用刚性杆连接,故V1-2V0=2(V0-V2),1,2,3,4,5,3.(2019全国卷)如图,一粗细均匀的细管开口向上竖直放置,管内有一段高度为2.0 cm的水银柱,水银柱下密封了一定量的理想气体,水银柱上表面到管口的距离为2.0 cm。若将细管倒置,水银柱下表面恰好位于管口处,且无水银滴落,管内气体温度与环境温度相同。已知大气压强为76 cmHg,环境温度为296 K
5、。,(1)求细管的长度; (2)若在倒置前,缓慢加热管内被密封的气体,直到水银柱的上表面恰好与管口平齐为止,求此时密封气体的温度。,1,2,3,4,5,解析:(1)设细管的长度为L,横截面的面积为S,水银柱高度为h;初始时,设水银柱上表面到管口的距离为h1,被密封气体的体积为V,压强为p;细管倒置时,气体体积为V1,压强为p1。由玻意耳定律有pV=p1V1 由力的平衡条件有 p=p0+gh p1=p0-gh 式中,、g分别为水银的密度和重力加速度的大小,p0为大气压强。由题意有 V=S(L-h1-h) V1=S(L-h) 由式和题给数据得L=41 cm,1,2,3,4,5,(2)设气体被加热前
6、后的温度分别为T0和T,由盖-吕萨克定律有 由式和题给数据得T=312 K。 答案:(1)41 cm (2)312 K,1,2,3,4,5,4. (2018全国卷)如图,容积为V的汽缸由导热材料制成,面积为S的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部分,汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连,细管上有一阀门K。开始时,K关闭,汽缸内上下两部分气体的压强均为p0。现将K打开,容器内的液体缓慢地流入汽缸,当流入的液体体积为 时,将K关闭,活塞平衡时其下方气体的体积减小了 。不计活塞的质量和体积,外界温度保持不变,重力加速度大小为g。求流入汽缸内液体的质量。,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,5.
7、(2018全国卷)如图,一竖直放置的汽缸上端开口,汽缸壁内有卡口a和b,a、b间距为h,a距缸底的高度为H;活塞只能在a、b间移动,其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞 质量为m,面积为S,厚度可忽略;活塞和汽缸壁均绝热,不计它们之间的摩擦,开始时活塞处于静止状态,上、下方气体压强均为p0,温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体,直至活塞刚好到达b处,求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为g。,1,2,3,4,5,考点1,考点2,考点3,“玻璃管液封”模型 例1(2019吉林三调)如图所示,竖直放置的U形管左端封闭,右端开口,左管横截面积为右管横截面积
8、的2倍,在左管内用水银封闭一段长为l、温度为T的空气柱,左右两管水银面高度差为h cm,外界大气压为h0 cmHg。,(1)若向右管中缓慢注入水银,直至两管水银面相平(原右管中水银没全部进入水平部分),求在右管中注入水银柱的长度h1(以cm为单位); (2)在两管水银面相平后,缓慢升高气体的温度至空气柱的长度为开始时的长度l,求此时空气柱的温度T。,考点1,考点2,考点3,解题思路(1)以封闭气体为研究对象,先结合连通器的原理求出初末状态的压强,应用玻意耳定律可以求出气体的长度,再由几何关系即可求出h1; (2)水银总质量一定时,在液面上升或下降的过程中,水银的体积保持不变;根据题意求出封闭气
9、体的压强,然后应用理想气体的状态方程求出气体的温度。,考点1,考点2,考点3,解析:(1)注入水银过程封闭气体等温变化,初状态:p1=(h0-h) cmHg,V1=lS, 末状态:p2=h0 cmHg,V2=lS 由玻意耳定律:p1V1=p2V2 在左侧的试管中,液面上升的高度:h=l-l 进入左侧试管中的水银的体积:V=hS 所以注入右侧的水银的体积:V0=(h+h)S2+V=(h+3h)S2 所以在右管中注入水银柱的长度,考点1,考点2,考点3,考点1,考点2,考点3,方法归纳液柱封闭气体问题的研究方法 求液柱封闭的气体压强时,一般以液柱为研究对象分析受力、列平衡方程。 (1)液体因重力产
10、生的压强大小为p=gh(其中h为气体至液面的竖直高度); (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”,使计算过程简捷。,考点1,考点2,考点3,对应训练 1. (2019山西二模)如图,粗细均匀的等臂U形管竖直放置,其左管封闭有一定量的气体,右管开口与大气相通,左右两侧被水银柱隔开。平衡时测得左管内气柱的长度为l,右管内水银面高于左管内水银面h。现从右管开口处用一不计厚度的活塞缓慢向下压气体,已知活塞与管密封良好,水银的密度为,大气压强
11、为p0,重力加速度为g。若整个过程中气体温度保持不变,求活塞压下多少距离时左右两管水银面相齐平。,考点1,考点2,考点3,考点1,考点2,考点3,2. (2019安徽黄山二模)如图所示,粗细均匀的U形玻璃管,竖直放置,左端开口,右端封闭。一定质量的理想气体B,气柱长为L=12.5 cm,左端长为h=4 cm的水银柱封闭了一定质量的理想气体A,气柱长度也为h,且两端最上方液面齐平。现再往左端缓慢加入长为h的水银柱。已知大气压强为p0=76 cmHg,整个过程温度保持不变。当气柱稳定时,求:右端液面上升的高度L0及气柱A的长度LA(计算结果均保留一位小数)。,考点1,考点2,考点3,解析:设水银密
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