2019-2020年高中物理 第八章 气体学案 新人教版选修3-3.doc

2019-2020年高中物理 第八章 气体学案 新人教版选修3-3一、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pgh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，如图1所示，则被封住气体的压强是多大？(水银的密度为，大气压强为p0)图1答案p0gLsin 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pSgLSsin p0S，pp0gLsin .当封闭气体的液柱倾斜时，其产生的压强gh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F1p1SF0p0S由牛顿第二定律得F1F0ma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p1V1p0V式中VSLV1S(Ld)联立式得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)确定气体在初、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质量一定例3如图3，绝热汽缸A与导热汽缸B均固定于地面，由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦两汽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，求汽缸A中气体的体积VA和温度TA.图3答案V01.4T0解析设A、B初态压强均为p0，膨胀后A、B压强相等pB1.2p0B中气体初、末状态温度相等，p0V01.2p0(2V0VA)得VAV0A中气体满足，得TA1.4T0.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p T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AB的过程，根据玻意耳定律，有p0V03p0VB，则VBV0.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pgh(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pgx.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