2022年重点高中物理选修-大题知识点及经典例题 .pdf

精心整理高 中 物 理 选 修3 - 3大 题 知 识 点 及 经 典 例 题气体压强的产生与计算1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。2决定因素(1) 宏观上：决定于气体的温度和体积。(2) 微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度。3平衡状态下气体压强的求法(1) 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。(2) 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。(3) 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 h 处的总压强 pp0gh，p0为液面上方的压强。4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 1 液体封闭气体压强的计算若已知大气压强为p0，在图 22 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 22 解析在甲图中，以高为h 的液柱为研究对象，由二力平衡知p甲SghSp0S所以 p甲p0gh在图乙中，以 B液面为研究对象，由平衡方程F上F下有：pASghSp0Sp乙pAp0gh在图丙中，仍以 B液面为研究对象，有pAghsin60 pBp0所以 p丙pAp0gh在图丁中，以液面A为研究对象，由二力平衡得p丁S(p0gh1)S所以 p丁p0gh1。 答案甲：p0gh乙：p0gh丙：p0gh1丁：p0gh1考向 2 活塞封闭气体压强的求解如图 23 中两个汽缸质量均为M ，内部横截面积均为S，两个活塞的质量均为 m ，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A、B，大气压为 p0，求封闭气体 A、B的压强各多大？图 23 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 精心整理 解析由题图甲中选 m为研究对象。pASp0Smg得 pAp0题图乙中选 M为研究对象得pBp0。 答案p0p0理想气体状态方程与实验定律的应用1理想气体状态方程与气体实验定律的关系2几个重要的推论(1) 查理定律的推论： pT(2) 盖吕萨克定律的推论：VT(3) 理想气体状态方程的推论：3应用状态方程或实验定律解题的一般步骤(1) 明确研究对象，即某一定质量的理想气体；(2) 确定气体在始末状态的参量p1，V1、T1及 p2、V2、T2；(3) 由状态方程或实验定律列式求解；(4) 讨论结果的合理性。4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pV pVCT ( 其中 C为恒量 )， 即 pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远ppCT ，斜率 kCT ，即斜率越大，温度越高pT pT，斜率 k，即斜率越大，体积越小VT VT，斜率 k，即斜率越大，压强越小考向 1 气体实验定律的应用如图 24 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m12.50 kg ，横截面积为 S180.0 cm2；小活塞的质量为 m21.50 kg ，横截面积为 S240.0 cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为 l 40.0 cm；汽缸外大气的压强为p1.00105Pa，温度为 T303K 。 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T1495K。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 g 取 10 m/s2。求图 24 (1) 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；(2) 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(1) 设初始时气体体积为V1， 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V2，温度为 T2。由题给条件得V1S2S1V2S2l 在活塞缓慢下移的过程中，用p1表示缸内气体的压强，由力的平衡条件得名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 精心整理S1( p1p)m1gm2gS2( p1p) 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T2330K。(2) 在大活塞与大圆筒底部刚接触时，被封闭气体的压强为p1。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 p，由查理定理，有联立 式并代入题给数据得p1.01 105Pa。 答案(1)330K (2)1.01 105Pa 考向 2 气体状态变化的图象问题一定质量的理想气体由状态A变为状态 D ，其有关数据如图25 甲所示，若状态 D的压强是 2104Pa。图 25 (1) 求状态 A的压强；(2) 请在图乙中画出该状态变化过程的pT 图象，并分别标出A、B、C 、D各个状态，不要求写出计算过程。 思路点拨 读出 VT 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(1) 据理想气体状态方程：，则 pA4104Pa。(2) pT图象及 A、B、C、D各个状态如下图所示。 答案(1)4 104Pa (2) 见解析规律总结(1) 要清楚等温、等压、等容变化，在pV图象、pT图象、VT 图象、pT图象、 VT 图象中的特点。(2) 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。(3) 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V，里面已有压强为 p0的空气，现在要使轮胎内的气压增大到 p，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p0、体积为 _的空气。 (填选项前的字母 ) A.VB.V C.VD.V解析设需充入体积为 V的空气，以 V、V体积的空气整体为研究对象，由理想气体状态方程有，得V( 1)V。答案C 如图 212 所示，汽缸长为 L1 m，固定在水平面上，汽缸中有横截面积为 S100 cm2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 、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 精心整理大气压强为 p01105Pa时，气柱长度为 l 90 cm，汽缸和活塞的厚度均可忽略不计。求：图 212 (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？解析(1) 设活塞到达汽缸右端口时，被封气体压强为p1，则 p1Sp0SF由玻意耳定律得： p0lS p1LS解得： F100N (2) 由盖吕萨克定律得：解得： T333K ，则 t 60 。答案(1)100N (2)60 如图 213 所示，一底面积为 S、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m的相同活塞 A和 B；在A与 B之间、 B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 V。已知容器内气体温度始终不变，重力加速度大小为 g，外界大气压强为 p0。现假设活塞 B发生缓慢漏气， 致使 B最终与容器底面接触。求活塞 A移动的距离。图 213 解析初始状态下 A、B两部分气体的压强分别设为pAO、pBO，则对活塞 A、B由平衡条件可得：p0Smg pAOSpAOSmg pBOS最终状态下两部分气体融合在一起，压强设为p，体积设为 V，对活塞 A由平衡条件有p0Smg pS对两部分气体由理想气体状态方程可得pAOVpBOVpV设活塞 A移动的距离为 h，则有V2VhS联立以上五式可得h。答案如图 214 所示，两气缸 A、B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； A的直径是 B的 2 倍，A上端封闭， B上端与大气连通；两气缸除 A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 a、b，活塞下方充有氮气，活塞a 上方充有氧气。当大气压为p0、外界和气缸内气体温度均为7 且平衡时， 活塞 a 离气缸顶的距离是气缸高度的，活塞 b在气缸正中间。图 214 (1) 现通过电阻丝缓慢加热氮气， 当活塞 b 恰好升至顶部时， 求氮气的温度；(2) 继续缓慢加热，使活塞a 上升。当活塞 a 上升的距离是气缸高度的时，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 精心整理求氧气的压强。解析(1) 活塞 b 升至顶部的过程中， 活塞 a 不动，活塞 a、b 下方的氮气经历等压过程。设气缸 A的容积为 V0，氮气初态体积为 V1，温度为 T1；末态体积为V2，温度为 T2。按题意，气缸 B的容积为 V0/4 ，由题给数据和盖 吕萨克定律有V1V0V0V2V0V0V0由 式和题给数据得T2320K(2) 活塞 b 升至顶部后，由于继续缓慢加热，活塞a 开始向上移动，直至活塞上升的距离是气缸高度的时， 活塞 a 上方的氧气经历等温过程。 设氧气初态体积为 V1，压强为 p1；末态体积为 V2，压强为 p2。由题给数据和玻意耳定律有V1V0，p1p0，V2V0p1V1p2V2由式得p2p0。答案(1)320K (2) p0如图 37 所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l120 cm(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h10 cm。( 环境温度不变，大气压强p075cmHg) 图 37 (1) 求稳定后低压舱内的压强 ( 用“cmHg ”作单位 ) ；(2) 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(1) 设 U型管横截面积为 S，右端与大气相通时左管中封闭气体压强为 p1，右端与一低压舱接通后，左管中封闭气体压强为p2，气柱长度为 l2，稳定后低压舱内的压强为p。左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得p1V1p2V2p1p0p2pphV1l1SV2l2S由几何关系得 h2(l2l1)联立 式，代入数据得 p50cmHg (2) 左管内气体膨胀，气体对外界做正功，温度不变，U0，根据热力学第一定律， UQ W且 W 0，所以 Q W 0，气体将吸热。答案(1)50cmHg (2) 做正功吸热如图 38 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S， 活塞的下面吊着一个重为G的物体，大气压强恒为 p0。起初环境的热力学温度为T0时，活塞到汽缸底面的距离为L。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0.1 L，汽缸中的气体吸收的热量为Q 。求：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 精心整理图 38 (1) 汽缸内部气体内能的增量U ；(2) 最终的环境温度 T。解析(1) 密封气体的压强 pp0(G / S) 密封气体对外做功W pS0.1 L由热力学第一定律 U Q W得U Q 0.1p0SL0.1 LG(2) 该过程是等压变化，由盖吕萨克定律有解得 T1.1 T0。答案(1) Q 0.1 p0SL0.1 LG(2)1.1 T0名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -