单元13气体实验定律和热力学定律（解析版）2.docx

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1、单元13气体实验定律和热力学定律气体实验定律和热力学第一定律是高考的热点。主要以图像形式出现，考查气体实验三定律与热力学 第一定律的综合。本部分试题多与现实生活中的热学现象联系，体会应用物理知识解决实际问题的乐趣。1 .气体实验定律和状态方程问题的解题流程.气体变质量问题的常见模型2 .变质量问题的解题流程.热力学定律应用的常见模型3 .热力学定律的解题流程【典例图像问题)如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积-温度图上的 两条直线I和H表示，匕和彩分别为两直线与纵轴交点的纵坐标，I。是它们的延长线与横轴交点的横坐标, to = -273.15。； a为直线I上的一点。由图可知，

2、气体在状态。和匕的压强之比詈= ；气体在状态。和PbC的压强之比皆=。Pc【答案】1,1【解析】(1)根据盖吕萨克定律有=攵整理得V = kt + 273.15由体积一温度(V - t)图像可知，过程I对应的就是等容变化的过程，对应的直线为等压线，则a、b两点压强相等，则有需=1(2)当温度等于0。口过程I对应的体积为匕，过程II对应的体积为彩，由玻意耳定律：p1V1=p2V2,得：9=白 由于过程I、 P2 M过程n都是等压变化，所以詈=齐 Pc V1【典例2】(P-T图像问题)如图所示，一定质量的理想气体经历了AtB C的状态变化过程，在此过程中 气体的内能增加了 135/,外界对气体做了

3、 90/的功。已知状态4时气体的体积以= 600cm3。求：(1)从状态A到状态C的过程中，气体与外界热交换的热量，是吸热还是放热;（2）状态4时气体的压强p”【答案】解：（1）4 t B t C的状态变化过程中，AU = 135/, IV = 90/,由热力学第一定律/U =勿+ Q,得Q = 4U - IV = 457,即气体从外界吸收45/的热量。（2）从状态A到状态8为等容变化过程，根据查理定律有=第代 入数据可得诙=3p.从状态8到状态C为等压变化过程，根据盖-吕萨克定律有趣=合从状态4到状态B,外 界对气体不做功；从状态8到状态C,外界对气体做的功为W = pM，村可得Pb=V =

4、 fPa = 4 5 X 1。叩。由而=3口从,可得状态力时气体的压强为% = 1.5 X 105Pa.IOUU-tUU 1 u【典例3】（PT图像问题）如图甲，开口向上，内壁光滑密封完好的导热圆柱形气缸竖直放置，在气缸M、N两处设有卡口，使厚度不计但具有一定质量的活塞，只能在M、N之间运动。开始时活塞停在N处，缸内 压强Pi = 1.54 X 1052。，温度为527汽，现缓慢放热，活塞运动M处，直到缸内压强P3 = 1.。8%10叩。为止。 整个过程中的p - P图像如图乙所示轴单位10一3nI?, P轴单位iospa）。设外界大气压po = 1.0 x 105Pa.（1）写出图乙中气体的

5、变化过程，并求出M、N卡II之间的体积；（2）求活塞刚离开N时气体的温度，以及末状态气缸内气体的温度。（计算结果保留一位小数）【答案】解：（1）从图乙可知，气体先做等容变化，然后做等压变化，最后做等容变化，由图乙可知，两卡口”、Mt 间的体积，VMN = （1.46 x 10-3 _ 1 02 x 10-3）?n3 = 0.44 x 10-3m3 = 4.4 x 10-4血3；（2）由图乙可知，开始 时气缸内气体的压强为Pi = 1.54 x 105Pa,体积为匕=1.46 X 1077n3,温度周=（527 + 273）K = BOOK, 活塞刚离开N处时，气体压强pz = 1.36 x 1

6、05Pa,体积为 = 1.46 x WW,由查理定律有,=，解得： T2 = 706.5/C,活塞最终运动到M点，Wp3 = 1.08 x 105Pa,体积为匕 = L02 x 10-37n3,由理想气体状态 方程攀=若，解得：72 = 392.0八【典例4】（液柱类问题）如图所示，一导热性能良好的球形容器内 .3部不规则，某兴趣小组为了测量它的容积，在容器上插入一根两端开口的长玻璃管，接口密封。玻璃管内 部横截面积为S = 0.2sn2, 一长为h = 15sn的静止水银柱封闭了一定质量的气体，其下方玻璃管内空气柱 长度为10cm,此时外界温度为公=27。（：。现把容器浸在100久的沸水中，

7、水银柱缓慢上升29.2cm后稳 定。实验过程中认为大气压没有变化，大气压po = 1.0xl（）5pa（相当于75cm高汞柱压强）。（结果保留两位 有效数字）（1）容器的容积为多少？(2)若实验过程中管内气体内能增加了 1.3/,判断气体是从外界吸收热量还是向外界放出热量，并计算 热量的大小。【答案】解：(1)设容器的容积为V,封闭气体等压膨胀，= 300K, T2 = 373K,由盖吕-萨克定律得：罕=罕，。=匕+ 29.2 = 39.2cm,得：P-22/；(2)因为气体膨胀对外做功，而内能增加，由热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量；容器内气体压强为：p = Po + Ph = 90c

8、mHg = 1.2 x 1()5。,气体 对外做功为：W = -pAV = -p(/2 - lS = -0.77,由热力学第一定律：4U = W + Q,吸收的热量为：Q = 2.0/。【典例5(气缸类问题)图甲为某家转椅公司生产的一气压升降椅，其简要原理图如图乙所示，升降椅中 间有一个开口向上，导热性能良好的气缸，气缸内封闭有压强为po(与外界标准大气压相同)、体积为匕的气 体，某同学坐上座椅后，座椅连带活塞缓慢卜.降，气体被压缩，最终静止时/工体体积为|%。已知活塞截面 积为S,与汽缸间摩擦不计，活塞和与其连接的部件质量可忽略不计，环境温度不变，环境气压为标准大气 压Po,气缸不漏气。重力

9、加速度为g,气缸内气体可看成理想气体。求：(1)该同学坐上座椅稳定后，气缸内气体的压强p：(2)该同学的质量【答案】 解：(1)同学坐上后，气体等温压缩，由Po% = 2,&%，解得：p = 1.5po； (2)由受力平衡：mg = (p-po)S,代入数据解得：巾=翳。【典例6(气体的变质量问题)如图所示，按下压水器，能够把一定量的外界空气，经单向进气口压入密 闭水桶内。开始时桶内气体的体积% = 8.0乙出水管竖直部分内外液面相平、出水口与大气相通且与桶内水面的高度差用=0.20m。出水管内水的体积忽略不计，水桶的横截面积S = 0.08 7M。现压入空气，缓慢流出了匕= 2.0 L水。求压入的空气在外界时的体积为多少？已知水的密度p = 1.0xl()3kg/m3,外界大气压强Po = 1.0 x 1()5如 取重力加速度大小g = io m/s2,设整个过程中气体可视为理想气体，温度保持【答案】 解析：设流出2 L水后，液面下降疑，则成=T此时，瓶中气体压强P2 = Po + P9（九1 +他，体枳匕=% +匕 设瓶中气体在外界压强下的体积为V,则由等温度变化得p2V2 = Po,初始状态瓶中气体压强为Po,体积为外, 故= Vf -玲解得/V = 2.225 L0