氣體實(shí)驗(yàn)定律及應(yīng)用答案

1、第 2 節(jié)氣體實(shí)驗(yàn)定律及應(yīng)用知識(shí)梳理一、氣體分子運(yùn)動(dòng)速率的統(tǒng)計(jì)分布?xì)怏w實(shí)驗(yàn)定律理想氣體1氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(1)分子很小，間距很大，除碰撞外不受力(2)氣體分子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的氣體分子數(shù)目都相等(3)分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，大量分子的速率按“中間多，兩頭少”的規(guī)律分布(4)溫度一定時(shí)，某種氣體分子的速率分布是確定的，溫度升高時(shí)，速率小的分子數(shù)減少，速率大的分子數(shù)增多，分子的平均速率增大，但不是每個(gè)分子的速率都增大2氣體的三個(gè)狀態(tài)參量(1)體積； (2)壓強(qiáng)； (3)溫度3氣體的壓強(qiáng)(1)產(chǎn)生原因：由于氣體分子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，大量的分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生持續(xù)而穩(wěn)定的壓力F(2)大小：氣體的壓強(qiáng)在數(shù)值上

2、等于氣體作用在單位面積上的壓力公式：p S.(3)常用單位及換算關(guān)系：國(guó)際單位：帕斯卡，符號(hào)：Pa,1 Pa 1 N/m 2 .55換算關(guān)系： 1 atm76 cmHg 1.013 × 10Pa 1.0× 10Pa.4氣體實(shí)驗(yàn)定律(1)等溫變化玻意耳定律：內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)p 與體積 V 成反比公式： p1V1 p2V2 或 pV C(常量 )(2)等容變化查理定律：內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)p 與熱力學(xué)溫度 T 成正比p1T1p公式： p2 T2或 TC(常量 )推論式：p1p·T.T1(3)等壓變化蓋呂薩

3、克定律：內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，其體積V 與熱力學(xué)溫度 T 成正比V1T1V公式： V2 T2或 T C(常量 )V1推論式：V T1·T.5理想氣體狀態(tài)方程(1)理想氣體：在任何溫度、任何壓強(qiáng)下都遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體理想氣體是一種經(jīng)科學(xué)的抽象而建立的理想化模型，實(shí)際上不存在理想氣體不考慮分子間相互作用的分子力，不存在分子勢(shì)能，內(nèi)能取決于溫度，與體積無(wú)關(guān).實(shí)際氣體特別是那些不易液化的氣體在壓強(qiáng)不太大，溫度不太低時(shí)都可看作理想氣體(2)一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程：p1V1p2V2pVT1 T2 或 T C(常量 )典例突破考點(diǎn)一氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生與計(jì)算1產(chǎn)生的原因：

4、由于大量分子無(wú)規(guī)則地運(yùn)動(dòng)而碰撞器壁，形成對(duì)器壁各處均勻、持續(xù)的壓力，作用在器壁單位面積上的壓力叫做氣體的壓強(qiáng)2決定因素(1)宏觀上：決定于氣體的溫度和體積(2)微觀上：決定于分子的平均動(dòng)能和分子的密集程度3平衡狀態(tài)下氣體壓強(qiáng)的求法(1)液片法：選取假想的液體薄片(自身重力不計(jì))為研究對(duì)象，分析液片兩側(cè)受力情況，建立平衡方程，消去面積，得到液片兩側(cè)壓強(qiáng)相等方程求得氣體的壓強(qiáng)(2)力平衡法： 選取與氣體接觸的液柱(或活塞 )為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，得到液柱 (或活塞 )的受力平衡方程，求得氣體的壓強(qiáng)(3)等壓面法：在連通器中，同一種液體(中間不間斷 )同一深度處壓強(qiáng)相等4加速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中封閉氣體壓強(qiáng)

5、的求法選取與氣體接觸的液柱(或活塞 )為研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析，利用牛頓第二定律列方程求解例 1如圖中兩個(gè)汽缸質(zhì)量均為M，內(nèi)部橫截面積均為S，兩個(gè)活塞的質(zhì)量均為m，左邊的汽缸靜止在水平面上， 右邊的活塞和汽缸豎直懸掛在天花板下兩個(gè)汽缸內(nèi)分別封閉有一定質(zhì)量的空氣A、B，大氣壓為p0 ，求封閉氣體A、B 的壓強(qiáng)各多大？解析： 題圖甲中選m 為研究對(duì)象pASp0Smgmg得 pA p0 SMg題圖乙中選M 為研究對(duì)象得pB p0 S .精選文檔mgMg答案： p0 Sp0 S例 2若已知大氣壓強(qiáng)為p0，在下圖中各裝置均處于靜止?fàn)顟B(tài)，圖中液體密度均為，求被封閉氣體的壓強(qiáng)解析： 在甲圖中，以高為h 的液

6、柱為研究對(duì)象，由二力平衡知p 氣 S ghSp0 S所以 p 氣 p0 gh在圖乙中，以B 液面為研究對(duì)象，由平衡方程F 上 F 下 有： pAS phSp0 Sp 氣 pA p0 gh在圖丙中，仍以B 液面為研究對(duì)象，有p ghsin 60°p p0AB3所以 p 氣 pA p0 2 gh在圖丁中，以液面A 為研究對(duì)象，由二力平衡得pSp0ghSppgh氣 ( 1) ，所以氣 0 1答案： 甲： p0 gh乙： p0 gh3丙： p0 gh2?。?p0 gh1例 3如圖所示，光滑水平面上放有一質(zhì)量為 M 的汽缸，汽缸內(nèi)放有一質(zhì)量為 m 的可在汽缸內(nèi)無(wú)摩擦滑動(dòng)的活塞，活塞面積為 S.

7、現(xiàn)用水平恒力 F 向右推汽缸，最后汽缸和活塞達(dá)到相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，求此時(shí)缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng) p.(已知外界大氣壓為 p0)解析： 選取汽缸和活塞整體為研究對(duì)象，相對(duì)靜止時(shí)有：F (M m)a再選活塞為研究對(duì)象，根據(jù)牛頓第二定律有：pS p0S mamF解得： p p0 SM m.mF答案： p0 SM m.考點(diǎn)二氣體實(shí)驗(yàn)定律及理想氣體狀態(tài)方程1理想氣體狀態(tài)方程與氣體實(shí)驗(yàn)定律的關(guān)系溫度不變： p1V1p2V2玻意耳定律p1p2p1V1 p2V2 體積不變： T1 T2查理定律T1 T2V1V2壓強(qiáng)不變： T1 T2蓋呂薩克定律2幾個(gè)重要的推論p1(1)查理定律的推論：p T1TV1(2)蓋呂薩克定律

8、的推論：V T1T(3)理想氣體狀態(tài)方程的推論：p0V0p1V1 p2V2T0 T1 T2例 4如圖，一固定的豎直汽缸由一大一小兩個(gè)同軸圓筒組成，兩圓筒中各有一個(gè)活塞已知大活塞的質(zhì)量為 m1 2.50 kg，橫截面積為S1 80.0 cm2；小活塞的質(zhì)量為m2 1.50 kg，橫截面積為S22l 40.0 cm；汽缸外大氣的壓強(qiáng)為p 1.00 ×540.0 cm ；兩活塞用剛性輕桿連接，間距保持為10Pa，溫度為 T 303 K 初始時(shí)大活塞與大圓筒底部相距l(xiāng)T1 495 K 現(xiàn)2，兩活塞間封閉氣體的溫度為汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降，活塞緩慢下移，忽略兩活塞與汽缸壁之間的摩擦，重力加速度

9、大小g 取10 m/s 2 .求：(1)在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間，汽缸內(nèi)封閉氣體的溫度；(2)缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達(dá)到熱平衡時(shí)，缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)解析(1)設(shè)初始時(shí)氣體體積為V1，在大活塞與大圓筒底部剛接觸時(shí)，缸內(nèi)封閉氣體的體積為V2，溫度為 T2 .由題給條件得V1 S1ll2 2 S2 lV2S2l在活塞緩慢下移的過(guò)程中，用p1 表示缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，由力的平衡條件得S1(p1 p) m1 gm2g S2(p1 p)精選文檔.故缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不變由蓋- 呂薩克定律有V1V2T1 T2聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得T2 330 K(2)在大活塞與大圓筒底部剛接觸時(shí)，被封閉氣體的壓強(qiáng)為p1.

10、在此后與汽缸外大氣達(dá)到熱平衡的過(guò)程中，被封閉氣體的體積不變?cè)O(shè)達(dá)到熱平衡時(shí)被封閉氣體的壓強(qiáng)為p，由查理定律，有pp1T T2聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得p51.01 × 10Pa答案(1)330 K (2)1.01×5 10Pa例 5一氧氣瓶的容積為0.08m3，開(kāi)始時(shí)瓶中氧氣的壓強(qiáng)為20 個(gè)大氣壓某實(shí)驗(yàn)室每天消耗1 個(gè)大氣壓的氧氣 0.36 m3 .當(dāng)氧氣瓶中的壓強(qiáng)降低到2 個(gè)大氣壓時(shí)，需重新充氣若氧氣的溫度保持不變，求這瓶氧氣重新充氣前可供該實(shí)驗(yàn)室使用多少天解析： 設(shè)氧氣開(kāi)始時(shí)的壓強(qiáng)為p1 ，體積為 V1 ，壓強(qiáng)變?yōu)?p2(2 個(gè)大氣壓 )時(shí)，體積為 V2 .根據(jù)玻意耳定律得p

11、1V1 p2 V2 重新充氣前，用去的氧氣在p2 壓強(qiáng)下的體積為V3V2 V1設(shè)用去的氧氣在 p0(1 個(gè)大氣壓 )壓強(qiáng)下的體積為 V0，則有 p2V3 p0V0 設(shè)實(shí)驗(yàn)室每天用去的氧氣在 p0 下的體積為 V，則氧氣可用的天數(shù)為正確表示該過(guò)程中空氣的壓強(qiáng)p 和體積 V 關(guān)系的是 ()解析： 選 B.等溫變化時(shí)，根據(jù)1p1 ，與 成正比，所以 圖象是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線，故正pVC pVV確選項(xiàng)為 B.當(dāng)堂達(dá)標(biāo)1如圖所示，一個(gè)橫截面積為S 的圓筒形容器豎直放置，金屬圓塊A 的上表面是水平的，下表面是傾斜的，下表面與水平面的夾角為，圓塊的質(zhì)量為 M，不計(jì)圓塊與容器內(nèi)壁之間的摩擦，若大氣壓強(qiáng)為 p0

12、，則被圓塊封閉在容器中的氣體的壓強(qiáng)p 為 _Mg，大氣壓的作用力p0S，封閉氣體對(duì)它的作用力pS解析： 對(duì)圓塊進(jìn)行受力分析：重力，容器側(cè)cos 壁的作用力 F1 和 F2，如圖所示由于不需要求出側(cè)壁的作用力，所以只考慮豎直方向合力為零，故 p0S MgpSMg就可以求被封閉的氣體壓強(qiáng) 圓塊在豎直方向上受力平衡，· cos ，即 p p0S.cos N V0/ V聯(lián)立式，并代入數(shù)據(jù)得N4(天)答案： 4天Mg考點(diǎn)三氣體狀態(tài)變化的圖象問(wèn)題答案： p0S一定質(zhì)量的氣體不同圖象的比較 33 33的藥液后開(kāi)始打氣，打氣2某壓縮式噴霧器儲(chǔ)液桶的容量是5.7 × 10 m .往桶內(nèi)倒入4

13、.2 × 10m過(guò)程中藥液不會(huì)向外噴出如果每次能打進(jìn)2.5 4 3的空氣，要使噴霧器內(nèi)藥液能全部噴完，× 10 m且整個(gè)過(guò)程中溫度不變，則需要打氣的次數(shù)是()A16 次B17 次例 6為了將空氣裝入氣瓶?jī)?nèi)，現(xiàn)將一定質(zhì)量的空氣等溫壓縮，空氣可視為理想氣體下列圖象能精選文檔.C20 次D21次解析： 選 B.設(shè)大氣壓強(qiáng)為p，由玻意耳定律， npV0p V pV，V0 2.5 43 3 3× 10 m ， V 5.7× 10m 333 33 3 4.2 × 10 m 1.5 × 10 m，V 5.7 × 10 m ，解得 n 16

14、.8 次 17次，選項(xiàng) B 正確3 (多選 )一定質(zhì)量理想氣體的狀態(tài)經(jīng)歷了如圖所示的ab、 bc、 cd、 da四個(gè)過(guò)程，其中 bc 的延長(zhǎng)線通過(guò)原點(diǎn)， cd 垂直于 ab 且與水平軸平行，da 與 bc 平行，則氣體體積在()A ab過(guò)程中不斷增大B bc 過(guò)程中保持不變C cd 過(guò)程中不斷增大D da過(guò)程中保持不變解析： 選 AB. 首先，因?yàn)閎c 的延長(zhǎng)線通過(guò)原點(diǎn)，所以bc 是等容線，即氣體體積在bc 過(guò)程中保持不變， B 正確； ab 是等溫線，壓強(qiáng)減小則體積增大，A 正確； cd 是等壓線，溫度降低則體積減小，C錯(cuò)誤；連接 aO 交 cd 于 e，如圖所示，則 ae是等容線，即 Va

15、 Ve，因?yàn)?VdVe，所以 Vd Va， da 過(guò)程中體積不是保持不變， D 錯(cuò)誤解析： 設(shè)物體 A 的體積為V， T1 300 K ， p1 1.053V，T2330 K ， p2× 10Pa， V1 60 × 40 cm5mg3V.1.0 × 10213323 6440× 10 4 Pa， V V， T360 K ，p p，V× 40 cm1 到狀態(tài) 2 為等容過(guò)程，則p1p2由狀態(tài)，T1T2代入數(shù)據(jù)得 m 4 kg.V2V3由狀態(tài)2 到狀態(tài) 3 為等壓過(guò)程，則 T2 T3，代入數(shù)據(jù)得V 640 cm3.答案： 4 kg640 cm34已

16、知湖水深度為 20 m，湖底水溫為 4，水面溫度為 17 ，大氣壓強(qiáng)為 1.05× 10Pa.當(dāng)一氣泡從湖底緩慢升到水面時(shí)，其體積約為原來(lái)的233)()(取 g 10 m/s ， 水 1.0 × 10kg/mA 2.8 倍B 8.5 倍C 3.1 倍D 2.1 倍解析：選 C.一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓約為10 m 高的水柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)， 所以氣泡在湖底的壓強(qiáng)p1 約為53.0 × 10Pa，由理想氣體狀態(tài)方程得，p1V1p2V2K ， T2 (17 273)K 290K ，溫度基T1，而 T1 (4 273)K 277T213 倍左右， C 項(xiàng)正確本不變，壓強(qiáng)減小為原來(lái)的3，體積擴(kuò)大為原來(lái)