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  • 2021-05-26 发布

高中物理必备知识点:气体的等容变化和等压变化

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t(℃) p(pa) 0t0 气体的等容变化和等压变化 在物理学中,当需要研究三个物理量之间的关系时,往往采用“控制变量法”——保持一个量不 变,研究其它两个量之间的关系,然后综合起来得出所要研究的几个量之间的关系。 一、气体的等容变化: 1、等容变化:当体积(V)保持不变时, 压强(p)和温度(T)之间的关系。 2、查理定律:一定质量的气体,在体积不变的情况下,温度每升高(或降低) 1℃,增加(或 减少)的压强等于它 0℃时压强的 1/273. 或一定质量的某种气体,在体积保持不变的情况下, 压强 p 与热力学温度 T 成正比. 3、公式: 常量 1 1 2 2 T p T p 4、查理定律的微观解释:[来源:Zxxk.Com] 一定质量(m)的气体的总分子数(N)是一定的,体积(V)保持不变时,其单位体积内的 分子数(n)也保持不变,当温度(T)升高时,其分子运动的平均速率(v)也增大,则气体 压强(p)也增大;反之当温度(T)降低时,气体压强(p)也减小。这与查理定律的结论一 致。 二、气体的等压变化: 1、等压变化:当压强(p) 保持不变时,体积(V)和温度(T)之间的关系. 2、盖·吕萨克定律:一定质量的气体,在压强不变的情况下,温度每升高(或降低) 1℃,增 加(或减少)的体积等于它 0℃时体积的 1/273. 或一定质量的某种气体,在压强 p 保持不变的情况下, 体积 V 与热力学温度 T 成正比. 3、公式: 常量 1 1 2 2 T V T V 4、盖·吕萨克定律的微观解释: 一定质量(m)的理想气体的总分子数(N)是一定的,要保持压强(p)不变,当温度(T) 升高时,全体分子运动的平均速率 v 会增加,那么单位体积内的分子数(n)一定要减小(否 则压强不可能不变),因此气体体积(V)一定增大;反之当温度降低时,同理可推出气体体 积一定减小 三、气态方程 一定质量的理想气体的压强、体积的乘积与热力学温度的比值是一个常数。 nRT Vp T Vp  1 11 2 22 n 为气体的摩尔数,R 为普适气体恒量 063.上海市南汇区 2008 年第二次模拟考试 1A.由查理定律可 知,一定质量的理想气体在体积不变时,它的压强随温度变化 关系如图中实线表示。把这个结论进行合理外推,便可得出图 中 t0= ℃;如果温度能降低到 t0,那么气体的压强将减 小到 Pa。 答:-273、0 025.上海黄浦区 08 年 1 月期终测评 15.一定质量的理想气体在等容变 化过程中测得,气体在 0℃时的压强为 PO, 10℃时的压强为 P10,则气体在 21℃时的压强在下述各表达式中正确的 是 ( A D ) A. 273 0 1011 PPP  B. 273 10 0 011 PPP  C. 273 10 1011 PPP  D. 1011 283 284 PP  033.上海嘉定区 2007 学年上学期高三调研 5、如图所示,A 端封闭有气体的 U 形玻璃管倒插 入水银槽中,当温度为 T1 时,管中水银面处在 M 处,温度为 T2 时,管中水银面处在 N 处, 且 M、N 位于同一高度,若大气压强不变,则:( A D ) A. 两次管中气体压强相等 B. T1 时管中气体压强小于 T2 时管中气体压强 C. T1T2 039.08 年深圳市高三年级第一次调研考试 12.对于一定质量的理想气体,可能发生的过程是 ( C ) A.压强和温度不变,体积变大 B.温度不变,压强减少,体积减少 C.体积不变,温度升高,压强增大, D.压强增大,体积增大,温度降低 [来源:学科网] 047.08 年福建省毕业班质量检查 17.如图所示,导热性能良好的气缸开口向下,缸内用一活 塞封闭一定质量的气体,活塞在气缸内可以自由滑动且不漏气,其下方用细绳吊着一重物, 系统处于平衡状态。现将细绳剪断,从剪断细绳到系统达到新的平衡状态的过程可视为一缓 慢过程,在这一过程中气缸内 ( B ) A.气体从外界吸热 B.单位体积的气体分子数变大 C.气体分子平均速率变大 D.单位时间单位面积器壁上受到气体分子撞击的次数减少 030.扬州市 07-08 学年度第一学期期末调研试卷 12.(2)(6 分)在图所示的气缸中封 闭着温度为 100℃的空气, 一重物用绳索经滑轮与缸中活塞相连接, 重物和活塞均 处于平衡状态, 这时活塞离缸底的高度为 10 cm,如果缸内空气变为 0℃, 问: ①重物是上升还是下降? ②这时重物将从原处移动多少厘米?(设活塞与气缸壁间无摩擦) M N A 解: ①缸内气体温度降低, 压强减小, 故活塞下移, 重物上升.[来源:Zxxk.Com] ②分析可知缸内气体作等压变化. 设活塞截面积为 S cm2, 气体初态体积 V1=10S cm3, 温 度 T1=373 K, 末态温度 T2=273 K, 体积设为 V2=hScm3 (h 为活塞到缸底的距离) 据 2 1 2 1 T T V V  可得 h =7.4 cm 则重物上升高度Δh=10-7.4=2.6 cm 024.上海市徐汇区 07 年第一学期期末试卷 10.如图所示,一竖直放置的气缸由两个截 面积不同的圆柱构成,各有一个活塞且用细杆相连,上、下分别封有两部分气体 A 和 B, 两活塞之间是真空,原来活塞恰好静止,两部分气体的温度相同,现在将两部分气体同 时缓慢升高相同温度,则( B C ) (A)两活塞将静止不动 (B)两活塞将一起向上移动 (C)A 气体的压强改变量比 B 气体的压强改变量大 (D)无法比较两部分气体的压强改变量的大小 054.08 年北京市海淀区一模试卷 14. 如图所示,内壁光滑的绝热气缸竖直立于地面上,绝热 活塞将一定质量的气体封闭在气缸中,活塞静止时处于 A 位置。现将一重物轻轻地放在活塞 上,活塞最终静止在 B 位置。若除分子之间相互碰撞以外的作用力可 忽略不计,则活塞在 B 位置时与活塞在 A 位置时相比较 ( D ) A.气体的温度可能相同 B.气体的内能可能相同 C.单位体积内的气体分子数不变 D.单位时间内气体分子撞击单位面积气缸壁的次数一定增多 gk004.2008 年高考物理上海卷 13.如图所示,两端开口的弯管,左管插入水银槽中,右管有 一段高为 h 的水银柱,中间封有一段空气。则 (A C D) (A)弯管左管内外水银面的高度差为 h (B)若把弯管向上移动少许,则管内气体体积增大 (C)若把弯管向下移动少许,右管内的水银柱沿管壁上升 (D)若环境温度升高,右管内的水银柱沿管壁上升 解析:封闭气体的压强等于大气压与水银柱产生压强之差,故左管内外水银面高度差也 为 h,A 对;弯管上下移动,封闭气体温度和压强不变,体积不变,B 错 C 对;环境温度升高, 封闭气体体积增大,则右管内的水银柱沿管壁上升,D 对。 063.上海市南汇区 2008 年第二次模拟考试 21.(10 分)如图,水平放置的汽缸内壁光滑,一 个不导热的活塞将汽缸内的气体分为 A、B 两部分,两部分气体可以分别通过放在其中的电 热丝加热。开始时,A 气体的体积是 B 的一半,A 气体的温 度是 17ºC,B 气体的温度是 27ºC,活塞静止。现缓慢加热 汽缸内气体, 使 A、B 两部分气体的温度都升高 10ºC,在 图(甲) A 图(乙) B h A B 此过程中活塞向哪个方向移动? 某同学是这样解答的:先设法保持 A、B 气体的体积不变,由于两部分气体原来的压强相等, 温度每升高 1ºC,压强就增加原来的 1/273,因此温度都升高 10ºC,两边的压强还相等,故 活塞不移动。 你认为该同学的思路是否正确?如果认为正确,请列出公式加以说明;如果认为不正确, 请指出错误之处,并确定活塞的移动方向。 解:该同学思路不正确。(2 分) 在体积不变的情况下,一定质量的理想气体温度每升高 1ºC,压强就增加 0ºC 时压强的 1/273,而现在 A、B 的温度不同而压强相等,说明 0ºC 时它们的压强不相等,因此升高 相同的温度后,最后的压强不等。(3 分) 设想先保持 A、B 的体积不变,当温度分别升高 10ºC 时,对 A 有 A A A A T p T p   (1 分) AA A A A ppT Tp 290 300 (1 分) 同理,对 B 有 BB B B B ppT Tp 300 310 (1 分) 由于 pA=pB, 300 310 290 300  (1 分) 所以 pA'>pB'故活塞向右移动。(1 分) 按其他思路求解,也按相应步骤给分。 032.上海虹口区 200 7 学年度第一学期期终教学检测 20、(10 分)如图所示,气缸内封闭有一 定质量的理想气体,当时温度为 0℃,大气压为 1atm(设其值为 105Pa)、气缸横截面积为 500cm2, 活塞重为 5000N。则:(1)气缸内气体压强为多少?(2)如果开始时内部被封闭气体的总体 积为 ,5 4 0V 汽缸上部体积为 0 1 5V ,并且汽缸口有个卡环可以卡住活塞,使之只能在汽缸内运动, 所有摩擦不计。现在使气缸内的气体加热至 273℃,求气缸内气体压强又为多少? 解:(1)由受力平衡可知: 1 0 Gp p S   5 4 50001.0 10 500 10    52.0 10 Pa  ……………………………………………3 分 (2)缸内气体先做等压变化,活塞将运动到卡环处就不再运动,设此时温度为 T1 有 0 1 0 0 5 4 V T V T  …………………………………………………3 分 所以 01 4 5 TT  ……………………………………………………1 分 接下来继续升温,气缸内气体将做等体积变化,设所求压强为 p2,故有 30° 05 1V 2 2 1 1 p T p T  ……………………………………………………1 分 代入可得 52 2 1 1 1 8 3.2 10 Pa5 Tp p pT     ………………………………………2 分 033.上海嘉定区 2007 学年上学期高三调研 19、(10 分)如图所示,上端开口的光滑圆柱形气 缸竖直放置,截面积为 40cm2 的活塞将一定质量的气体和一形状不规 则的固体 A 封闭在气缸内。在气缸内距缸底 60cm 处设有 a、b 两限 制装置,使活塞只能向上滑动。开始时活塞搁在 a、b 上,缸内气体 的压强为 p0(p0=1.0×105 Pa 为大气压强),温度为 300K。现缓慢加热 汽缸内气体,当温度为 330K,活塞恰好离开 a、b;当温度为 360K 时,活塞上升了 4cm。求: (1)活塞的质量。 (2)物体 A 的体积。 解:设物体 A 的体积为ΔV,气体的状态参量为: KT 3001  Pa1001 5 1  .p ΔVV  40601 (1 分) KT 3302  Pa10401001 4 5 2 )mg.(p - (2 分) 12 VV  360K3 T 23 pp  ΔVV  40643 (1 分) 气体从状态 1 到状态 2 为等容过程: 2 2 1 1 T p T p  (2 分) 代入数据得 m=4kg (1 分)[来源:学|科|网] 气体从状态 2 到状态 3 为等压过程: 3 3 2 2 T V T V  (2 分) 代入数据得 3640cmΔV (1 分) 031.上海市静安区 07-08 学年第一学期期末检测 20、(12 分)一根两端开口、粗细均匀的长直 玻璃管横截面积为 S=2×10-3m2,竖直插入水面足够宽广的水中。管中有一个质量为 m=0.4kg 的密闭活塞,封闭一段长度为 L0=66cm 的气体,气体温度 T0=300K,如图所示。开始时,活 塞处于静止状态,不计活塞与管壁间的摩擦。外界大气压强 P0=1.0×105Pa,水的密度ρ= 1.0×103kg/m3。试问: (1)开始时封闭气体的压强多大? (2)现保持管内封闭气体温度不变,用竖直向上的力 F 缓慢地拉动活塞。当活塞上 升到某一位置时停止移动,此时 F=6.0N,则这时管内外水面高度差为多少?管内气 柱长度多大? (3)再将活塞固定住,改变管内气体的温度,使管内外水面相平,此时气体的温度 是多少? ba L0 解:(12 分) (1)当活塞静止时, 5 5 1 0 3 0.4 101.0 10 1.02 10 ( )2 10 mgP P PaS         (2 分) (2)当 F=6. 0N 时,有: 5 4 2 0 3 0.4 10 6.01.0 10 9.9 10 ( )2 10 mg FP P PaS           (2 分) ghPP  02 管内外液面的高度差 5 4 0 2 3 1.0 10 9.9 10 0.1( )1.0 10 10 P Ph mg        (2 分) 由玻意耳定律 P1L1S=P2L2S 空气柱长度 )(6866 109.9 1002.1 4 5 1 1 2 2 cmLP PL    (2 分) (3)P3=P0=1.0×105Pa L3=68+10=78cm T2=T1 (2 分) 由气态方程 3 33 2 22 T LP T LP  气体温度变为 )(6.347300 68109.9 78100.1 4 5 1 22 33 3 KTLP LPT    (2 分) 027.盐城市 07/08 学年度第一次调研考试 12-2.(本题供使用选修 3-3 教材的考 生作答)如图所示的圆柱形容器内用活塞密封一定质量的气体,已知容器横截面 积为 S,活塞重为 G,大气压强为 P0 。若活塞固定,密封气体温度升高 1℃,需 吸收的热量为 Q 1 ; 若活塞不固定,且可无摩擦滑动,仍使密封气体温度升高 1℃,需吸收的热量为 Q 2 。 (1)Q 1 和 Q 2 哪个大些?气体在定容下的比热容与在定压下的比热容为什么会不同? (2)求在活塞可自由滑动时,密封气体温度升高 1℃,活塞上升的高度 h。 解:⑴设密闭气体温度升高 1℃,内能的增量为△U,则有 △U=Q1 ① △U=Q2+W ② 对活塞用动能定理得: W 内+W 大气-Gh=0 ③ W 大气=-P0Sh ④ W=-W 内 ⑤ 解②③④⑤得:Q2=△U+(P0S+G)h ⑥ ∴Q1 <Q2 ⑦ 由此可见,质量相等的同种气体,在定容和定压两种不同情况下,尽管温度变化相同,但吸 收的热量不同,所以同种气体在定容下的热比容与在定压下的热比容不同 ⑵解①⑥两式得: GSP QQh   0 12 ⑧ gk004.2008 年高考物理上海卷 20A.(10 分)汽车行驶时轮胎的胎压太高容易造成爆胎事故, 太低又会造成耗油量上升。已知某型号轮胎能在-40C-90C 正常工作,为使轮胎在此温度范 围内工作时的最高胎压不超过 3.5 atm,最低胎压不低于 1.6 atm,那么,在 t=20C 时给该轮 胎充气,充气后的胎压在什么范围内比较合适(设轮胎的体积不变) 解:由于轮胎容积不变,轮胎内气体做等容变化。 设在 T0=293K 充气后的最小胎压为 Pmin,最大胎压为 Pmax。依题意,当 T1=233K 时胎压为 P1 =1.6atm。根据查理定律 01 1 T P T P min ,即 293233 61 minP.  解得:Pmin=2.01atm 当 T2=363K 是胎压为 P2=3.5atm。根据查理定律 02 2 T P T P max ,即 293363 53 maxP.  解得:Pmax=2.83atm gk013.2008 年高考上海理综卷 5、温度计是生活、生产中常用的测温装置。右图为一个简单 温度计,一根装有一小段有色水柱的细玻璃管穿过橡皮塞插入烧瓶内,封闭 一定质量的气体。当外界温度发生变化时,水柱位置将上下变化。已知 A、D 间的测量范围为 20℃~80℃,A、D 间刻度均匀分布。由图可知,A、D 及有 色水柱下端所示的温度分别是 ( C ) A.20℃、80℃、64℃ B.20℃、80℃、68℃ C.80℃、20℃、32℃ D.80℃、20℃、34℃ 解:温度升高,容器内气体的体积增大,A 点温度高,可见 A、D 点温度分别为 80℃、20℃, 设 D 点下容器的体积为 V0, 一小格玻璃管的体积为 h, 由查理定律 20273 8027315 0 0   V hV , 20273 2733 0 0   t V hV , 解得 t=32℃ D C B A 高考学习网-中国最大高考学习网站 Gkxx.com | 我们负责传递知识! 苏^科^全.科网 苏&科&全科网 苏.科@全.科网 苏!科全.科,网 [来源:学科网 ZXXK]