高中物理選修33大題知識(shí)點(diǎn)及經(jīng)典例題

1、高中物理選修3-3大題知識(shí)點(diǎn)及經(jīng)典例題氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生與計(jì)算1產(chǎn)生的原因：由于大量分子無(wú)規(guī)則運(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

2、，同一種液體(中間不間斷)同一深度處壓強(qiáng)相等。液體內(nèi)深h處的總壓強(qiáng)pp0gh，p0為液面上方的壓強(qiáng)。4加速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中封閉氣體壓強(qiáng)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?？枷?液體封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算若已知大氣壓強(qiáng)為p0，在圖22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)。圖22解析在甲圖中，以高為h的液柱為研究對(duì)象，由二力平衡知p甲SghSp0S所以p甲p0gh在圖乙中，以B液面為研究對(duì)象，由平衡方程F上F下有：pASghSp0Sp乙pAp0gh在圖丙中，仍以B液面為研究對(duì)象，有pAghsin 60°pBp0所以p丙p

3、Ap0gh在圖丁中，以液面A為研究對(duì)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?。簆0gh1考向2活塞封閉氣體壓強(qiáng)的求解如圖23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？圖23解析由題圖甲中選m為研究對(duì)象。pASp0Smg得pAp0題圖乙中選M為研究對(duì)象得pBp0。答案p0p0理想氣體狀態(tài)方程與實(shí)驗(yàn)定律的應(yīng)用1理想氣體狀態(tài)方程與氣體實(shí)驗(yàn)定律的關(guān)系2幾個(gè)重要的推論(1)查

4、理定律的推論：pT(2)蓋呂薩克定律的推論：VT(3)理想氣體狀態(tài)方程的推論：3應(yīng)用狀態(tài)方程或?qū)嶒?yàn)定律解題的一般步驟(1)明確研究對(duì)象，即某一定質(zhì)量的理想氣體；(2)確定氣體在始末狀態(tài)的參量p1，V1、T1及p2、V2、T2；(3)由狀態(tài)方程或?qū)嶒?yàn)定律列式求解；(4)討論結(jié)果的合理性。4用圖象法分析氣體的狀態(tài)變化一定質(zhì)量的氣體不同圖象的比較 類別圖線 特點(diǎn)舉例pVpVCT(其中C為恒量)，即pV之積越大的等溫線溫度越高，線離原點(diǎn)越遠(yuǎn)ppCT，斜率kCT，即斜率越大，溫度越高pTpT，斜率k，即斜率越大，體積越小VTVT，斜率k，即斜率越大，壓強(qiáng)越小考向1氣體實(shí)驗(yàn)定律的應(yīng)用 如圖24所示，一固定

5、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m12.50 kg，橫截面積為S180.0 cm2；小活塞的質(zhì)量為m21.50 kg，橫截面積為S240.0 cm2；兩活塞用剛性輕桿連接，間距保持為l40.0 cm；汽缸外大氣的壓強(qiáng)為p1.00×105 Pa，溫度為T303 K。初始時(shí)大活塞與大圓筒底部相距，兩活塞間封閉氣體的溫度為T1495 K。現(xiàn)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，重力加速度大小g取10 m/s2。求圖24 (1)在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間，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

6、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接觸前的瞬間，缸內(nèi)封閉氣體的體積為V2，溫度為T2。由題給條件得V1S2S1V2S2l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(p1p)m1gm2gS2(p1p)故缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不變。由蓋呂薩克定律有聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得T2330 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。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。設(shè)達(dá)到熱平衡時(shí)被封閉氣體的壓強(qiáng)為p，由查理定理，有聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得p1.01×105 Pa。答案(1)330 K(

7、2)1.01×105 Pa考向2氣體狀態(tài)變化的圖象問(wèn)題一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A變?yōu)闋顟B(tài)D，其有關(guān)數(shù)據(jù)如圖25甲所示，若狀態(tài)D的壓強(qiáng)是2×104 Pa。圖25(1)求狀態(tài)A的壓強(qiáng)；(2)請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫出該狀態(tài)變化過(guò)程的pT圖象，并分別標(biāo)出A、B、C、D各個(gè)狀態(tài)，不要求寫出計(jì)算過(guò)程。思路點(diǎn)撥讀出VT圖上各點(diǎn)的體積和溫度，由理想氣體狀態(tài)方程即可求出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)。解析(1)據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：，則pA4×104 Pa。(2)pT圖象及A、B、C、D各個(gè)狀態(tài)如下圖所示。答案(1)4×104 Pa(2)見解析規(guī)律總結(jié)(1)要清楚等溫、等壓、等容變化，在pV圖象、p

8、T圖象、VT圖象、pT圖象、VT圖象中的特點(diǎn)。(2)若題中給出了圖象，則從中提取相關(guān)的信息，如物態(tài)變化的特點(diǎn)、已知量、待求量等。(3)若需作出圖象，則分析物態(tài)變化特點(diǎn)，在特殊點(diǎn)處，依據(jù)題給已知量、解得的待求量，按要求作圖象若從已知圖象作相同坐標(biāo)系的新圖象，則在計(jì)算后也可以應(yīng)用“平移法”。某自行車輪胎的容積為V，里面已有壓強(qiáng)為p0的空氣，現(xiàn)在要使輪胎內(nèi)的氣壓增大到p，設(shè)充氣過(guò)程為等溫過(guò)程，空氣可看作理想氣體，輪胎容積保持不變，則還要向輪胎充入溫度相同、壓強(qiáng)也是p0、體積為_的空氣。(填選項(xiàng)前的字母)A.V B.VC.V D.V解析設(shè)需充入體積為V的空氣，以V、V體積的空氣整體為研究對(duì)象，由理想氣

9、體狀態(tài)方程有，得V(1)V。答案C如圖212所示，汽缸長(zhǎng)為L(zhǎng)1 m，固定在水平面上，汽缸中有橫截面積為S100 cm2的光滑活塞，活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，當(dāng)溫度為t27 、大氣壓強(qiáng)為p01×105 Pa時(shí)，氣柱長(zhǎng)度為l90 cm，汽缸和活塞的厚度均可忽略不計(jì)。求：圖212 (1)如果溫度保持不變，將活塞緩慢拉至汽缸右端口，此時(shí)水平拉力F的大小是多少？(2)如果汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢升高，使活塞移至汽缸右端口時(shí)，氣體溫度為多少攝氏度？解析(1)設(shè)活塞到達(dá)汽缸右端口時(shí)，被封氣體壓強(qiáng)為p1，則p1Sp0SF由玻意耳定律得：p0lSp1LS解得：F100 N(2)由蓋呂薩克定律得：解得：T

10、333 K，則t60 。答案(1)100 N(2)60 如圖213所示，一底面積為S、內(nèi)壁光滑的圓柱形容器豎直放置在水平地面上，開口向上，內(nèi)有兩個(gè)質(zhì)量均為m的相同活塞A和B；在A與B之間、B與容器底面之間分別封有一定量的同樣的理想氣體，平衡時(shí)體積均為V。已知容器內(nèi)氣體溫度始終不變，重力加速度大小為g，外界大氣壓強(qiáng)為p0?，F(xiàn)假設(shè)活塞B發(fā)生緩慢漏氣，致使B最終與容器底面接觸。求活塞A移動(dòng)的距離。 圖213解析初始狀態(tài)下A、B兩部分氣體的壓強(qiáng)分別設(shè)為pAO、pBO，則對(duì)活塞A、B由平衡條件可得：p0SmgpAOSpAOSmgpBOS最終狀態(tài)下兩部分氣體融合在一起，壓強(qiáng)設(shè)為p，體積設(shè)為V，對(duì)活塞A由平

11、衡條件有p0SmgpS對(duì)兩部分氣體由理想氣體狀態(tài)方程可得pAOVpBOVpV設(shè)活塞A移動(dòng)的距離為h，則有V2VhS聯(lián)立以上五式可得h。答案如圖214所示，兩氣缸A、B粗細(xì)均勻、等高且內(nèi)壁光滑，其下部由體積可忽略的細(xì)管連通；A的直徑是B的2倍，A上端封閉，B上端與大氣連通；兩氣缸除A頂部導(dǎo)熱外，其余部分均絕熱。兩氣缸中各有一厚度可忽略的絕熱輕活塞a、b，活塞下方充有氮?dú)?，活塞a上方充有氧氣。當(dāng)大氣壓為p0、外界和氣缸內(nèi)氣體溫度均為7 且平衡時(shí)，活塞a離氣缸頂?shù)木嚯x是氣缸高度的，活塞b在氣缸正中間。圖214(1)現(xiàn)通過(guò)電阻絲緩慢加熱氮?dú)猓?dāng)活塞b恰好升至頂部時(shí)，求氮?dú)獾臏囟龋?2)繼續(xù)緩慢加熱，使

12、活塞a上升。當(dāng)活塞a上升的距離是氣缸高度的時(shí)，求氧氣的壓強(qiáng)。解析(1)活塞b升至頂部的過(guò)程中，活塞a不動(dòng)，活塞a、b下方的氮?dú)饨?jīng)歷等壓過(guò)程。設(shè)氣缸A的容積為V0，氮?dú)獬鯌B(tài)體積為V1，溫度為T1；末態(tài)體積為V2，溫度為T2。按題意，氣缸B的容積為V0/4，由題給數(shù)據(jù)和蓋呂薩克定律有V1V0 V0V2V0V0V0由式和題給數(shù)據(jù)得T2320 K(2)活塞b升至頂部后，由于繼續(xù)緩慢加熱，活塞a開始向上移動(dòng)，直至活塞上升的距離是氣缸高度的時(shí)，活塞a上方的氧氣經(jīng)歷等溫過(guò)程。設(shè)氧氣初態(tài)體積為V1，壓強(qiáng)為p1；末態(tài)體積為V2，壓強(qiáng)為p2。由題給數(shù)據(jù)和玻意耳定律有V1V0，p1p0，V2V0p1V1p2V2由式

13、得p2p0。答案(1)320 K(2)p0如圖37所示，粗細(xì)均勻、導(dǎo)熱良好、裝有適量水銀的U型管豎直放置，右端與大氣相通，左端封閉氣柱長(zhǎng)l120 cm(可視為理想氣體)，兩管中水銀面等高?，F(xiàn)將右端與一低壓艙(未畫出)接通，穩(wěn)定后右管水銀面高出左管水銀面h10 cm。(環(huán)境溫度不變，大氣壓強(qiáng)p075 cmHg)圖37 (1)求穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)(用“cmHg”作單位)；(2)此過(guò)程中左管內(nèi)的氣體對(duì)外界_(填“做正功”“做負(fù)功”或“不做功”)，氣體將_(填“吸熱”或“放熱”)。解析(1)設(shè)U型管橫截面積為S，右端與大氣相通時(shí)左管中封閉氣體壓強(qiáng)為p1，右端與一低壓艙接通后，左管中封閉氣體壓強(qiáng)為p2，氣柱長(zhǎng)度為l2，穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)為p。左管中封閉氣體發(fā)生等溫變化，根據(jù)玻意耳定律得p1V1p2V2p1p0p2pphV1l1SV2l2S由幾何關(guān)系得h2(l2l1)聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)得p50 cmHg(2)左管內(nèi)氣體膨脹，氣體對(duì)外界做正功，溫度不變，U0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，UQW且W0，所以QW0，氣體將吸熱。答案(1)50 cmHg(2)做正功吸熱如圖38所示，倒懸的導(dǎo)熱汽缸中封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，輕質(zhì)活塞可無(wú)摩擦地上下移動(dòng)，活塞的橫截面積為S，活塞的下面吊著一個(gè)重為G的物體，大氣壓強(qiáng)恒為p0。起初環(huán)境的熱力學(xué)溫度為T