202X高考物理二輪復(fù)習(xí)專題十二熱學(xué)課件

1、專題十二專題十二熱學(xué)熱學(xué)( (選修選修33)33)-2-高考命題規(guī)律高考命題規(guī)律 -3-分子動(dòng)理論分子動(dòng)理論內(nèi)能內(nèi)能固體、液體固體、液體命題角度1分子動(dòng)理論內(nèi)能固體、液體高考真題體驗(yàn)對(duì)方向1.2018全國(guó)33(1)對(duì)于實(shí)際的氣體,下列說(shuō)法正確的是(填正確答案標(biāo)號(hào)).A.氣體的內(nèi)能包括氣體分子的重力勢(shì)能B.氣體的內(nèi)能包括氣體分子之間相互作用的勢(shì)能C.氣體的內(nèi)能包括氣體整體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能D.氣體的體積變化時(shí),其內(nèi)能可能不變E.氣體的內(nèi)能包括氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能-4-答案:BDE解析:氣體的內(nèi)能是指所有氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和相互作用的勢(shì)能之和,不包括分子的重力勢(shì)能和氣體整體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能,選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤,B

2、、E正確;氣體體積變化時(shí),其分子勢(shì)能可能增加、可能減小,而分子的動(dòng)能可能增加、可能減小,其內(nèi)能可能不變,選項(xiàng)D正確.-5-2.2015全國(guó)33(1)下列說(shuō)法正確的是(填正確答案:標(biāo)號(hào)).A.將一塊晶體敲碎后,得到的小顆粒是非晶體B.固體可以分為晶體和非晶體兩類,有些晶體在不同方向上有不同的光學(xué)性質(zhì)C.由同種元素構(gòu)成的固體,可能會(huì)由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體D.在合適的條件下,某些晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w,某些非晶體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫wE.在熔化過(guò)程中,晶體要吸收熱量,但溫度保持不變,內(nèi)能也保持不變-6-答案:BCD解析:晶體敲碎后,得到的小顆粒仍為晶體,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;某些晶體在不同方向上有不同

3、的光學(xué)性質(zhì),選項(xiàng)B正確;同種元素構(gòu)成的固體,可形成不同的晶體,比如金剛石和石墨,選項(xiàng)C正確;在合適條件下,某些晶體和非晶體可相互轉(zhuǎn)變,選項(xiàng)D正確;晶體在熔化過(guò)程中,溫度不變,內(nèi)能增加,選項(xiàng)E錯(cuò)誤.-7-3.2015全國(guó)33(1)關(guān)于擴(kuò)散現(xiàn)象,下列說(shuō)法正確的是(填正確答案標(biāo)號(hào)).A.溫度越高,擴(kuò)散進(jìn)行得越快B.擴(kuò)散現(xiàn)象是不同物質(zhì)間的一種化學(xué)反應(yīng)C.擴(kuò)散現(xiàn)象是由物質(zhì)分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的D.擴(kuò)散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生E.液體中的擴(kuò)散現(xiàn)象是由于液體的對(duì)流形成的答案:ACD解析:擴(kuò)散現(xiàn)象是固體、液體或氣體分子永不停息做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)所致,其劇烈程度與溫度有關(guān),擴(kuò)散現(xiàn)象不是化學(xué)反應(yīng),A、C、D項(xiàng)正確

4、而B(niǎo)、E項(xiàng)錯(cuò)誤.-8-1.分子勢(shì)能、分子力與分子間距離的關(guān)系 -9-2.把握定量估算方法(1)微觀量的估算應(yīng)利用阿伏加德羅常數(shù)的橋梁作用,依據(jù)分子數(shù)N與摩爾數(shù)n之間的關(guān)系N=nNA,并結(jié)合密度公式進(jìn)行分析計(jì)算.(2)注意建立正方體分子模型或球體分子模型.(3)對(duì)液體、固體物質(zhì)可忽略分子之間的間隙;對(duì)氣體物質(zhì),分子之間的距離遠(yuǎn)大于分子的大小,氣體的摩爾體積與阿伏加德羅常數(shù)的比值不等于氣體分子的體積,僅表示一個(gè)氣體分子平均占據(jù)的空間大小.-10-典題演練提能刷高分1.(2019山東濰坊二模)關(guān)于固體、液體的性質(zhì),下列說(shuō)法正確的是(填正確答案的標(biāo)號(hào)).A.非晶體不可能轉(zhuǎn)化為晶體B.單晶體有確定的熔點(diǎn)

5、,多晶體沒(méi)有確定的熔點(diǎn)C.彩色液晶顯示器利用了液晶的光學(xué)各向異性的特點(diǎn)D.玻璃管的裂口放在火焰上燒熔,其尖端變鈍,這是由于液體表面張力的作用E.唐詩(shī)觀荷葉露珠中有“霏微曉露成珠顆”,詩(shī)中荷葉和露水表現(xiàn)為不浸潤(rùn)-11-答案:CDE解析:有的非晶體在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為晶體,則A錯(cuò)誤;單晶體和多晶體都有確定的熔點(diǎn),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;彩色液晶顯示器利用了液晶的光學(xué)各向異性的特點(diǎn),選項(xiàng)C正確;玻璃管的裂口放在火焰上燒熔,其尖端變鈍,這是由于液體表面張力的作用,選項(xiàng)D正確;唐詩(shī)觀荷葉露珠中有“霏微曉露成珠顆”,詩(shī)中荷葉和露水表現(xiàn)為不浸潤(rùn),選項(xiàng)E正確.-12-2.(多選)(2019重慶模擬)關(guān)于固體和液體,下列

6、說(shuō)法正確的是(填正確答案的標(biāo)號(hào)).A.晶體一定有確定的熔點(diǎn)B.晶體一定有確定的幾何形狀C.有些非晶體在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為晶體D.所有物質(zhì)都具有液晶態(tài)E.在液體表面任意畫(huà)一條線,線兩側(cè)的液體間的作用力是引力-13-答案:ACE解析:晶體有確定的熔點(diǎn),故A正確;單晶體有一定幾何形狀,多晶體沒(méi)有確定的幾何形狀,故B錯(cuò)誤;晶體和非晶體區(qū)別在于內(nèi)部分子排列,有些通過(guò)外界干預(yù)可以相互轉(zhuǎn)化,如把晶體硫加熱熔化(溫度超過(guò)300 )再倒進(jìn)冷水中,會(huì)變成柔軟的非晶硫,再過(guò)一段時(shí)間又會(huì)轉(zhuǎn)化為晶體硫,故C正確;并不是所有物質(zhì)都具有液晶態(tài),故D錯(cuò)誤;液體表面層分子距離大于液體內(nèi)部分子距離,在液體表面任意畫(huà)一條線,線兩

7、側(cè)的液體間的作用力是引力,故E正確.故選ACE.-14-3. 下列說(shuō)法正確的是(填正確答案標(biāo)號(hào)).A.熱量能夠自發(fā)地從內(nèi)能多的物體傳遞到內(nèi)能少的物體B.同一時(shí)刻,教室內(nèi)空氣中氮?dú)夂脱鯕獾姆肿悠骄鶆?dòng)能是相同的C.當(dāng)水中兩個(gè)水分子間的分子力為零時(shí),它們具有的分子勢(shì)能一定最小D.液體表面層分子間距離小于液體內(nèi)部分子間距離,所以液體表面存在表面張力E.在合適的條件下,某些晶體可以轉(zhuǎn)化為非晶體,某些非晶體也可以轉(zhuǎn)化為晶體-15-答案:BCE解析:熱量能夠自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;同一時(shí)刻,教室內(nèi)空氣中氮?dú)夂脱鯕庖驗(yàn)闇囟认嗤?則分子平均動(dòng)能是相同的,選項(xiàng)B正確;當(dāng)水中兩個(gè)水分子間的分子力

8、為零時(shí),它們具有的分子勢(shì)能一定最小,選項(xiàng)C正確;液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離,所以液體表面存在表面張力,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;在合適的條件下,某些晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w,某些非晶體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫w,例如天然石英是晶體,熔融過(guò)的石英卻是非晶體.把晶體硫加熱熔化(溫度超過(guò)300 )再倒進(jìn)冷水中,會(huì)變成柔軟的非晶硫,再過(guò)一段時(shí)間又會(huì)轉(zhuǎn)化為晶體硫,故E正確.故選BCE.-16-4. 下列說(shuō)法正確的是(填正確答案標(biāo)號(hào)).A.荷葉上面的小水珠呈球形的主要原因是有液體表面張力B.晶體凝固時(shí)放出熱量,但分子平均動(dòng)能不變C.氣體如果失去容器的約束就會(huì)散開(kāi),這是因?yàn)闅怏w分子之間存在斥力的緣故D.一定質(zhì)量的理想氣

9、體分別經(jīng)等容過(guò)程和等壓過(guò)程,溫度均由T1升高到T2,則等容過(guò)程比等壓過(guò)程吸收的熱量少E.一個(gè)絕熱容器中盛有氣體,假設(shè)把氣體中分子速率很大的,如大于vm的分子全部取走,則氣體的溫度會(huì)下降,此后氣體中不存在速率大于vm的分子-17-答案:ABD解析:表面張力有使液體的表面積最小化的趨勢(shì),故荷葉上面的小水珠呈球形的主要原因是有液體表面張力,A正確;晶體凝固時(shí)溫度不變,所以分子平均動(dòng)能不變,B正確;氣體如果失去容器的約束就會(huì)散開(kāi),這是因?yàn)榉肿釉谧鰺o(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的原因,C錯(cuò)誤;一定質(zhì)量的理想氣體分別經(jīng)等容過(guò)程和等壓過(guò)程,溫度均由T1升高到T2,內(nèi)能增量U相同,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,等容過(guò)程Q=U,等壓過(guò)程吸收

10、的熱量Q=U-W,而等壓過(guò)程氣體對(duì)外做功W0,W0,從外界吸收熱量,D對(duì);氣體吸收的熱量,一部分對(duì)外做功,另一部分增加了氣體的內(nèi)能,E錯(cuò).-35-4.2017全國(guó)33(1)如圖,用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分,隔板左側(cè)充有理想氣體,隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空.現(xiàn)將隔板抽開(kāi),氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸.待氣體達(dá)到穩(wěn)定后,緩慢推壓活塞,將氣體壓回到原來(lái)的體積.假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣.下列說(shuō)法正確的是(填正確答案標(biāo)號(hào)).A.氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同B.氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大C.在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中,氣體對(duì)外界做功D.氣體在被壓縮的過(guò)程中,外界對(duì)氣體做功E.氣體在被壓縮的過(guò)程中,氣體分子的平均動(dòng)能不變-3

11、6-答案:ABD解析:由于隔板右側(cè)是真空,隔板抽開(kāi)后,氣體自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸,并不做功也沒(méi)有熱量交換,所以自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同,故選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;氣體被壓縮過(guò)程中,外界對(duì)氣體做功,沒(méi)有熱量交換,根據(jù)U=W+Q,氣體的內(nèi)能增大,故選項(xiàng)B、D正確;氣體被壓縮過(guò)程中,溫度升高,分子平均動(dòng)能增大,故選項(xiàng)E錯(cuò)誤.-37-5.2017全國(guó)33(1)如圖,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā),經(jīng)過(guò)等容過(guò)程ab到達(dá)狀態(tài)b,再經(jīng)過(guò)等溫過(guò)程bc到達(dá)狀態(tài)c,最后經(jīng)等壓過(guò)程ca回到狀態(tài)a.下列說(shuō)法正確的是(填正確答案標(biāo)號(hào)).A.在過(guò)程ab中氣體的內(nèi)能增加B.在過(guò)程ca中外界對(duì)氣體做功C.在過(guò)程ab中氣體對(duì)外界做功D

12、.在過(guò)程bc中氣體從外界吸收熱量E.在過(guò)程ca中氣體從外界吸收熱量-38-答案:ABD解析:在過(guò)程ab中,氣體體積不變,壓強(qiáng)變大,根據(jù) =C知,氣體溫度升高,則內(nèi)能增加,A正確;在過(guò)程ca中,氣體體積減小,外界對(duì)氣體做功,B正確;在過(guò)程ab中,氣體體積不變,氣體不對(duì)外做功,外界也不對(duì)氣體做功,C錯(cuò);在過(guò)程bc中,氣體進(jìn)行的是等溫變化,U=0,氣體體積變大,對(duì)外做功,W0氣體從外界吸收熱量,D正確;根據(jù) =C知,在過(guò)程ca中,氣體溫度降低,則U0,故一定有QT2C.圖丙說(shuō)明氣體壓強(qiáng)的大小既與分子動(dòng)能有關(guān)也與分子的密集程度有關(guān)D.圖丁說(shuō)明水黽受到了浮力作用(2)氙氣燈在亮度、耗能及壽命上都比傳統(tǒng)燈

13、有優(yōu)越性,已知某轎車的氙氣燈泡的容積為V,其內(nèi)部氙氣的密度為,氙氣摩爾質(zhì)量為M,阿伏加德羅常數(shù)為NA.則燈泡中氙氣分子的總個(gè)數(shù)為,燈泡點(diǎn)亮后其內(nèi)部壓強(qiáng)將(選填“增大”“減小”或“不變”).-48-(3)如圖為一定質(zhì)量的理想氣體的體積V隨熱力學(xué)溫度T的變化關(guān)系圖象.由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過(guò)程中氣體吸收熱量Q1=220 J,氣體在狀態(tài)A的壓強(qiáng)為p0=1.0105 Pa.求:氣體在狀態(tài)B時(shí)的溫度T2;氣體由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C的過(guò)程中,氣體向外放出的熱量Q2.-49-解析:(1)圖甲說(shuō)明薄板的導(dǎo)熱性能是各向同性,則薄板是非晶體或多晶體.故A項(xiàng)錯(cuò)誤;圖乙說(shuō)明氣體速率分布隨溫度變化,T1時(shí)速率低的占的比例

14、比T2時(shí)多,速率大的占的比例比T2時(shí)少,則T1T2,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;圖丙說(shuō)明氣體壓強(qiáng)的大小既與分子動(dòng)能有關(guān)也與分子的密集程度有關(guān),故C項(xiàng)正確;圖丁說(shuō)明水的表面存在表面張力,故D項(xiàng)錯(cuò)誤.(2)氙氣燈泡的容積為V,其內(nèi)部氙氣的密度為,氙氣摩爾質(zhì)量為M,阿伏加德羅常數(shù)為NA.則燈泡中氙氣分子的總個(gè)數(shù)N= NA;燈泡點(diǎn)亮后其內(nèi)部氣體溫度升高,體積不變,壓強(qiáng)增大.-50-解得T2=600 K.A到B過(guò)程氣體從外界吸熱,對(duì)外界做功,內(nèi)能增加,據(jù)熱力學(xué)第一定律UAB=Q1+WAB又WAB=-p0(V2-V1)=-100 JC狀態(tài)與A狀態(tài)內(nèi)能相等,則UAB=-UBCB到C過(guò)程是等容過(guò)程WBC=0,據(jù)熱力學(xué)第一定律

15、:UBC=QBC+WBC解得QBC=-120 J,即氣體由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C的過(guò)程中,氣體向外放出熱量120 J.-51-5.如圖是一定質(zhì)量的理想氣體的p-T圖象,氣體從abca完成一次循環(huán),關(guān)于氣體的變化過(guò)程,下列說(shuō)法正確的是(填正確答案標(biāo)號(hào)).A.氣體在a態(tài)的體積Va小于在c態(tài)的體積VcB.ab過(guò)程氣體的分子數(shù)密度變大C.bc過(guò)程外界對(duì)氣體做的功等于氣體放出的熱量D.ca過(guò)程氣體壓強(qiáng)增大,從微觀講是由于氣體分子與器壁碰撞的頻繁程度增大引起的E.若ab過(guò)程氣體吸熱300 J,ca過(guò)程放熱400 J,則ca過(guò)程外界對(duì)氣體做功100 J-52-答案:ADE解析:ca過(guò)程氣體壓強(qiáng)增大,溫度降低,根

16、據(jù) =C可知體積減小,故氣體在a態(tài)的體積Va小于在c態(tài)的體積Vc,故A正確;ab過(guò)程是等容變化,氣體的分子數(shù)密度不變,故B錯(cuò)誤;bc過(guò)程是等溫變化,氣體內(nèi)能不變,U=0,氣體體積增大,氣體對(duì)外界做功,W0,氣體吸收熱量,由以上分析可知,bc過(guò)程氣體對(duì)外界做的功等于氣體吸收的熱量,故C錯(cuò)誤;ca過(guò)程溫度降低,氣體分子的平均動(dòng)能減小,氣體壓強(qiáng)增大,體積減小,氣體的分子數(shù)密度增大,所以從微觀講壓強(qiáng)增大是由于氣體分子與器壁碰撞的頻繁程度增大引起的,故D正確;由熱力學(xué)第一定律可知,若ab過(guò)程氣體吸熱300 J,ca過(guò)程放熱400 J,則ca過(guò)程外界對(duì)氣體做功100 J,故E正確.故選ADE.-53-命題

17、角度2氣體實(shí)驗(yàn)定律和狀態(tài)方程高考真題體驗(yàn)對(duì)方向1.2019全國(guó)33(2)熱等靜壓設(shè)備廣泛應(yīng)用于材料加工中.該設(shè)備工作時(shí),先在室溫下把惰性氣體用壓縮機(jī)壓入到一個(gè)預(yù)抽真空的爐腔中,然后爐腔升溫,利用高溫高氣壓環(huán)境對(duì)放入爐腔中的材料加工處理,改善其性能.一臺(tái)熱等靜壓設(shè)備的爐腔中某次放入固體材料后剩余的容積為0.13 m3,爐腔抽真空后,在室溫下用壓縮機(jī)將10瓶氬氣壓入到爐腔中.已知每瓶氬氣的容積為3.210-2 m3,使用前瓶中氣體壓強(qiáng)為1.5107 Pa,使用后瓶中剩余氣體壓強(qiáng)為2.0106 Pa;室溫溫度為27 .氬氣可視為理想氣體.(1)求壓入氬氣后爐腔中氣體在室溫下的壓強(qiáng);(2)將壓入氬氣后

18、的爐腔加熱到1 227 ,求此時(shí)爐腔中氣體的壓強(qiáng).-54-答案:(1)3.2107 Pa(2)1.6108 Pa解析:(1)設(shè)初始時(shí)每瓶氣體的體積為V0,壓強(qiáng)為p0;使用后氣瓶中剩余氣體的壓強(qiáng)為p1.假設(shè)體積為V0、壓強(qiáng)為p0的氣體壓強(qiáng)變?yōu)閜1時(shí),其體積膨脹為V1.由玻意耳定律p0V0=p1V1被壓入爐腔的氣體在室溫和p1條件下的體積為V1=V1-V0設(shè)10瓶氣體壓入完成后爐腔中氣體的壓強(qiáng)為p2,體積為V2.由玻意耳定律p2V2=10p1V1聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得p2=3.2107 Pa(2)設(shè)加熱前爐腔的溫度為T(mén)0,加熱后爐腔溫度為T(mén)1,氣體壓強(qiáng)為p3.聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得p3=1.610

19、8 Pa-55-2.2019全國(guó)33(2)如圖,一容器由橫截面積分別為2S和S的兩個(gè)汽缸連通而成,容器平放在水平地面上,汽缸內(nèi)壁光滑.整個(gè)容器被通過(guò)剛性桿連接的兩活塞分隔成三部分,分別充有氫氣、空氣和氮?dú)?平衡時(shí),氮?dú)獾膲簭?qiáng)和體積分別為p0和V0,氫氣的體積為2V0,空氣的壓強(qiáng)為p.現(xiàn)緩慢地將中部的空氣全部抽出,抽氣過(guò)程中氫氣和氮?dú)獾臏囟缺３植蛔?活塞沒(méi)有到達(dá)兩汽缸的連接處,求(1)抽氣前氫氣的壓強(qiáng);(2)抽氣后氫氣的壓強(qiáng)和體積.-56-57-(2)設(shè)抽氣后氫氣的壓強(qiáng)和體積分別為p1和V1,氮?dú)獾膲簭?qiáng)和體積分別為p2和V2.根據(jù)力的平衡條件有p2S=p12S由玻意耳定律得p1V1=p102V0

20、p2V2=p0V0由于兩活塞用剛性桿連接,故V1-2V0=2(V0-V2)聯(lián)立式解得-58-3.2019全國(guó)33(2)如圖,一粗細(xì)均勻的細(xì)管開(kāi)口向上豎直放置,管內(nèi)有一段高度為2.0 cm的水銀柱,水銀柱下密封了一定量的理想氣體,水銀柱上表面到管口的距離為2.0 cm.若將細(xì)管倒置,水銀柱下表面恰好位于管口處,且無(wú)水銀滴落,管內(nèi)氣體溫度與環(huán)境溫度相同.已知大氣壓強(qiáng)為76 cmHg,環(huán)境溫度為296 K.(1)求細(xì)管的長(zhǎng)度;(2)若在倒置前,緩慢加熱管內(nèi)被密封的氣體,直到水銀柱的上表面恰好與管口平齊為止,求此時(shí)密封氣體的溫度.-59-答案:(1)41 cm(2)312 K解析:(1)設(shè)細(xì)管的長(zhǎng)度為

21、L,橫截面的面積為S,水銀柱高度為h;初始時(shí),設(shè)水銀柱上表面到管口的距離為h1,被密封氣體的體積為V,壓強(qiáng)為p;細(xì)管倒置時(shí),氣體體積為V1,壓強(qiáng)為p1.由玻意耳定律有pV=p1V1由力的平衡條件有p=p0+ghp1=p0-gh式中,、g分別為水銀的密度和重力加速度的大小,p0為大氣壓強(qiáng).由題意有V=S(L-h1-h)V1=S(L-h)由式和題給數(shù)據(jù)得L=41 cm(2)設(shè)氣體被加熱前后的溫度分別為T(mén)0和T,由蓋-呂薩克定律有由式和題給數(shù)據(jù)得T=312 K.-60-4.2018全國(guó)33(2)如圖,容積為V的汽缸由導(dǎo)熱材料制成,面積為S的活塞將汽缸分成容積相等的上下兩部分,汽缸上部通過(guò)細(xì)管與裝有某

22、種液體的容器相連,細(xì)管上有一閥門(mén)K.開(kāi)始時(shí),K關(guān)閉,汽缸內(nèi)上下兩部分氣體的壓強(qiáng)均為p0.現(xiàn)將K打開(kāi),容器內(nèi)的液體緩慢-61-解析:設(shè)活塞再次平衡后,活塞上方氣體的體積為V1,壓強(qiáng)為p1;下方氣體的體積為V2,壓強(qiáng)為p2.在活塞下移的過(guò)程中,活塞上下方氣體設(shè)活塞上方液體的質(zhì)量為m,由平衡條件得p2S=p1S+mg-62-5.2018全國(guó)33(2)在兩端封閉、粗細(xì)均勻的U形細(xì)玻璃管內(nèi)有一段水銀柱,水銀柱的兩端各封閉有一段空氣.當(dāng)U形管兩端豎直朝上時(shí),左、右兩邊空氣柱的長(zhǎng)度分別為l1=18.0 cm和l2=12.0 cm,左邊氣體的壓強(qiáng)為12.0 cmHg.現(xiàn)將U形管緩慢平放在水平桌面上,沒(méi)有氣體從

23、管的一邊通過(guò)水銀逸入另一邊.求U形管平放時(shí)兩邊空氣柱的長(zhǎng)度.在整個(gè)過(guò)程中,氣體溫度不變.-63-答案:22.5 cm7.5 cm解析:設(shè)U形管兩端豎直朝上時(shí),左、右兩邊氣體的壓強(qiáng)分別為p1和p2.U形管水平放置時(shí),兩邊氣體壓強(qiáng)相等,設(shè)為p,此時(shí)原左、右兩邊氣柱長(zhǎng)度分別變?yōu)閘1和l2.由力的平衡條件有p1=p2+g(l1-l2)式中為水銀密度,g為重力加速度大小.由玻意耳定律有p1l1=pl1p2l2=pl2兩邊氣柱長(zhǎng)度的變化量大小相等l1-l1=l2-l2由式和題給條件得l1=22.5 cml2=7.5 cm-64-6.2017全國(guó)33(2)如圖,容積均為V的汽缸A、B下端有細(xì)管(容積可忽略)

24、連通,閥門(mén)K2位于細(xì)管的中部,A、B的頂部各有一閥門(mén)K1、K3;B中有一可自由滑動(dòng)的活塞(質(zhì)量、體積均可忽略).初始時(shí),三個(gè)閥門(mén)均打開(kāi),活塞在B的底部;關(guān)閉K2、K3,通過(guò)K1給汽缸充氣,使A中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到大氣壓p0的3倍后關(guān)閉K1.已知室溫為27 ,汽缸導(dǎo)熱.(1)打開(kāi)K2,求穩(wěn)定時(shí)活塞上方氣體的體積和壓強(qiáng);(2)接著打開(kāi)K3,求穩(wěn)定時(shí)活塞的位置;(3)再緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體使其溫度升高20 ,求此時(shí)活塞下方氣體的壓強(qiáng).-65-解析:(1)設(shè)打開(kāi)K2后,穩(wěn)定時(shí)活塞上方氣體的壓強(qiáng)為p1,體積為V1.依題意,被活塞分開(kāi)的兩部分氣體都經(jīng)歷等溫過(guò)程.由玻意耳定律得p0V=p1V1(3p0)V=p1(

25、2V-V1)p1=2p0(2)打開(kāi)K3后,由式知,活塞必定上升.設(shè)在活塞下方氣體與A中氣體的體積之和為V2(V22V)時(shí),活塞下方氣體壓強(qiáng)為p2.由玻意耳定律得(3p0)V=p2V2 -66-(3)設(shè)加熱后活塞下方氣體的壓強(qiáng)為p3,氣體溫度從T1=300 K升高 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式得p3=1.6p0 -67-7.2016全國(guó)33(2)一U形玻璃管豎直放置,左端開(kāi)口,右端封閉,左端上部有一光滑的輕活塞.初始時(shí),管內(nèi)汞柱及空氣柱長(zhǎng)度如圖所示.用力向下緩慢推活塞,直至管內(nèi)兩邊汞柱高度相等時(shí)為止.求此時(shí)右側(cè)管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)和活塞向下移動(dòng)的距離.已知玻璃管的橫截面積處處相同;在活塞向下移動(dòng)的過(guò)程中,沒(méi)有發(fā)生

26、氣體泄漏;大氣壓強(qiáng)p0=75.0 cmHg.環(huán)境溫度不變.-68-答案:144 cmHg9.42 cm解析:設(shè)初始時(shí),右管中空氣柱的壓強(qiáng)為p1,長(zhǎng)度為l1;左管中空氣柱的壓強(qiáng)為p2=p0,長(zhǎng)度為l2.活塞被下推h后,右管中空氣柱的壓強(qiáng)為p1,長(zhǎng)度為l1;左管中空氣柱的壓強(qiáng)為p2,長(zhǎng)度為l2.以cmHg為壓強(qiáng)單位.由題給條件得p1=p0+(20.0-5.00) cmHg由玻意耳定律得p1l1=p1l1聯(lián)立式和題給條件得p1=144 cmHg依題意p2=p1由玻意耳定律得p2l2=p2l2聯(lián)立式和題給條件得h=9.42 cm-69-1.應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律或氣體狀態(tài)方程解題的步驟(1)選對(duì)象根據(jù)題意,

27、選出所研究的某一部分氣體,這部分氣體在狀態(tài)變化過(guò)程中,其質(zhì)量必須保持一定.(2)找參量找出作為研究對(duì)象的這部分氣體發(fā)生狀態(tài)變化前后的一組p、V、T數(shù)值或表達(dá)式,壓強(qiáng)的確定往往是關(guān)鍵,常需結(jié)合力學(xué)知識(shí)(如力的平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律)才能寫(xiě)出表達(dá)式.(3)認(rèn)過(guò)程過(guò)程表示兩個(gè)狀態(tài)之間的一種變化方式,除題中條件已直接指明外,在許多情況下,往往需要通過(guò)對(duì)研究對(duì)象跟周圍環(huán)境的相互關(guān)系的分析才能確定.認(rèn)清變化過(guò)程是正確選用物理規(guī)律的前提.-70-(4)列方程根據(jù)研究對(duì)象狀態(tài)變化的具體方式,選用氣體方程或某一實(shí)驗(yàn)定律,代入具體數(shù)值,最后分析討論所得結(jié)果的合理性及其物理意義.2.解決多汽缸問(wèn)題的方法兩個(gè)或多個(gè)汽

28、缸封閉著幾部分氣體,并且汽缸之間相互關(guān)聯(lián)的問(wèn)題,解答時(shí)應(yīng)分別研究各部分氣體,找出它們各自遵循的規(guī)律,并寫(xiě)出相應(yīng)的方程,還要寫(xiě)出各部分氣體之間壓強(qiáng)或體積的關(guān)系式,最后聯(lián)立求解.-71-典題演練提能刷高分1.(2019吉林三調(diào))如圖所示,豎直放置的U形管左端封閉,右端開(kāi)口,左管橫截面積為右管橫截面積的2倍,在左管內(nèi)用水銀封閉一段長(zhǎng)為l、溫度為T(mén)的空氣柱,左右兩管水銀面高度差為h cm,外界大氣壓為h0 cmHg.(1)若向右管中緩慢注入水銀,直至兩管水銀面相平(原右管中水銀沒(méi)全部進(jìn)入水平部分),求在右管中注入水銀柱的長(zhǎng)度h1(以cm為單位);(2)在兩管水銀面相平后,緩慢升高氣體的溫度至空氣柱的長(zhǎng)

29、度為開(kāi)始時(shí)的長(zhǎng)度l,求此時(shí)空氣柱的溫度T.-72-解析:(1)注入水銀過(guò)程封閉氣體等溫變化,初狀態(tài):p1=(h0-h) cmHg,V1=lS,末狀態(tài):p2=h0 cmHg,V2=lS由玻意耳定律:p1V1=p2V2在左側(cè)的試管中,液面上升的高度:h=l-l進(jìn)入左側(cè)試管中的水銀的體積:V=hS所以注入右側(cè)的水銀的體積:-73-74-3. 有一只一端開(kāi)口的L形玻璃管,其豎直管的橫截面積是水平管橫截面積的2倍,水平管長(zhǎng)為90 cm,豎直管長(zhǎng)為8 cm,在水平管內(nèi)有一段長(zhǎng)為10 cm的水銀封閉著一段長(zhǎng)為80 cm的空氣柱如圖所示.已知?dú)庵臏囟葹?7 ,大氣壓強(qiáng)為75 cmHg,管長(zhǎng)遠(yuǎn)大于管的直徑.(

30、1)現(xiàn)對(duì)氣體緩慢加熱,當(dāng)溫度上升到多少時(shí),水平管中恰好無(wú)水銀柱.(2)保持(1)中的溫度不變,將玻璃管以水平管為軸緩慢旋轉(zhuǎn)180,使其開(kāi)口向下.求穩(wěn)定后封閉部分氣體壓強(qiáng).-75-答案:(1)360 K(2)72 cmHg解析:(1)以封閉氣體為研究對(duì)象,設(shè)水平管的橫截面積為S,則p1=75 cmHg,V1=80S cm3,T1=300 K;p2=80 cmHg,V2=90S cm3,T2=?解得T2=360 K. -76-(2)玻璃管旋轉(zhuǎn)180后,設(shè)粗管中的水銀長(zhǎng)度為x cm,則細(xì)管中的水銀長(zhǎng)度為(10-2x) cm;p3=(75-x) cmHgV3=90-(10-2x)S cm3由玻意耳定律得p2V2=p3V3則x無(wú)解,水銀從粗管逸出.設(shè)粗管中剩下的水銀長(zhǎng)x cm;p3=(75-x) cmHg,V3=90+2(8-x)S cm3由玻意耳定律p2V2=p3V3,解得x=3 cm,所以氣體的壓強(qiáng)p3=72 cmHg.-77-4. 如圖甲所示,U形汽缸固定在水平地面上,用重力不計(jì),面積S=10 cm2的活塞封閉著一定質(zhì)量的氣體,已知汽缸不漏氣,活塞移動(dòng)過(guò)程無(wú)摩擦.初始時(shí),外界大氣壓強(qiáng)為p0=1.0105