物理人教版選修3-3本章整合學案第八章氣體

本章整合知識網(wǎng)絡專題歸納專題一封閉氣體壓強的計算1．液體封閉的氣體的壓強選與氣體接觸的液柱為研究對象，進行受力分析，然后根據(jù)平衡條件(a＝0時)或牛頓第二定律(a≠0時)求出氣體的壓強。【例題1】在豎直放置的U形管內(nèi)用密度為ρ的兩部分液體封閉著兩段空氣柱。大氣壓強為p0，各部分尺寸如圖所示。求A、B氣體的壓強。解析：求pA：取液柱h1為研究對象，設(shè)管截面積為S，大氣壓力和液柱重力向下，A氣體壓力向上，液柱h1靜止，如圖(a)，則p0S＋ρgh1S＝pAS，所以pA＝p0＋ρgh1。求pB：取液柱h2為研究對象，由于h2的下端是連通器，A氣體壓強由液體傳遞后對h2的壓力向上，B氣體壓力、液柱h2重力向下，液柱平衡如圖(b)，則pBS＋ρgh2S＝pAS，所以pB＝p0＋ρgh1－ρgh2。熟練后，可直接由壓強平衡關(guān)系寫出待測壓強，不一定非要從力的平衡方程式找起。答案：pA＝p0＋ρgh1pB＝p0＋ρgh1－ρgh22．固體(活塞或汽缸)封閉的氣體的壓強由于該固體必定受到被封閉氣體的壓力，所以可通過對該固體進行受力分析，然后由平衡條件(a＝0時)或牛頓第二定律(a≠0時)建立方程，求出封閉氣體的壓強?！纠}2】一圓形汽缸靜置于地面上，如圖所示，汽缸的質(zhì)量為m1，活塞的質(zhì)量為m2，活塞面積為S，大氣壓強為p0，現(xiàn)將活塞緩慢上提，求汽缸剛離開地面時汽缸內(nèi)氣體的壓強。(忽略摩擦)解析：此問題中的活塞和汽缸均處于平衡狀態(tài)。以活塞為研究對象，受力分析如圖甲所示，由平衡條件得：F＋pS＝m2g＋p0S由于F未知，再以活塞和汽缸整體為研究對象，受力如圖乙(由于外界大氣壓力相互抵消，不再畫出)，則有F＝(m1＋m2)g由以上兩式可求得p＝p0－。也可只以汽缸為研究對象，有：pS＋m1g＝p0S，也可得：p＝p0－。答案：p0－專題二液柱(或活塞)的移動問題用液柱或活塞隔開兩部分氣體，當氣體溫度變化時，液柱或活塞是否移動？如何移動？此類問題的特點是：氣體的狀態(tài)參量p、V、T都發(fā)生了變化，直接判斷液柱或活塞的移動方向比較困難，通常先進行氣體狀態(tài)的假設(shè)，然后應用查理定律可以簡單地求解。1．假設(shè)推理法根據(jù)題設(shè)條件，假設(shè)發(fā)生某種特殊的物理現(xiàn)象或物理過程，運用相應的物理規(guī)律及有關(guān)知識進行嚴謹?shù)耐评?，得出正確的答案。巧用假設(shè)推理法可以化繁為簡，化難為易，簡捷解題。其一般分析思路是：(1)先假設(shè)液柱(或活塞)不發(fā)生移動，兩部分氣體均做等容變化。(2)對兩部分氣體分別應用查理定律的分比形式Δp＝p，求出每部分氣體壓強的變化量Δp，并加以比較。(3)如果液柱(或活塞)兩端的橫截面積相等，且Δp均大于零，意味著兩部分氣體的壓強均增大，則液柱向Δp值較小的一方移動；若Δp均小于零，意味著兩部分氣體的壓強均減小，則液柱向壓強減小量較大的一方(即|Δp|較大的一方)移動；若Δp相等，則液柱不移動。(4)如果液柱(或活塞)兩端的橫截面積不相等，則應考慮液柱兩端的受力變化(ΔpS)。若Δp均大于零，則液柱向ΔpS較小的一方移動；若Δp均小于零，則液柱向|ΔpS|值較大的一方移動；若ΔpS相等，則液柱不移動。2．極限法所謂極限法就是將問題推向極端。如在討論壓強大小變化時，將變化較大的壓強推向無窮大，而將變化較小的壓強推向零，這樣使復雜的問題變得簡單明了。如圖所示，兩端封閉、粗細均勻、豎直放置的玻璃管內(nèi)有一段長為h的水銀柱，將管內(nèi)氣體分為兩部分。已知l2＝2l1，若使兩部分氣體同時升高相同的溫度，管內(nèi)水銀柱將如何運動？(設(shè)原來溫度相同)根據(jù)極限法：由于管上段氣柱壓強p2較下段氣柱壓強p1小，設(shè)想p2→0，即管上部認為近似為真空，于是立即得到，溫度T升高，水銀柱向上移動。3．圖象法利用圖象：首先在同一pT圖線上畫出兩段氣柱的等容圖線，如圖所示。由于兩氣柱在相同溫度下壓強不同，所以它們等容線的斜率也不同，氣柱的壓強較大的等容線的斜率也較大。從圖中可以看出，當兩氣柱升高相同溫度ΔT時，其壓強的增量Δp1＞Δp2，所以水銀柱向壓強增量小的一端移動，對上面的水銀柱問題用圖象法分析，很容易得出水銀向上移動的結(jié)果?！纠}3】如圖甲所示，容器A和B分別盛有氫氣和氧氣，用一段水平細玻璃管連通，管內(nèi)有一段水銀柱將兩種氣體隔開。當氫氣的溫度為0℃、氧氣溫度為20℃時，水銀柱保持靜止。判斷下列情況下，水銀柱將怎樣移動？(1)兩氣體均升高20℃；(2)氫氣升高10℃，氧氣升高20℃；(3)若初狀態(tài)如圖乙所示且氣體初溫相同，則當兩氣體均降低10℃時，水銀柱怎樣移動？解析：(1)ΔpA＝p>0，ΔpB＝p>0因為ΔpA>ΔpB，故水銀柱向B容器一方移動。(2)ΔpA＝p>0，ΔpB＝p>0因為ΔpA<ΔpB，故水銀柱向A容器一方移動。(3)ΔpA＝－pA<0，ΔpB＝－pB<0因為pA>pB，故|ΔpA|>|ΔpB|，水銀柱向A容器一方(向下)移動。答案：(1)向B移動(2)向A移動(3)向A(下)移動專題三“兩團氣”問題這類問題涉及兩部分氣體，它們之間雖然沒有氣體交換，但其壓強或體積這些量間有一定的關(guān)系，分析清楚這些關(guān)系是解題的關(guān)鍵，解決這類問題的一般方法是：1．分別選取每部分氣體為研究對象，確定初、末狀態(tài)參量，根據(jù)狀態(tài)方程列式求解。2．認真分析兩部分氣體的壓強、體積之間的關(guān)系，并寫出關(guān)系式。3．多個方程聯(lián)立求解?！纠}4】(2013·課標全國Ⅰ)如圖，兩個側(cè)壁絕熱、頂部和底部都導熱的相同汽缸直立放置，汽缸底部和頂部均有細管連通，頂部的細管帶有閥門K。兩汽缸的容積均為V0，汽缸中各有一個絕熱活塞(質(zhì)量不同，厚度可忽略)。開始時K關(guān)閉，兩活塞下方和右活塞上方充有氣體(可視為理想氣體)，壓強分別為p0和；左活塞在汽缸正中間，其上方為真空；右活塞上方氣體體積為?，F(xiàn)使汽缸底與一恒溫熱源接觸，平衡后左活塞升至汽缸頂部，且與頂部剛好沒有接觸；然后打開K，經(jīng)過一段時間，重新達到平衡。已知外界溫度為T0，不計活塞與汽缸壁間的摩擦。求：(1)恒溫熱源的溫度T；(2)重新達到平衡后左汽缸中活塞上方氣體的體積Vx。解析：(1)與恒溫熱源接觸后，在K未打開時，右活塞不動，兩活塞下方的氣體經(jīng)歷等壓過程，由蓋—呂薩克定律得＝①由此得T＝T0②(2)由初始狀態(tài)的力學平衡條件可知，左活塞的質(zhì)量比右活塞的大。打開K后，左活塞下降至某一位置，右活塞必須升至汽缸頂，才能滿足力學平衡條件。汽缸頂部與外界接觸，底部與恒溫熱源接觸，兩部分氣體各自經(jīng)歷等溫過程，設(shè)左活塞上方氣體