2-2氣體的等溫變化(-第一課時-)封閉氣體壓強的計算(人教2019選擇性必修第三冊-)(原卷版)

第二章氣體、固體和液體第2節(jié)氣體的等溫變化第1課時封閉氣體壓強的計算【核心素養(yǎng)目標】物理觀念封閉氣體的壓強，連通器原理科學思維學會計算靜止或勻速運動系統(tǒng)中封閉氣體的壓強.科學探究學會計算容器加速運動時封閉氣體的壓強．科學態(tài)度與責任通過封閉氣體壓強知識應用的實例，感受物理中科學技術與社會的緊密聯(lián)系，體會科學知識的應用價值，進一步增強學生的學習動力和科學意識。知識點一靜止或勻速運動系統(tǒng)中封閉氣體壓強的計算【情境導入】(1)如圖甲所示，C、D液面水平且等高，液體密度為ρ，重力加速度為g，其他條件已標于圖上，試求封閉氣體A的壓強．(2)在圖乙中，汽缸置于水平地面上，活塞質量為m，橫截面積為S，汽缸與活塞之間無摩擦，設大氣壓強為p0，重力加速度為g，試求封閉氣體的壓強．【重難詮釋】1．取等壓面法同種液體在同一深度向各個方向的壓強相等，在連通器中，靈活選取等壓面，利用同一液面壓強相等求解氣體壓強．如圖甲所示，同一液面C、D兩處壓強相等，故pA＝p0＋ph；如圖乙所示，M、N兩處壓強相等，從左側管看有pB＝pA＋ph2，從右側管看，有pB＝p0＋ph1.2．力平衡法【典例精析】例1．如圖所示，豎直靜止放置的U形管，左端開口，右端封閉，管內(nèi)有a、b兩段水銀柱，將A、B兩段空氣柱封閉在管內(nèi)．已知水銀柱a長h1為10cm，水銀柱b兩個液面間的高度差h2為5cm，大氣壓強為75cmHg，求空氣柱A、B的壓強分別是多少．知識點二容器加速運動時封閉氣體壓強的計算【重難詮釋】如圖所示，玻璃管開口向上，豎直靜止放置，外界大氣壓強為p0，液體密度為ρ，高度為h，重力加速度為g，若將上述玻璃管由靜止自由釋放，求下落過程中封閉氣體的壓強．【典例精析】例2．如圖所示，光滑水平面上放有一質量為M的汽缸，汽缸內(nèi)放有一質量為m的可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動的活塞，活塞橫截面積為S.現(xiàn)用水平恒力F向右推汽缸，最后汽缸和活塞達到相對靜止狀態(tài)，求此時缸內(nèi)封閉氣體的壓強p.(已知外界大氣壓強為p0)【規(guī)律方法】1．當容器加速運動時，通常選與氣體相關聯(lián)的液柱、汽缸或活塞為研究對象，并對其進行受力分析，然后由牛頓第二定律列方程，求出封閉氣體的壓強．2．在對系統(tǒng)進行分析時，可針對具體情況選用整體法或隔離法．針對訓練一、單選題1．如圖所示，活塞質量為M，上表面橫截面積為S，上表面水平，下表面與水平面成角，摩擦不計，外界大氣壓為，則被封閉氣體的壓強為（重力加速度為）（）A． B．C． D．2．如圖，把一粗細均勻的玻璃管開口端插入到水銀中，如果當時大氣壓強為一個標準大氣壓（標準大氣壓強為76cmHg），管內(nèi)外水銀面高度差為，則管內(nèi)氣體的壓強為（）A． B． C． D．3．如圖所示，豎直靜止放置的U形管，左端開口，右端封閉，管內(nèi)a、b兩段水銀柱將A、B兩段空氣柱封閉在管內(nèi)。已知水銀柱a長為，水銀柱b兩液面的高度差為，大氣壓強為，空氣柱A的壓強為。則空氣柱B的壓強可表示為（）A．B．C．D．二、多選題4．如圖所示，活塞的質量為，缸套的質量為，通過彈簧吊在天花板上，氣缸內(nèi)封住一定質量的空氣，缸套與活塞無摩擦，活塞截面積為S，大氣壓強為p0，則（）A．氣缸內(nèi)空氣的壓強等于B．氣缸內(nèi)空氣的壓強等于C．彈簧對活塞的作用力為D．彈簧對活塞的作用力為三、填空題5．如圖所示，豎直圓筒是固定不動的，粗筒的橫截面積是細筒的3倍，細筒足夠長，粗筒中A、B兩輕質活塞間封有氣體，氣柱長L＝20cm；活塞A上方的水銀深H＝10cm，兩活塞與筒壁間的摩擦不計，用外力向上托住活塞B，使之處于平衡狀態(tài)，水銀面與粗筒上端相平；現(xiàn)使活塞B緩慢上移，直至水銀的一半被推入細筒中，若大氣壓強p0相當于75cm高的水銀柱產(chǎn)生的壓強．則此時封閉氣體的壓強為________cmHg。6．求圖中被封閉氣體A的壓強分別為（1）________，（2）______，（3）__________，圖中的玻璃管內(nèi)都灌有水銀，大氣壓強p0＝76cmHg。（p0＝1.01×105Pa，g＝10m/s2）7．若已知大氣壓強為p0，如圖所示各裝置均處于靜止狀態(tài)，圖中液體密度均為ρ，重力加速度為g，則各圖中被封閉氣體的壓強分別為p甲氣＝________；p乙氣＝________；p丙氣＝________；p丁氣＝________。8．（1）汽缸的橫截面積為S，質量為m的梯形活塞上面是水平的，下面與右側豎直方向的夾角為α，如圖甲所示，當活塞上放質量為M的重物時處于靜止狀態(tài)。設外部大氣壓強為p0，若活塞與缸壁之間無摩擦。重力加速度為g，汽缸中氣體的壓強為______________。（2）如圖乙、丙中兩個汽缸質量均為M，內(nèi)部橫截面積均為S，兩個活塞的質量均為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。不計活塞與汽缸壁之間的摩擦，兩個汽缸內(nèi)分別封閉有一定質量的空氣A、B，大氣壓為p0，重力加速度為g。則封閉氣體A的壓強為____________；B的壓強為____________。（3）如圖丁所示，一導熱良好的足夠長汽缸水平放置在光滑水平桌面上，桌面足夠高，汽缸內(nèi)有一活塞封閉了一定質量的理想氣體。一足夠長輕繩跨過定滑輪，一端連接在活塞上，另一端掛一鉤碼，滑輪與活塞間的輕繩與桌面平行，不計一切摩擦。已知當?shù)刂亓铀俣葹間，大氣壓為p0，鉤碼質量為m1，活塞質量為m2，汽缸質量為m3，活塞橫截面積為S。則釋放鉤碼，汽缸穩(wěn)定運動過程中，汽缸內(nèi)理想氣體的壓強為________。A．p0－B．p0－C．p0D．p0－四、解答題9．若已知大氣壓強為，圖中各裝置均處于靜止狀態(tài)，圖中液體密度均為ρ，求被封閉氣體的壓強。10．如圖所示，粗細均勻的長直玻璃管被輕繩倒掛于傾角為的斜面上，管內(nèi)有一段長為的水銀柱（其密度為）封閉著一段空氣柱，大氣壓強為，重力加速度大小為。求在下列情況下，被封閉氣體的壓強為多少。（式中各物理量單位均為國際單位制單位）（1）玻璃管靜止不動；（2）剪斷細繩后，玻璃管沿斜面保持平穩(wěn)加速下滑過程（已知管與斜面間動摩擦因數(shù)為，且）。11．（1）若已知大氣壓強為p0，圖中各裝置均處于靜止狀態(tài)，圖中液體密度均為ρ，求被封閉氣體的壓強。（2）如圖中兩個汽缸質量均為M，內(nèi)部橫截面積均為S，兩個活塞的質量均為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．兩個汽缸內(nèi)分別封閉有一定質量的空氣A、B，大氣壓為p0，求封閉氣體A、B的壓強。（3）如圖所示，光滑水平面上放有一質量為M的汽缸，汽缸內(nèi)放有一質量為m的可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動的活塞，活塞面積為S，現(xiàn)用水平恒力F向右推汽缸，最后汽缸和活塞達到相對靜止狀態(tài)，求此時缸內(nèi)封閉氣體的壓強p。（已知外界大氣壓為p0）12．如圖所示，粗細均勻的薄壁U形玻璃管豎直放置，導熱良好，左管上端封閉，封口處有段水銀柱1，右管上端開口且足夠長，另有兩段水銀柱2、3封閉了A、B兩部分理想氣體，外界大氣壓強恒為p0＝75cmHg，三段水銀柱長均為10cm，A氣柱長為20cm，B氣柱長為10cm，氣柱A和水銀柱2各有一半長度在水平部分。求：水銀柱1對玻璃管封口的壓強。13．如圖所示，豎直靜止放置的U形管，左端開口，右端封閉，管內(nèi)有a、b兩段水銀柱，將A、B兩段空氣柱封閉在管內(nèi)。已知水銀柱a長h1為10cm，水銀柱b兩個液面間的高度差h2為5cm，大氣壓強為75cmHg，求空氣柱A、B的壓強分別是多少。14．熱學中將標準大氣壓定為p0=75cmHg。如圖所示是一個豎直放置的下端封閉、上端開口且足夠長的粗細均勻的玻璃管。長為l2=10cm的水銀柱封閉了一段空氣柱，空氣柱的長度為l1。已知外界的壓強為標準大氣壓，環(huán)境溫度保持不變，取重力加速度g=10m/s2。試求：（1）此時玻璃管內(nèi)氣體的壓強p1（用c