人教版高中物理选择性必修第三册精品课件 第2章 气体、固体和液体 本章整合 (3).ppt

2.应用理想气体的状态方程解题的一般思路(1)选对象:根据题意,选出所研究的某一部分气体,这部分气体在状态变化过程中,其质量必须保持一定。(2)找参量:找出作为研究对象的这部分气体发生状态变化前后的一组p、V、T数值或表达式,压强的确定往往是个关键,常需结合力学知识(如力的平衡条件或牛顿运动定律)才能写出表达式。(3)认过程:过程表示两个状态之间的一种变化方式,除题中条件已直接指明外,在许多情况下,往往需要通过对研究对象跟周围环境的相互关系的分析才能确定,认清变化过程是正确选用物理规律的前提。(4)列方程:根据研究对象状态变化的具体方式,选用理想气体的状态方程或某一实验定律,代入具体数值,T必须用热力学温度,p、V的单位要统一,最后分析讨论所得结果的合理性及其物理意义。【例题】如图所示,一个导热性能良好、质量为2kg的汽缸开口向下用轻绳悬吊在天花板上,用厚度不计、横截面积为S=10cm2的密封良好的活塞封闭缸中的气体,活塞的质量为1kg,此时活塞离缸底的距离为20cm,轻弹簧一端连接在活塞上,另一端固定在地面上,轻弹簧处于竖直状态,此时弹簧的压缩量为1cm,弹簧的劲度系数为k=10N/cm,外界大气压恒为p0=1.0×105Pa。环境温度为300K,忽略一切摩擦,重力加速度取10m/s2。(1)要使弹簧处于原长,需要将环境温度降为多少?(2)要使轻绳的拉力刚好为零,需要将环境温度升高为多少?答案(1)256.5K(2)396K解析(1)设开始时汽缸内气体压强为p1,对活塞进行受力分析,根据力的平衡有p1S+mg=p0S+kx1代入数据解得p1=1×105Pa设弹簧处于原长时,缸内气体压强为p2,对活塞进行受力分析,根据力的平衡有p2S+mg=p0S解得p2=0.9×105Pa又L1=20cm,L2=L1-x1=19cm(2)当轻绳的拉力刚好为零时,设弹簧的压缩量为x2,对汽缸和活塞整体进行受力分析,根据力的平衡有kx2=mg+mg解得x2=3cm设缸内气体压强为p3,对汽缸进行受力分析,根据力的平衡有p3S=mg+p0S解得p3=1.2×105Pa又L3=L1+x2-x1=22cm对点演练(2024河南濮阳高二期中)如图甲所示,开口向上的汽缸放在水平地面上,横截面积为S、质量为m的薄活塞密封一定质量的理想气体,平衡时活塞下部与汽缸底部的间距为d。若汽缸放在倾角θ=30°的固定斜面上,绕过定滑轮的轻绳一端与质量为2m的物块相连,另一端与活塞相连,滑轮右侧轻绳与斜面平行,系统处于平衡状态,如图乙所示。重力加速度大小为g,大气压强恒为p0,不计一切摩擦,缸内气体的温度恒定,斜面足够长。(1)求系统在斜面上处于平衡状态时,缸内气体的压强p1及活塞与汽缸底部的间距x1。(2)物块下轻轻地挂上另一相同的物块后,活塞与汽缸一起沿斜面向上做匀加速直线运动,求系统稳定后缸内气体的压强p2及活塞与汽缸底部的间距x2。解析(1)设汽缸放在水平地面上时气体压强为p1,根据受力平衡可得p1S=p0S+mg汽缸在斜面上,系统处于平衡状态时,对活塞,根据物体的平衡条件有p1S+2mg=p0S+mgsinθ(2)设汽缸的质量为m0,对活塞与汽缸整体,根据物体的平衡条件有2mg=(m0+m)gsinθ解得m0=3m对两个物块、活塞和汽缸整体,根据牛顿第二定律有4mg-(m0+m)gsinθ=(m0+m+4m)a活塞与汽缸一起沿斜面向上做匀加速直线运动时,对汽缸,根据牛顿第二定律有p0S-m0gsinθ-p2S=m0a网络构建教考衔接目录索引专项提升网络构建气体、固体和液体温度273.15m、T一定pV=Cm、P一定m、V一定m一定几何形状熔点各向异性无有各向同性周期性外形没有各向同性教考衔接1.(2023全国乙卷)如图所示,竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为20cm的A、B两段细管组成,A管的内径是B管的2倍,B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开。水银柱在两管中的长度均为10cm。现将玻璃管倒置使A管在上方,平衡后,A管内的空气柱长度改变1cm。求B管在上方时,玻璃管内两部分气体的压强相当于多少厘米高度的水银柱的压强。(气体温度保持不变)答案A部分相当于74.36cm,B部分相当于54.36cm解析A中封闭气体倒置前后的长度为lA=10cm,lA=11cm由等温过程的玻意耳定律得pAlA=pAlA由玻意耳定律得pBlB=pBlB对倒置前水银受力分析得pA-pB=ρ水银g(40cm-lA-lB)对倒置后水银受力分析得pB-pA=ρ水银g(