（江蘇專版）2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第50講 氣體實驗定律 理想氣體 氣體熱現(xiàn)象的微觀意義講義

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1、（江蘇專版）2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第50講 氣體實驗定律 理想氣體 氣體熱現(xiàn)象的微觀意義講義 考情剖析 考綱要求 考查年份 考查詳情 能力要求 氣體實驗定律、理想氣體 Ⅰ 14年 T12A(1)—選擇，考查對理想氣體的理解 理解 15年 T12A(3)—計算，考查玻意耳定律 應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題 16年 T12A(2)—填空，考查氣體實驗定律 理解 17年 T12A(1)—選擇，考查氣體狀態(tài)變化圖象 理解 分子熱運動速率的統(tǒng)計分布規(guī)律,Ⅰ, 14年,T12A(2)—填空，考查分子平均動能與溫度的關(guān)

2、系,分析綜合 16年,T12A(2)—填空，考查分子速率分布圖象的理解,理解 氣體壓強的微觀解釋,Ⅰ,15年,T12A(2)—填空，考查氣體壓強的微觀解釋,理解 弱項清單,氣體分子熱運動速率分布的統(tǒng)計規(guī)律(將分布圖中的峰值大小誤以為是溫度的高低)，氣體壓強的微觀解釋． 知識整合 一、氣體的三個實驗定律 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．等溫變化——玻意耳定律 (1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在________不變的情況下，________與________成________．這個規(guī)律稱________定律． (2)等溫變化的表達式：p∝或pV＝C(C為常

3、量)或p1V1＝p2V2(p1、V1和p2、V2分別表示氣體在初、末兩種不同狀態(tài)下的壓強和體積)． 2．等容變化——查理定律 (1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在________不變的情況下，________與________成________．這個規(guī)律稱________定律． (2)等容變化的表達式：p∝T、p＝CT(C為常量)或＝(p1、T1和p2、T2分別表示氣體在初、末兩種不同狀態(tài)下的壓強和溫度)． 3．等壓變化——蓋·呂薩克定律 (1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在________不變的情況下，________與________成________．這個規(guī)律稱________定律

4、． (2)等壓變化的表達式：V∝T、V＝CT(C為常量)或＝(V1、T1和V2、T2分別表示氣體在初、末兩種不同狀態(tài)下的體積和溫度)． 二、理想氣體的狀態(tài)方程 1．理想氣體 (1)宏觀上講，理想氣體是一種理想化模型，是對在溫度不低于零下幾十?dāng)z氏度、壓強不超過大氣壓的幾倍時的實際氣體的科學(xué)抽象，始終遵守氣體實驗定律的氣體． (2)微觀上講，理想氣體分子本身與分子間距離相比可以忽略不計，分子間除碰撞外無其他作用力，理想氣體的分子勢能為零，內(nèi)能等于分子的總動能． 2．理想氣體的狀態(tài)方程 (1)一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程：______________或______________． (

5、2)三個氣體實驗定律可看作一定質(zhì)量理想氣體狀態(tài)方程的特例． 三、氣體分子動理論和氣體壓強 1．分子熱運動速率的統(tǒng)計分布規(guī)律 (1)氣體分子之間的距離大約是分子直徑的10倍，氣體分子之間的作用力十分________，可以忽略不計且氣體分子向各個方向運動的機會________． (2)氣體分子的速率分布，表現(xiàn)出“____________”的統(tǒng)計分布規(guī)律．溫度升高時，速率大的分子數(shù)目________，速率小的分子數(shù)目________，分子的平均速率________． 2．氣體壓強及氣體實驗定律的微觀解釋 (1)氣體壓強 ①產(chǎn)生的原因：由于大量分子無規(guī)則地運動而碰撞器壁，形成對器壁各處均

6、勻、持續(xù)的壓力，作用在器壁____________的壓力叫做氣體的壓強． ②決定氣體壓強大小的因素 a．宏觀上：決定于氣體的________和________． b．微觀上：決定于分子的________和________________________________________________________________________． (2)氣體實驗定律的微觀解釋 ①等溫變化：一定質(zhì)量的理想氣體，溫度保持不變，體積增大時，壓強________，原因是：____________________________________________________________

7、____________ ________________________________________________________________________. ②等容變化：一定質(zhì)量的理想氣體，體積保持不變，溫度增大時，壓強________，原因是：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. ③等壓變化：一定質(zhì)量的理想氣體，壓強

8、保持不變，溫度增大時，體積________，原因是：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 方法技巧考點1　三個實驗定律、理想氣體及狀態(tài)方程 定律 變化過程 一定質(zhì)量氣體的兩條圖線 圖線特點 玻意耳定律 等溫變化 1.等溫變化在p-V圖中是雙曲線，由pV＝nRT知，T越大，pV值越大，所以，遠(yuǎn)離原點的等溫線的溫度越高，即T

9、2＞T1. 2.等溫變化在p-圖中是通過原點的直線．T大，斜率大，所以T2＞T1. 查理定律 等容變化 1.等容變化在p-t圖中是通過t軸上－273 ℃的直線．由于在同一溫度(如0 ℃)下，同一氣體的壓強大時，體積小，所以V1＞V2. 2.等容變化在p-T圖中是通過原點的直線．體積大時，斜率小，所以V1＞V2. 蓋·呂薩克定律 等壓變化 1.等壓變化在V-t圖中是通過t軸上－273℃的直線，由于在同一溫度下，同一氣體的體積大時，壓強小，所以p1＞p2. 2.等壓變化在V-T圖中是通過原點的直線．壓強大時斜率小，所以p1＞p2. 理

10、想氣體狀態(tài)方程 pV/T＝C 　　【典型例題1】　有一傳熱良好的圓柱形氣缸置于水平地面上，并用一光滑的質(zhì)量為M活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，活塞面積為S.開始時汽缸開口向上如圖甲，已知外界大氣壓強P0，被封氣體的體積V0. 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (1)求被封氣體的壓強： (2)現(xiàn)將汽缸倒置如圖乙，待系統(tǒng)重新穩(wěn)定后，活塞移動的距離是多少？ 　　　　　　　　　　　　　　 甲　　　　　乙 　1.如圖所示，在兩端封閉的均勻半圓管道內(nèi)封閉有理想氣體，管內(nèi)有不計質(zhì)量可自由移動的活塞P，將管內(nèi)氣體分成兩部分，其中OP與管道的水平直徑的夾角θ＝45°.兩部

11、分氣體的溫度均為T0＝300 K，壓強均為p0＝1.0×105 Pa.現(xiàn)對管道左側(cè)氣體緩慢加熱，管道右側(cè)氣體溫度保持不變，當(dāng)可動活塞P緩慢移動到管道最低點時(不計摩擦)，求： (1)管道右側(cè)氣體的壓強； (2)管道左側(cè)氣體的溫度． 　2.(17年蘇北四市三模)如圖所示，一導(dǎo)熱性能良好，內(nèi)壁光滑的氣缸豎直放置，用不漏氣的輕質(zhì)活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，固定導(dǎo)熱隔板上有一小孔，將A、B兩部分氣體連通，已知活塞的橫截面積為S，初始時A、B兩部分體積相同，溫度為T0，大氣壓強p0. (1)若緩慢加熱氣體，使A、B兩部分體積之比達到2∶1，求此時的溫度T1； (2)保持氣體溫度T0

12、不變，在活塞上施加一豎直向下的推力，緩慢推動活塞，當(dāng)A、B兩部分體積之比為1∶2時，求氣體的壓強p和所加推力大小F. 考點2　對氣體分子運動和氣體壓強的理解 1．氣體分子間距較大，分子力可以忽略，因此分子間除碰撞外不受其他力的作用，故氣體能充滿它能達到的整個空間． 2．分子做無規(guī)則的運動，速率有大有小，且一直在變化，大量分子的速率按“中間多，兩頭少”的規(guī)律分布． 3．溫度升高時，速率小的分子數(shù)減小，速率大的分子數(shù)增多，分子的平均速率將增加，速率分布規(guī)律仍然呈現(xiàn)“中間多，兩頭少”分布圖象． 4．氣體壓強是大量分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生的． 5．氣體的壓強大小與溫度和體積有關(guān)．

13、單位體積內(nèi)分子數(shù)越多，分子在單位時間內(nèi)對單位面積器壁碰撞的次數(shù)就越多，壓強就越大；溫度越高，氣體分子運動的平均動能就越大，每個分子對器壁碰撞的作用力就越大，壓強就越大． 6．氣體壓強的確定要根據(jù)氣體所處的外部條件，往往需要利用跟氣體接觸的液柱和活塞等物體的受力和運動情況計算． 【典型例題2】　(17年蘇北四市聯(lián)考)如圖為密閉鋼瓶中的理想氣體分子在兩種不同溫度下的速率分布情況，可知，一定溫度下氣體分子的速率呈現(xiàn)________________分布規(guī)律；T1溫度下氣體分子的平均動能________(選填“大于”、“等于”或“小于”)T2溫度下氣體分子的平均動能． 【學(xué)習(xí)建議】　理解分子熱

14、運動速度分布的統(tǒng)計規(guī)律，由線狀分布到柱狀分布，其峰值并不是溫度的高低． 【典型例題3】　(17年南京一模)如圖所示，導(dǎo)熱性能良好的氣缸開口向下，缸內(nèi)用活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞在氣缸內(nèi)可以自由滑動且不漏氣，其下方用細(xì)繩吊著砂桶，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)．現(xiàn)砂桶中的細(xì)沙不斷流出，這一過程可視為一緩慢過程，且環(huán)境溫度不變，則在此過程中氣缸內(nèi)氣體分子的平均速率________(選填“減小”、“不變”、“增大”)，單位時間單位面積缸壁上受到氣體分子撞擊的次數(shù)________(選填“減少”、“不變”、“增加”)． 【學(xué)習(xí)建議】　理解溫度是分子平均動能的標(biāo)志，壓強的微觀上是由平均動能和數(shù)密度決定，宏

15、觀上是由溫度和體積決定． 當(dāng)堂檢測　　1.(多選)下列對理想氣體的理解，正確的有(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A．理想氣體實際上并不存在，只是一種理想模型 B．只要氣體壓強不是很高就可視為理想氣體 C．一定質(zhì)量的某種理想氣體的內(nèi)能與溫度、體積都有關(guān) D．在任何溫度、任何壓強下，理想氣體都遵循氣體實驗定律 2．如圖所示，一定質(zhì)量的某種氣體的等壓線，等壓線上的a、b兩個狀態(tài)比較，下列說法正確的是(　　) 第2題圖 A．在相同時間內(nèi)撞在單位面積上的分子數(shù)b狀態(tài)較多 B．在相同時間內(nèi)撞在單位面積上的分子數(shù)a狀態(tài)較多 C．在相

16、同時間內(nèi)撞在相同面積上的分子數(shù)兩狀態(tài)一樣多 D．單位體積的分子數(shù)兩狀態(tài)一樣多 3．(多選)氧氣分子在0 ℃和100 ℃溫度下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中兩條曲線所示．下列說法正確的是(　　) 第3題圖 A．圖中兩條曲線下面積相等 B．圖中虛線對應(yīng)于氧氣分子平均動能較小的情形 C．圖中實線對應(yīng)于氧氣分子在100 ℃時的情形 D．圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目 E．與0 ℃時相比，100 ℃時氧氣分子速率出現(xiàn)在0～400 m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較大 4．給某包裝袋充入氮氣后密封，在室溫下

17、，袋中氣體壓強為1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、體積為1 L．將其緩慢壓縮到壓強為2個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時，氣體的體積變?yōu)?.45 L．請通過計算判斷該包裝袋是否漏氣？ 5．如圖所示，一圓柱形絕熱氣缸豎直放置，通過絕熱活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，活塞的質(zhì)量為m，橫截面積為S，與容器底部相距h.現(xiàn)通過電熱絲緩慢加熱氣體，當(dāng)活塞上升高度h，此時氣體的溫度為T1.已知大氣壓強為p0，重力加速度為g，不計活塞與氣缸的摩擦．求： (1)加熱過程中氣體對外界做的功； (2)現(xiàn)停止對氣體加熱，同時在活塞上緩慢添加砂粒，當(dāng)添加砂粒的質(zhì)量為m0時，活塞恰好回到原來的位置，求此時氣體的溫度． 第5題圖

18、 第50講　氣體實驗定律、理想 氣體、氣體熱現(xiàn)象的微觀意義知識整合 基礎(chǔ)自測 一、1.(1)溫度　壓強　體積　反比　玻意耳 　2.(1)體積　壓強　溫度　正比　查理 　3.(1)壓強　體積　溫度　正比　蓋·呂薩克 二、2.(1)＝　＝C 三、1. (1) 微弱　均等　(2)中間多，兩頭少　增加　減少　增大　2.(1)①單位面積上②a.溫度　體積　b．平均動能　分子的密集程度　(2)①減小　溫度相同，分子的平均動能相同，體積增大時，單位體積內(nèi)的分子數(shù)減小，所以氣體壓強減小　②增大　單位體積內(nèi)的分子數(shù)不變，溫度增大，分子的平均動能增大，所以氣體壓強增大?、墼龃蟆囟仍龃?，分子

19、的平均動能增大，若要維持壓強不變，單位體積內(nèi)的分子數(shù)需要減少，所以體積增大 方法技巧 ·典型例題1·　　【解析】　(1)對活塞受力分析：Mg＋p0S＝pS 得p＝；(2)氣缸倒置后，對活塞受力分析得：Mg＋p1S＝p0S所以p1＝ ；對封閉氣體運用玻瑪定律pV0＝p1V1，得V1＝，所以Δh＝＝. ·變式訓(xùn)練1·(1)1.5×105 Pa　(2)900 K　【解析】　(1)對于管道右側(cè)氣體，由于氣體做等溫變化p0V1＝P2V2，V2＝V1解得 p2＝1.5×105 Pa.(2)對于管道左側(cè)氣體，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，有＝，V2′＝2V1′當(dāng)活塞P移動到最低點時，對活塞P受力分析可得出兩

20、部分氣體的壓強p2′＝p2得T＝900 K. ·變式訓(xùn)練2·T0 　p0S　【解析】　(1)設(shè)B的體積為V，則初狀態(tài)AB總體積 2 V，末狀態(tài)總體積為3 V，等壓變化有＝計算得出T1＝T0 (2)氣體作等溫壓縮后，A的體積變?yōu)閂/2，等溫變化有p0·2V＝p·V得出p＝p0再由平衡條件有PS＝P0S＋F得F＝p0S. ·典型例題2·中間多、兩頭少　小于　【解析】　由圖可以知道，兩種溫度下氣體分子速率都呈現(xiàn)“中間多、兩頭少”的分布特點．因為T1時速率較低的氣體分子占比例較大，則說明T1溫度下氣體分子的平均動能小于T2溫度下氣體分子的平均動能． ·典型例題3·不變　增加　【解析】　因溫

21、度不變，分子的平均動能不變，則氣體的平均速率不變； 以活塞和沙桶整體為研究對象，設(shè)總質(zhì)量為m, 有pS＋mg＝p0S 細(xì)沙流出后，則p增大，因為平均速率不變，根據(jù)壓強的微觀含義可以知道，單位時間單位面積器壁上受到氣體分子撞擊的次數(shù)增加． 當(dāng)堂檢測 1．AD　【解析】　理想氣體是對壓強不是很高，溫度不是很大的實際氣體的抽象，是理想化模型， AD對B錯. 理想氣體的氣體分子間無作用力，不存在分子勢能，故理想氣體的內(nèi)能取決于氣體的溫度，與體積無關(guān)，C錯. 2．B　【解析】　等壓變化，而b狀態(tài)的體積大于a狀態(tài)的體積，則b狀態(tài)的分子密集程度小于a狀態(tài)的分子密集程度，同時，a狀態(tài)的溫度低，氣體分子

22、的平均動能小，分子對容器的碰撞作用力小，a狀態(tài)下在相同時間內(nèi)撞在單位面積上的分子數(shù)a狀態(tài)較多，才可能使壓強相同；故選B. 3．ABC　【解析】　兩條曲線下的面積相等均為1，A對．溫度越高分子運動越劇烈，分子平均動能越大，則知圖中虛線表示0 ℃時氧氣分子的分子數(shù)速率分布，實線表示100 ℃時氧氣分子的分子數(shù)速率分布，即虛線對應(yīng)的氧氣分子平均動能小，故B、C項正確．圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子占總分子數(shù)的比例，并非分子數(shù)目， D錯．由圖象知0 ℃時氧氣分子速率出現(xiàn)在0～400 m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較大，E錯． 4．漏氣　【解析】　若不漏氣，設(shè)加壓后的體積為V1，由等溫過程得：p0V0＝p1V1，代入數(shù)據(jù)得V1＝0.5 L．因為0.45 L<0.5 L，故包裝袋漏氣． 5. (p0S＋mg)h　T1　【解析】　(1)活塞處于平衡狀態(tài)，得p0S＋mg＝pS.緩慢上升，視為等壓過程，則氣體對活塞做功大小W＝Fh＝pSh＝(p0S＋mg) h. (2)添加砂粒的質(zhì)量為m0活塞受力：p0S＋mg＋m0g＝p1S得p1＝p0＋　 氣體初狀態(tài)：p，2hS，T1；末狀態(tài)：p1, hS，T2.由理想氣體的狀態(tài)方程得＝，計算得出T2＝T1.