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

（江蘇專版）2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第50講 氣體實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)定律、理想氣體14年T12A(1)選擇，考查對理想氣體的理解理解15年T12A(3)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)速率的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律,14年,T12A(2)填空，考查分子平均動(dòng)能與溫度的關(guān)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(qiáng)的微觀解釋,15年,T12A(2)填空，考查氣體壓強(qiáng)的微觀解釋,理解弱項(xiàng)清單,氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速率分布的統(tǒng)計(jì)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(qiáng)的微觀解釋知識(shí)整合一、氣體的三個(gè)實(shí)驗(yàn)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(gè)規(guī)律稱_定律(2)等溫變化的表達(dá)式：p或pVC(C為常量)或p1V1p2V2(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(qiáng)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(gè)規(guī)律稱_定律(2)等容變化的表達(dá)式：pT、pCT(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(qiáng)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(gè)規(guī)律稱_定律(2)等壓變化的表達(dá)式：VT、VCT(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(qiáng)不超過大氣壓的幾倍時(shí)的實(shí)際氣體的科學(xué)抽象，始終遵守氣體實(shí)驗(yàn)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(jì)，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(dòng)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_(2)三個(gè)氣體實(shí)驗(yàn)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(dòng)理論和氣體壓強(qiáng)1分子熱運(yùn)動(dòng)速率的統(tǒng)計(jì)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(jì)且氣體分子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)_(2)氣體分子的速率分布，表現(xiàn)出“_”的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律溫度升高時(shí)，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(qiáng)及氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋(1)氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因：由于大量分子無規(guī)則地運(yùn)動(dòng)而碰撞器壁，形成對器壁各處均勻、持續(xù)的壓力，作用在器壁_的壓力叫做氣體的壓強(qiáng)決定氣體壓強(qiáng)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(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋等溫變化：一定質(zhì)量的理想氣體，溫度保持不變，體積增大時(shí)，壓強(qiáng)_，原因是：_.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(shí)，壓強(qiáng)_，原因是：_.等壓變化：一定質(zhì)量的理想氣體，壓強(qiáng)保持不變，溫度增大時(shí)，體積_，原因是：_.方法技巧考點(diǎn)1三個(gè)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)玻意耳定律等溫變化1.等溫變化在p­V圖中是雙曲線，由pVnRT知，T越大，pV值越大，所以，遠(yuǎn)離原點(diǎn)的等溫線的溫度越高，即T2T1.2.等溫變化在p­圖中是通過原點(diǎn)的直線T大，斜率大，所以T2T1.查理定律等容變化1.等容變化在p­t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(qiáng)大時(shí)，體積小，所以V1V2.2.等容變化在p­T圖中是通過原點(diǎn)的直線體積大時(shí)，斜率小，所以V1V2.蓋·呂薩克定律等壓變化1.等壓變化在V­t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(shí)，壓強(qiáng)小，所以p1p2.2.等壓變化在V­T圖中是通過原點(diǎn)的直線壓強(qiáng)大時(shí)斜率小，所以p1p2.理想氣體狀態(tài)方程pV/TC【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(shí)汽缸開口向上如圖甲，已知外界大氣壓強(qiáng)P0，被封氣體的體積V0.(1)求被封氣體的壓強(qiáng)：(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(dòng)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(jì)質(zhì)量可自由移動(dòng)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45°.兩部分氣體的溫度均為T0300 K，壓強(qiáng)均為p01.0×105 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(dòng)活塞P緩慢移動(dòng)到管道最低點(diǎn)時(shí)(不計(jì)摩擦)，求：(1)管道右側(cè)氣體的壓強(qiáng)；(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(shí)A、B兩部分體積相同，溫度為T0，大氣壓強(qiáng)p0.(1)若緩慢加熱氣體，使A、B兩部分體積之比達(dá)到21，求此時(shí)的溫度T1；(2)保持氣體溫度T0不變，在活塞上施加一豎直向下的推力，緩慢推動(dòng)活塞，當(dāng)A、B兩部分體積之比為12時(shí)，求氣體的壓強(qiáng)p和所加推力大小F.考點(diǎn)2對氣體分子運(yùn)動(dòng)和氣體壓強(qiáng)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(dá)到的整個(gè)空間2分子做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，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(shí)，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(qiáng)是大量分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生的5氣體的壓強(qiáng)大小與溫度和體積有關(guān)單位體積內(nèi)分子數(shù)越多，分子在單位時(shí)間內(nèi)對單位面積器壁碰撞的次數(shù)就越多，壓強(qiáng)就越大；溫度越高，氣體分子運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能就越大，每個(gè)分子對器壁碰撞的作用力就越大，壓強(qiáng)就越大6氣體壓強(qiáng)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(yùn)動(dòng)情況計(jì)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(dòng)能_(選填“大于”、“等于”或“小于”)T2溫度下氣體分子的平均動(dòng)能【學(xué)習(xí)建議】理解分子熱運(yùn)動(dòng)速度分布的統(tǒng)計(jì)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(dòng)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(shí)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(dòng)能的標(biāo)志，壓強(qiáng)的微觀上是由平均動(dòng)能和數(shù)密度決定，宏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(shí)際上并不存在，只是一種理想模型 B只要?dú)怏w壓強(qiáng)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(qiáng)下，理想氣體都遵循氣體實(shí)驗(yàn)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(gè)狀態(tài)比較，下列說法正確的是()第2題圖 A在相同時(shí)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(shí)間內(nèi)撞在單位面積上的分子數(shù)a狀態(tài)較多 C在相同時(shí)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(dòng)能較小的情形 C圖中實(shí)線對應(yīng)于氧氣分子在100 時(shí)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(shí)相比，100 時(shí)氧氣分子速率出現(xiàn)在0400 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?dú)夂竺芊?，在室溫下，袋中氣體壓強(qiáng)為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、體積為1 L將其緩慢壓縮到壓強(qiáng)為2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，氣體的體積變?yōu)?.45 L請通過計(jì)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(shí)氣體的溫度為T1.已知大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g，不計(jì)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(shí)在活塞上緩慢添加砂粒，當(dāng)添加砂粒的質(zhì)量為m0時(shí)，活塞恰好回到原來的位置，求此時(shí)氣體的溫度第5題圖第50講氣體實(shí)驗(yàn)定律、理想氣體、氣體熱現(xiàn)象的微觀意義知識(shí)整合基礎(chǔ)自測一、1.(1)溫度壓強(qiáng)體積反比玻意耳2.(1)體積壓強(qiáng)溫度正比查理3.(1)壓強(qiáng)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)單位面積上a.溫度體積b平均動(dòng)能分子的密集程度(2)減小溫度相同，分子的平均動(dòng)能相同，體積增大時(shí)，單位體積內(nèi)的分子數(shù)減小，所以氣體壓強(qiáng)減小增大單位體積內(nèi)的分子數(shù)不變，溫度增大，分子的平均動(dòng)能增大，所以氣體壓強(qiáng)增大增大溫度增大，分子的平均動(dòng)能增大，若要維持壓強(qiáng)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：Mgp0SpS 得p；(2)氣缸倒置后，對活塞受力分析得：Mgp1Sp0S所以p1 ；對封閉氣體運(yùn)用?，敹蓀V0p1V1，得V1，所以h.·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p0V1P2V2，V2V1解得 p21.5×105 Pa.(2)對于管道左側(cè)氣體，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，有，V22V1當(dāng)活塞P移動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，對活塞P受力分析可得出兩部分氣體的壓強(qiáng)p2p2得T900 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(jì)算得出T1T0(2)氣體作等溫壓縮后，A的體積變?yōu)閂/2，等溫變化有p0·2Vp·V得出pp0再由平衡條件有PSP0SF得Fp0S.·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(diǎn)因?yàn)門1時(shí)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(dòng)能小于T2溫度下氣體分子的平均動(dòng)能·典型例題3·不變增加【解析】因溫度不變，分子的平均動(dòng)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pSmgp0S 細(xì)沙流出后，則p增大，因?yàn)槠骄俾什蛔?，根?jù)壓強(qiáng)的微觀含義可以知道，單位時(shí)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1AD【解析】理想氣體是對壓強(qiáng)不是很高，溫度不是很大的實(shí)際氣體的抽象，是理想化模型， AD對B錯(cuò). 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(cuò). 2B【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(shí)，a狀態(tài)的溫度低，氣體分子的平均動(dòng)能小，分子對容器的碰撞作用力小，a狀態(tài)下在相同時(shí)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(qiáng)相同；故選B.3ABC【解析】兩條曲線下的面積相等均為1，A對溫度越高分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，分子平均動(dòng)能越大，則知圖中虛線表示0 時(shí)氧氣分子的分子數(shù)速率分布，實(shí)線表示100 時(shí)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(dòng)能小，故B、C項(xiàng)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(cuò)由圖象知0 時(shí)氧氣分子速率出現(xiàn)在0400 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(cuò)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：p0V0p1V1，代入數(shù)據(jù)得V10.5 L因?yàn)?.45 L<0.5 L，故包裝袋漏氣5. (p0Smg)hT1【解析】(1)活塞處于平衡狀態(tài)，得p0SmgpS.緩慢上升，視為等壓過程，則氣體對活塞做功大小WFhpSh(p0Smg) h. (2)添加砂粒的質(zhì)量為m0活塞受力：p0Smgm0gp1S得p1p0 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(jì)算得出T2T1.