重难点11 气体实验定律和理想气体状态方程—2021年高考物理【热点·重点·难点】专练（新高考版）

2021年高考物理【热点·重点·难点】专练（新高考专用） 重难点11 气体实验定律和理想气体状态方程 【知识梳理】 一　分子动理论、内能及热力学定律 1.分子动理论要掌握的“一个桥梁、三个核心” (1)宏观量与微观量的转换桥梁 (2)分子模型、分子数 ①分子模型：球模型V＝πR3，立方体模型V＝a3. ②分子数：N＝nNA＝NA(固体、液体)．NA＝ (3)分子运动：分子永不停息地做无规则运动，温度越高，分子的无规则运动越剧烈，即平均速率越大，但某个分子的瞬时速率不一定大． (4)分子势能、分子力与分子间距离的关系． 2.理想气体相关三量ΔU、W、Q的分析思路 (1)内能变化量ΔU的分析思路 ①由气体温度变化分析气体内能变化．温度升高，内能增加；温度降低，内能减少． ②由公式ΔU＝W＋Q分析内能变化． (2)做功情况W的分析思路 ①由体积变化分析气体做功情况．体积膨胀，气体对外界做功；体积被压缩，外界对气体做功． ②由公式W＝ΔU－Q分析气体做功情况． (3)气体吸、放热Q的分析思路：一般由公式Q＝ΔU－W分析气体的吸、放热情况． 二　固体、液体和气体 1．固体和液体的主要特点 (1)晶体和非晶体的分子结构不同，表现出的物理性质不同．晶体具有确定的熔点，单晶体表现出各向异性，多晶体和非晶体表现出各向同性．晶体和非晶体在适当的条件下可以相互转化． (2)液晶是一种特殊的物质状态，所处的状态介于固态和液态之间，液晶具有流动性，在光学、电学物理性质上表现出各向异性． (3)液体的表面张力使液体表面具有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切． 2．饱和汽压的特点 液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关． 3.相对湿度 某温度时空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比．即B＝. 4．对气体压强的两点理解 (1)气体对容器壁的压强是气体分子频繁碰撞的结果，温度越高，气体分子数密度越大，气体对容器壁因碰撞而产生的压强就越大． (2)地球表面大气压强可认为是大气重力产生的． 三　气体实验定律与理想气体状态方程 1．气体压强的几种求法 (1)参考液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强． (2)力平衡法：选与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强． (3)等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等． (4)加速运动系统中封闭气体压强的求法：选与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解． 2．巧选“充气、抽气、灌气(分装)、漏气”问题中的研究对象——化变质量为定质量 在“充气、抽气、灌气(分装)、漏气”问题中通过巧选研究对象可以把变质量问题转化为定质量的问题． (1)充气问题 设想将充进容器内的气体用一个无形的弹性口袋收集起来，那么当我们取容器和口袋内的全部气体为研究对象时，这些气体状态不管怎样变化，其质量总是不变的．这样，就将变质量问题转化为定质量问题． (2)抽气问题 用抽气筒对容器抽气的过程中，对每一次抽气而言，气体质量发生变化，其解决方法同充气问题类似，假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即把变质量问题转化为定质量问题． (3)灌气(分装)问题 将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题，可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体看作整体作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题． (4)漏气问题 容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，不能用理想气体状态方程求解．如果选容器内剩余气体为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题． 四　气体的状态变化图象与热力学定律的综合问题 1．一定质量的理想气体的状态变化图象与特点 类别 图象 特点 其他图象 等温线 pV＝CT(其中C为恒量)，pV之积越大，等温线温度越高，线离原点越远 p＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高 等容线 p＝，即斜率越大，体积越小T，斜率k＝ 等压线 V＝，即斜率越大，压强越小T，斜率k＝ 2.对热力学第一定律的考查有定性判断和定量计算两种方式 (1)定性判断 利用题中的条件和符号法则对W、Q、ΔU中的其中两个量做出准确的符号判断，然后利用ΔU＝W＋Q对第三个量做出判断． (2)定量计算 一般计算等压变化过程的功，即W＝p·ΔV，然后结合其他条件，利用ΔU＝W＋Q进行相关计算． (3)注意符号正负的规定 若研究对象为气体，对气体做功的正负由气体体积的变化决定．气体体积增大，气体对外界做功，W<0；气体的体积减小，外界对气体做功