考点03 气体实验定律的综合应用-2024年新高考物理一轮专题复习方略

17 热 学 [-考点-03-] 气体实验定律的综合应用 1．气体实验定律 玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律 内容 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比 一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比 表达式 p1V1＝p2V2 ＝ 拓展：Δp＝ΔT ＝ 拓展：ΔV＝ΔT 微观 解释 一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能不变．体积减小时，分子的数密度增大，气体的压强增大 一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强增大 一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大．只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变 图像 2.理想气体状态方程 (1)理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体． ①在压强不太大、温度不太低时，实际气体可以看作理想气体． ②理想气体的分子间除碰撞外不考虑其他作用，一定质量的某种理想气体的内能仅由温度决定． (2)理想气体状态方程：＝或＝C.(质量一定的理想气体) 1．解题基本思路 2．分析气体状态变化的问题要抓住三点 (1)弄清一个物理过程分为哪几个阶段． (2)找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的． (3)明确哪个阶段应遵循什么实验定律． 3．四种图像的比较 类别 特点(其中C为常量) 举例 p－V pV＝CT，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远 p－ p＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高 p－T p＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小 V－T V＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小 4．处理气体状态变化的图像问题的技巧 (1)首先应明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个状态，它对应着三个状态量；图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程．看此过程属于等温、等容还是等压变化，然后用相应规律求解． (2)在V－T图像(或p－T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)时，可比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大． 典例1(气体状态变化的图像问题)一定质量的理想气体经历一系列状态变化，其p－图像如图所示，变化顺序为a→b→c→d→a，图中ab线段延长线过坐标原点，cd线段与p轴垂直，da线段与 轴垂直．气体在此状态变化过程中(　　) A．a→b过程，压强减小，温度不变，体积增大 B．b→c过程，压强增大，温度降低，体积减小 C．c→d过程，压强不变，温度升高，体积减小 D．d→a过程，压强减小，温度升高，体积不变 典例2(汽缸活塞类模型)(2023·河南安阳市模拟)上端开口、横截面积为S且导热性能良好的汽缸放置在水平面上，大气压强为p0.汽缸内有一卡子，横截面积为S的轻质活塞上面放置一个质量为m的重物，活塞下面密封一定质量的理想气体．当气体温度为T1时，活塞静止，此位置活塞与卡子距离为活塞与汽缸底部距离的.现缓慢降低汽缸温度，活塞被卡子托住后，继续降温，直到缸内气体压强为p0.已知重力加速度为g，活塞厚度、汽缸壁厚度及活塞与汽缸壁之间的摩擦均不计．求： (1)活塞刚接触卡子瞬间，缸内气体的温度； (2)缸内气体压强为p0时气体的温度． 典例3(玻璃管液封模型)(2023·河北石家庄市模拟)如图所示，竖直放置、导热性能良好的U形玻璃管截面均匀，左端开口，右端封闭，左右管内用长度分别为h1＝5 cm、h2＝10 cm的水银柱封闭两段气体a、b.气体a的长度La＝15 cm，气体b的长度Lb＝20 cm，最初环境温度T1＝300 K时，两水银柱下表面齐平．现缓慢升高环境温度，直至两段水银柱的上表面齐平．已知大气压强为75 cmHg，右侧水银柱未进入U形玻璃管的水平部分，两段气体均可视为理想气体．求： (1)两段水银柱的下表面齐平时气体b的压强； (2)两段水银柱的上表面齐平时环境的温度T2. 典例4(变质量气体模型)(2023·河北唐山市高三检测)2021年11月8日，神舟十三号的三名宇航员在相互配合下圆满完成从空间站到太空的出舱任务，宇航员出舱时，要穿出舱航天服，从太空舱进入到气闸舱，示意图如图所示，关闭太空舱舱门，将气闸舱中气体缓慢抽出，压强逐渐减小到真空，再打开气闸舱舱门，从气闸舱进入到舱外活动．已知气闸舱中气体的初始压强为105 Pa，温度300 K，气闸舱体积约为1.4 m3.为了安全起见，第一阶段先将气闸舱的压强降至7×104 Pa，