第2章 气体、固体和液体 章末整合提升(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

 

一、气体实验定律和理想气体状态方程的应用[科学探究]

1．玻意耳定律、盖­吕萨克定律、查理定律可分别看成是理想气体状态方程在T恒定、V恒定、p恒定时的特例。

2．正确确定状态参量是运用气体实验定律的关键。

求解压强的方法：

(1)在连通器内灵活选取等压面，由两侧压强相等列方程求气体压强。

(2)也可以把封闭气体的物体(如液柱、活塞、汽缸等)作为力学研究对象，分析受力情况，根据研究对象所处的不同状态，运用平衡条件或牛顿第二定律列式求解。

3．注意气体实验定律或理想气体状态方程只适用于一定质量的气体，对打气、抽气、灌气、漏气等变质量问题，可巧妙地选取研究对象，使变质量的气体问题转化为定质量的气体问题。

　如图所示，足够长的圆柱形汽缸竖直放置，其横截面积为1×10－3 m2，汽缸内有质量m＝2 kg的活塞，活塞与汽缸壁密封良好，不计摩擦。开始时活塞被销子K销于图中位置，离缸底12 cm，此时汽缸内密闭气体的压强为1.5×105 Pa，温度为300 K。外界大气压为1.0×105 Pa，g＝10 m/s2。

(1)现对密闭气体加热，当温度升到400 K时，其压强为多大？

(2)若在此时拔去销子K，活塞开始向上运动，当它最后静止在某一位置时，汽缸内气体的温度为360 K，则这时活塞离缸底的距离为多少？

[解析]　(1)气体体积不变，由查理定律得

＝，

即＝，

解得p2＝2.0×105 Pa。

(2)p3＝p0＋＝1.2×105 Pa，T3＝360 K，

设气体温度为360 K时活塞离缸底的距离为l3，

由理想气体状态方程得

＝，V1＝l1S，V3＝l3S，

解得l3＝18 cm。

[答案]　(1)2.0×105 Pa　(2)18 cm

1．如图a所示，绝热汽缸内封闭着一定质量的理想气体，一厚度不计的绝热活塞与上、下汽缸内壁相距均为h，把气体分成体积相等的M、N两部分。汽缸内壁光滑，活塞可在汽缸内自由滑动。已知活塞的横截面积为S，质量m＝，两部分气体的初始温度均为T0，M内气体的初始压强为p0。现把M、N两部分倒置。

(1)倒置后，通过电热丝加热M内的气体一段时间，如图b所示，若仍要使两部分气体体积相等，则M内气体的温度需达到多少？

(2)倒置后，活塞向下移动，当两部分气体各自达到新的平衡，发现N内气体温度为T0 ，M内气体温度为T0，如图c所示，则活塞向下移动的距离是多少？

解析　(1)由题意可知，倒置前后N内气体的体积和温度不变，由理想气体状态方程可知，N内气体的压强也不变，为pN＝p0＋＝2p0。设倒置后，两部分气体体积相等时M内气体的压强为p1、温度为T1，

由题意可知p1＝pN＋＝3p0，

倒置前后，M内气体体积不变，由查理定律得＝，

联立以上各式解得T1＝3T0。

(2)倒置后，设活塞向下移动的距离是Δh，N内气体的温度TN′＝T0、压强为pN′，M内气体的温度TM′＝T0、压强为pM′。

由题意可知pM′＝pN′＋＝pN′＋p0，

倒置过程，由理想气体状态方程可知

对N内气体，有＝，

对M内气体，有＝，

联立以上各式解得Δh＝。