第2章 专题拓展1 变质量问题　理想气体的图像问题（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

气体、固体和液体 专题拓展1　变质量问题　理想气体的图像问题 第二章 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 物理观念 科学思维 科学态度与责任 　　进一步理解气体的等温变化、等压变化、等容变化。 1.会巧妙地选择研究对象，使变质量气体问题转化为定质量的气体问题。 2.会利用图像对气体状态、状态变化及规律进行分析，并应用于解决气体状态变化问题。 　感悟自然界的变化都遵循一定的规律，从而提高学生勇于探索自然的志趣。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 1．打气问题 向球、轮胎中充气是一个典型的气体变质量问题。只要选择球内原有气体和即将打入的气体作为研究对象，就可把充气过程中的气体质量变化的问题转化为定质量气体的状态变化问题。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 D 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 　　 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 　　 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 　　　 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 AC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 D 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 A 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 谢谢观看 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 探究点一___气体变质量问题 2．抽气问题 从容器内抽气的过程中，容器内的气体质量不断减小，这属于变质量问题。分析时，将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题。 3．灌气问题 将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是一个典型的变质量问题。分析这类问题时，可以把大容器中的剩余气体和多个小容器中的气体整体看作研究对象，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，属于变质量问题，不能用气体变化规律求解。如果选容器内剩余气体和漏出气体整体作为研究对象，便可使问题变成一定质量气体的状态变化，可用气体实验定律求解。 【例1】 一个瓶子里装有空气，瓶上有一个小孔跟外面大气相通，原来瓶里气体的温度是7 ℃。如果把它加热到47 ℃，瓶里留下的空气的质量是原来质量的(　　) A． B． C． D． 取原来瓶中气体为研究对象，初态V1＝V，T1＝280 K，末态V2＝V＋ΔV，T2＝320 K，由盖－吕萨克定律得＝，又＝，因此＝＝，D正确。 在分析和求解气体质量变化的问题时，首先要将质量变化的问题变成质量不变的问题，否则不能应用气体实验定律。如漏气问题，不管是等温漏气、等容漏气，还是等压漏气，都要将漏掉的气体“收”回来。可以设想有一个“无形弹性袋”收回漏气，且漏掉的气体和容器中剩余气体同温、同压，这样就把变质量问题转化为定质量问题，然后再应用气体实验定律求解。 [练1] 用打气筒将压强为1 atm的空气打进自行车轮胎内，如果打气筒容积ΔV＝500 cm3，轮胎容积V＝3 L，原来压强p＝1.5 atm。现要使轮胎内压强变为p′＝4 atm，若用这个打气筒给自行车轮胎打气，则要打气次数为(设打气过程中空气的温度不变)(　　) A．10次 B．15次 C．20次 D．25次 打气过程中空气的温度不变，由玻意耳定律得pV＋np0ΔV＝p′V，代入数据解得n＝15。 探究点二___理想气体的图像问题 名称 图像 特点 其他图像 等温线 p－V pV＝CT(C为常量)，即pV之积越大的等温线对应的温度越高，离原点越远 名称 图像 特点 其他图像 等温线 p－ p＝，斜率k＝CT，即斜率越大，对应的温度越高 名称 图像 特点 其他图像 等容线 p－T p＝T，斜率k＝，即斜率越大，对应的体积越小 名称 图像 特点 其他图像 等压线 V－T V＝T，斜率k＝，即斜率越大，对应的压强越小 　 【例2】 (多选)一定质量的理想气体，状态变化过程如图中A→B→C→A图线所示，其中B→C为一段双曲线。若将这一状态变化过程表示在下图中的p－T图像或V－T图像上，下列表示正确的是(　　) 由题图知A→B是等压膨胀过程，由盖－吕萨克定律＝知TB>TA，即温度升高，B→C是等温压缩过程，由pBVB＝pCVC知pC>pB，即压强变大，C→A是等容降压过程，由查理定律＝知TC>TA，即温度降低，A、C正确。 [练2] 如图所示，一定质量理想气体的状态沿1→2→3→1的顺序做循环变化。若改用选项中图像表示这一循环，则表示可能正确的是(　　) 根据＝C，结合图像中p－T关系可知1→2的过程，体积V不变，T增加，p增加，A、B错误；2→3过程，等压降温，则体积V减小，3→1的过程为等温过程，则p与V成反比，C错误，D正确。 探究点三___解决实际问题 [练3] (生活情境)(2024·江苏南通高二期末)爆米花酥脆可口，是许多人喜欢的零食。如图为传统爆米花机，它的“爆米”原理是：封闭在铁炉内的米粒和空气同时受热，炉内产生高压，米粒中的水分蒸发受阻。打开铁炉，“嘭”的一声，米粒突遇内外压力差而爆炸形成爆米花。开始时，封闭铁炉内气体(可视为理想气体)的温度等于室温，为t0＝27 ℃，气体的压强为p0。玉米粒内外压强差为3.5p0才能炸成爆米花。设玉米粒的体积与打开铁炉后剩余爆米花的体积相等，则(　　) A．为使玉米粒炸成爆米花，炉内温度至少为777 ℃ B．为使玉米粒炸成爆米花，炉内温度至少为1 177 ℃ C．打开炉盖，当炉内温度变为327 ℃时，炉内剩余气体与加热前气体的质量之比为1∶2 D．打开炉盖，当炉内温度变为327 ℃时，炉内剩余气体与加热前气体的质量之比为1∶4 开始时，封闭铁炉内气体(可视为理想气体)的温度t0＝27 ℃，气体的压强为p0。玉米粒内外压强差为3.5p0才能炸成爆米花，则内部最终压强至少为4.5p0，根据查理定律有＝，解得炉内温度至少为t＝1 077 ℃，A、B错误；打开炉盖，当炉内温度变为327 ℃时，根据理想气体状态方程有＝，炉内剩余气体与加热前气体的质量之比为＝，C正确，D错误。 [练4] (科技情境) 2024年5月28日，我国“神舟十八号”飞行乘组圆满完成了第三次太空行走任务。航天员出舱活动前要在气闸舱内穿上特制的航天服，航天服内密封一定质量的气体(视为理想气体)，开始时密封气体的体积为V1＝2.0 L，压强为p1＝1.0×105 Pa，温度为t1＝27 ℃。为方便打开舱门，需将气闸舱内气压适当降低，当气闸舱内气压降低到目标值时，航天服内气体体积变为V2＝2.4 L，温度变为t2＝－3 ℃。忽略航天员呼吸造成的影响，取0 ℃＝273 K。 (1)求气闸舱内气压降低到目标值时航天服内气体的压强p2； (2)将气闸舱内气压降低到目标值后航天员感觉到航天服内气压偏高，于是他将航天服内一部分气体缓慢放出，使航天服内气压降到p3＝0.5×105 Pa，此时航天服内气体体积变为V3＝2.0 L，求放出的气体与航天服内部留存气体的质量比(设放出气体过程中气体温度始终保持不变)。 答案：(1)7.5×104 Pa　(2) (1)选航天服内气体为研究对象，初态p1＝1.0×105 Pa，V1＝2.0 L，T1＝300 K，末态V2＝2.4 L，T2＝270 K，由理想气体状态方程得＝ 解得p2＝7.5×104 Pa。 (2)气体缓慢放出的过程中温度不变，设放出的气体体积为ΔV，由玻意耳定律得p2V2＝p3(V3＋ΔV) 解得ΔV＝1.6 L 故放出的气体与放气后内部留存气体的质量比为 ＝＝。 1．大气压强p0＝1.0×105 Pa。某容器的容积为V0＝20 L，装有压强为p1＝2.0×106 Pa的理想气体，如果保持气体温度不变，把容器的开关打开，等气体达到新的平衡时，容器内剩余的气体质量与原来气体的质量之比为(　　) A．1∶19 B．1∶20 C．2∶39 D．1∶18 由玻意耳定律得p1V0＝p0V0＋p0V，因V0＝20 L，则V＝380 L，即容器中剩余20 L压强为p0的气体，而同样大气压下气体的总体积为400 L，所以剩余气体的质量与原来气体的质量之比等于同压下气体的体积之比，即＝，B正确。 2．空气压缩机的储气罐中储有1.0 atm的空气6.0 L，现再充入1.0 atm的空气9.0 L。设充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，则充气后储气罐中气体压强为(　　) A．2.5 atm B．2.0 atm C．1.5 atm D．1.0 atm 取全部气体为研究对象，由p1(V1＋V2)＝pV1得p＝2.5 atm，A正确。 3．(2024·湖北孝感高二期末)如图为一定质量的理想气体的V－T图像，该气体经历了从a→b→c的状态变化，图中ab连线平行于V轴，ac是双曲线的一部分，bc连线通过坐标原点O，则三个状态下的压强满足(　　) A．pb<pa＝pc B．pa<pb＝pc C．pc>pa＝pb D．pa>pb＝pc 由＝C可知V＝T，故V－T图像中的等压线为过原点的一次函数，斜率越大压强越小，故pa<pb＝pc。 4．容积为20 L的钢瓶充满氧气后，压强为150 atm，打开钢瓶的阀门让氧气同时分装到容积为5 L的小瓶中，若小瓶原来是抽空的，小瓶中充气后压强为10 atm，分装过程中无漏气，且温度不变，那么最多能分装(　　) A．4瓶 B．50瓶 C．56瓶 D．60瓶 取全部气体为研究对象，根据玻意耳定律有p0V0＝p′(V0＋nV1)，因此n＝＝瓶＝56瓶，C正确。 5．(2024·陕西铜川模拟)一款气垫运动鞋如图甲所示，鞋底塑料空间内充满气体(可视为理想气体)，运动时通过压缩气体来提供一定的缓冲效果。已知鞋子未被穿上时，当环境温度为17 ℃，每只鞋气垫内气体体积V0＝36 cm3，压强p0＝1.0×105 Pa，等效作用面积恒为S＝200 cm2，鞋底忽略其他结构产生的弹力。单只鞋子的鞋底塑料空间等效为如图乙所示的模型，轻质活塞A可无摩擦上下移动，大气压强也为p0，g取10 m/s2。 (1)当质量为m＝80 kg的运动员穿上该运动鞋双脚站立时，若气垫不漏气，且气垫内气体与环境温度始终相等，求单只鞋气垫内气体体积V1； (2)运动鞋未被穿上时，锁定活塞A位置不变，但存在漏气，当气温从17 ℃上升到27 ℃时，气垫缓缓漏气至与大气压相等，求漏出的气体与气垫内剩余气体的质量之比η(结果用分式表示)。 答案：(1)30 cm3　(2) (1)根据平衡条件有p1S＝mg＋p0S 气垫内气体与环境温度始终相等，根据玻意耳定律有p0V0＝p1V1 解得V1＝30 cm3。 (2)当温度从17 ℃上升到27 ℃时，根据一定质量理想气体状态方程有＝ 则漏出的气体体积ΔV＝V2－V0 膨胀后气体密度相同，则漏出的气体与气垫内剩余气体的质量之比η＝ 解得η＝。 $$