第15章 第二讲 气体的性质（课件）-【创新方案】2026年高考物理一轮复习（福建专版）

气体的性质 第 二 讲 |纲举目张|·|精要回顾| 大 忽略 中间多，两头少 减少 增多 增大 体积 密集程度 气体 实验定律 分子势能 微点判断 (1)气体温度升高时，所有分子的速率均增大。 ( ) (2)(人教版课后习题)在完全失重的情况下气体对器壁仍有压强。 ( ) (3)任何气体都遵从气体实验定律。 ( ) (4)(2023·全国乙卷)一定质量的理想气体，经过等温增压后再等温膨胀，其内能不变。 ( ) × √ × √ (5)实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体。 ( ) (6)一定质量的某种气体，在压强不变时，其V-T图像是过原点的直线。 ( ) (7)玻意耳定律适用于质量不变，温度变化的任何气体。 ( ) √ √ × 1 逐点清(一)　封闭气体压强的计算 (迷盲点精研) 2 逐点清(二)　气体实验定律及应用 (重难点疏通) CONTENTS 目录 4 逐点清(四)　气体实验定律的微观解释 (重难点疏通) 3 逐点清(三)　气体状态变化的图像问题 (重难点疏通) 5 课时跟踪检测 逐点清(一)　 封闭气体压强的计算(迷盲点精研) |关键知能|·|升维学习| 1.平衡状态下封闭气体压强的求法 力平 衡法 选取与气体接触的液柱(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 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。液体内深h处的总压强p=p0+ρgh，p0为液面上方的压强 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.加速运动系统中封闭气体压强的求法 选取与气体接触的液柱(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。 [考法全析] 类型1　“活塞+汽缸”封闭的气体 [例1]　(2025·莆田检测)如图所示，质量相等的同种理想气体甲和乙分别用绝热活塞封闭在两个绝热汽缸中，两汽缸固定在同一水平面上，开口分别竖直向上和水平向右，活塞质量不能忽略且可沿汽缸无摩擦滑动。甲、乙两气体的体积相等，它们的压强分别用p甲、p乙表示，温度分别用T甲、T乙表示。下列关系正确的是(　 ) A.p甲>p乙，T甲>T乙 B.p甲>p乙，T甲<T乙 C.p甲<p乙，T甲>T乙 D.p甲<p乙，T甲<T乙 √ [解析]　对题图甲活塞受力分析有+p0=p甲，对题图乙活塞受力分析有p乙=p0，由题可知，质量相等的同种理想气体甲、乙两气体的体积相等，则根据查理定律得=，可知p甲>p乙，T甲>T乙，故选A。 类型2　“液柱+管”封闭的气体 [例2]　(2025·南平模拟)(双选)若已知大气压强为p0，图中各装置均处于静止状态，液体密度均为ρ，重力加速度为g，下列说法正确的是(　 ) A.图甲中密闭气体的压强大小是p0-ρgh B.图乙中密闭气体的压强大小是p0+ρgh C.图丙中密闭气体的压强大小是p0-ρgh D.图丁中密闭气体的压强大小是p0+ρgh1 √ √ [解析]　根据受力平衡可得p甲S+ρghS=p0S，可得题图甲中密闭气体的压强大小为p甲=p0-ρgh，故A正确；p乙S+ρghS=p0S，可得题图乙中密闭气体的压强大小为p乙=p0-ρgh，故B错误；p丙S+ρghSsin 60°=p0S，可得题图丙中密闭气体的压强大小为p丙=p0-ρghsin 60°，故C错误；p丁S=p0S+ρgh1S，可得题图丁中密闭气体的压强大小为p丁=p0+ρgh1，故D正确。 类型3　加速状态下封闭的气体 [例3]　(2025·漳州期中)如图所示，一段长为L0=20 cm的水银柱将一定质量的气体密封在细玻璃管中，玻璃管放置在固定于水平地面的足够长的光滑斜面上，斜面的倾角θ=30°。当玻璃管开口向上，下端紧靠在垂直于斜面的挡板上时，玻璃管处于静止状态，密封气体的压强为p1。若撤去挡板，玻璃管将开始向下运动，当水银柱与玻璃管保持相对静止时，密封气体的压强为p2，则撤去挡板前后，密封气体的压强分别为(不计玻璃管与水银之间的摩擦，大气压强p0=76 cmHg)(　 ) A.p1=96 cmHg、p2=96 cmHg B.p1=96 cmHg、p2=76 cmHg C.p1=86 cmHg、p2=76 cmHg D.p1=86 cmHg、p2=86 cmHg √ [解析]　当玻璃管开口向上，下端紧靠在垂直于斜面的挡板上时，玻璃管处于静止状态，对水银柱进行分析则有p0S+mgsin θ=p1S，解得p1=86 cmHg。若撤去挡板，玻璃管将开始向下运动，当水银柱与玻璃管保持相对静止时，以玻璃管和水银整体为研究对象，根据牛顿第二定律有m'gsin θ=m'a，可得系统的加速度a=gsin θ，再以水银柱为研究对象，根据牛顿第二定律有p0S+mgsin θ-p2S=ma，解得p2=76 cmHg，故选C。 逐点清(二)　 气体实验定律及应用(重难点疏通) 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 2.理想气体状态方程 =或=C(质量一定的理想气体)。 3.解决理想气体状态变化问题的基本思路 [针对训练] 题点1　等容变化与等温变化 1.汽车行驶时轮胎的胎压太高或太低容易造成安全隐患。已知某型号轮胎能在-40~100 ℃温度下正常工作，为使轮胎在此温度范围内工作时的最高胎压不超过3.535×105 Pa，最低胎压不低于1.616×105 Pa。设轮胎容积不变，若在温度t为20 ℃时给该轮胎充气，充气后的胎压在什么范围内比较合适? 解析：由于轮胎容积不变，故轮胎内气体发生等容变化。设在T0=293 K充气后的最小胎压为pmin，最大胎压为pmax。根据题意，当T1=233 K时，胎压p1=1.616×105 Pa，由查理定律，有=，代入数据，解得pmin≈2.032×105 Pa；当T2=373 K时，胎压p2=3.535×105 Pa，由查理定律，有=，代入数据，解得pmax≈2.777×105 Pa。故充气后的胎压在2.032×105~2.777×105 Pa比较合适。 答案：见解析 2.(2024·全国甲卷)如图，一竖直放置的汽缸内密封有 一定质量的气体，一不计厚度的轻质活塞可在汽缸内无摩 擦滑动，移动范围被限制在卡销a、b之间，b与汽缸底部 的距离=10，活塞的面积为1.0×10-2 m2。初始时，活 塞在卡销a处，汽缸内气体的压强、温度与活塞外大气的压强、温度相同，分别为1.0×105 Pa和300 K。在活塞上施加竖直向下的外力，逐渐增大外力使活塞缓慢到达卡销b处(过程中气体温度视为不变)，外力增加到200 N并保持不变。 (1)求外力增加到200 N时，卡销b对活塞支持力的大小； 答案：(1)100 N 解析：(1)活塞从卡销a到卡销b过程中，气体做等温变化，初态p1=1.0×105 Pa、V1=S·11 末态V2=S·10 根据玻意耳定律有p1V1=p2V2 解得p2=1.1×105 Pa 对活塞根据平衡条件有F+p1S=p2S+N 解得卡销b对活塞支持力的大小N=100 N。 (2)再将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高，求当活塞刚好能离开卡销b时气体的温度。 答案：(2)327 K 解析：(2)将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高，当活塞刚好能离开卡销b时，气体做等容变化，初态p2=1.1×105 Pa，T2=300 K，末态时设气体的压强为p3 对活塞根据平衡条件有p3S=F+p1S 解得p3=1.2×105 Pa 设此时温度为T3，根据查理定律有=解得T3≈327 K。 题点2　等压变化与等容变化 3.(2025·福州模拟)某同学制作了一个简易的环境温度 监控器，如图所示，汽缸导热，缸内温度与环境温度可以 认为相等，达到监控的效果。汽缸内有一质量不计、横截 面积S=10 cm2的活塞封闭着一定质量的理想气体，活塞上 方用轻绳悬挂着矩形重物。当缸内温度为T1=300 K时，活塞与缸底相距H=3 cm，与重物相距h=2 cm。环境空气压强p0=1.0×105 Pa，重力加速度大小取g=10 m/s2，不计活塞厚度及活塞与缸壁间的摩擦。 (1)当活塞刚好接触重物时，求缸内气体的温度T2； 答案：(1)500 K 解析：(1)从开始到活塞刚好接触重物，气体做等压变化，由盖-吕萨克定律得= 解得T2=500 K。 (2)若重物质量为m=2 kg，当轻绳拉力刚好为零时，警报器开始报警，求此时缸内气体温度T3。 解析：(2)轻绳拉力刚好为零时，由平衡条件得 p0S+mg=pS， 从接触重物到轻绳拉力刚好为零， 由查理定律得=，解得T3=600 K。 答案：(2)600 K 4.(2022·重庆高考)某同学探究一封闭汽缸内理想气体的状态变化特性，得到压强p随温度t的变化如图所示。已知图线Ⅰ描述的是体积为V1的等容过程，当温度为t1时气体的压强为p1；图线Ⅱ描述的是压强为p2的等压过程。取0 ℃为273 K，求： (1)等容过程中，温度为0 ℃时气体的压强； 答案：(1)　 解析：(1)在等容过程中，设0 ℃时气体压强为p0，根据查理定律有=，解得p0=。 (2)等压过程中，温度为0 ℃时气体的体积。 答案： (2) 解析：(2)当压强为p2，温度为0 ℃时，设此时体积为V2，则根据理想气体状态方程有=，解得V2=。 题点3　等温变化、等容变化、等压变化的综合 5.(多选)如图1所示，一上粗下细的导热汽缸，上端开口，下端封闭，粗缸和细缸的长度均为l，粗缸的横截面积为2S，细缸的横截面积为S。将一横截面积为2S的薄活塞轻轻放入汽缸中，活塞缓慢下降l后静止，此时环境温度为T0，如图2所示。已知大气压强为p0，活塞与汽缸壁接触良好且与汽缸间无摩擦，封闭气体的质量不变且可视为理想气体。下列说法正确的是(　 ) A.活塞的重力大小为1.5p0S B.环境温度上升至1.5T0时，活塞恰好回到粗缸的顶端 C.环境温度下降至0.5T0时，活塞恰好下降至粗缸的底端 D.环境温度下降至0.25T0时，封闭气体的压强为0.5p0 √ √ 解析：活塞刚放入汽缸时，封闭气体初始时的压强为p0，温度为T0，体积为V0=3Sl，活塞稳定后，体积V1=2Sl，温度为T0，设此时气体的压强为p1，根据玻意耳定律，有p0V0=p1V1，解得p1=1.5p0，对活塞受力分析，根据平衡条件有p1·2S=p0·2S+G，解得G=p0S，A错误；环境温度上升至1.5T0时，若气体做等压变化，设此时气体的体积为V2，根据盖-吕萨克定律，有=，解得V2=3Sl，则活塞恰好回到粗缸的顶端，B正确；环境温度下降至0.5T0时，若气体做等压变化，设此时气体的体积为V3，根据盖-吕萨克定律，有=，解得V3=Sl，则活塞恰好下降至粗缸的底端，C正确；环境温度从0.5T0下降至0.25T0时，气体体积保持V3=Sl不变，设0.25T0 时封闭气体的压强为p2，根据查理定律，有=，解得p2=0.75p0，D错误。 逐点清(三)　气体状态变化的图像问题(重难点疏通) 气体的四类“等值变化”图像的比较 类别 特点(其中C为常量) 举例 等 温 变 化 p-V 图像 pV=CT，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远 p- 图像 p=CT，斜率k=CT，即斜率越大，温度越高 等容变化： p-T图像 p=T，斜率k=，即斜率越大，体积越小 等压变化： V-T图像 V=T，斜率k=，即斜率越大，压强越小 续表 [注意]　上表中各个常量“C”意义有所不同。可以根据pV=nRT确定各个常量“C”的意义。 [典例]　(2023·辽宁高考)“空气充电宝”是一种通过压 缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电 高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中，一定质 量理想气体的p-T图像如图所示。该过程对应的p-V图像可能是 (　 ) √ [解析]　根据=C，可得p=T，从a到b，气体压强不变，温度升高，则体积变大；从b到c，气体压强减小，温度降低，因c点与原点连线的斜率小于b点与原点连线的斜率，故c状态的体积大于b状态的体积。故选B。 [规律方法] 气体状态变化图像的分析方法 (1)明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图像问题，应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡态，它对应着三个状态参量；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。 (2)明确图像斜率的物理意义：在V-T图像(p-T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)大小，可以比较图像上表示这两个状态的点到坐标原点连线的斜率的大小，其规律是：斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大。 (3)明确图像面积的物理意义：在p-V图像中，p-V图线与V轴所围面积表示气体对外界或外界对气体所做的功。 1.[p-T图像](2023·江苏高考)如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中 (　 ) A.气体分子的数密度增大 B.气体分子的平均动能增大 C.单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小 D.单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小 √ 解析：根据=C，可得p=T，则从A到B为等容线，即从A到B气体体积不变，则气体分子的数密度不变，A错误；从A到B气体的温度升高，则气体分子的平均动能增大，B正确；从A到B气体的压强变大，气体分子的平均速率变大，则单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力变大，C错误；气体分子的数密度不变，从A到B气体分子的平均速率增大，则单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数增大，D错误。 2.[p-V图像](2023·福建高考)一定质量的理想气体经历了A→B→C→ D→A的循环过程后回到状态A，其p⁃V图像如图所示。完成一次循环，气体内能　　　(填“增加”“减少”或“不变”)，气体对外界　　　　　(填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体　　　　(填“吸热”“放热”“不吸热”或“不放热”)。  不变 做正功 吸热 解析：完成一次循环，回到初始状态，理想气体温度不变，而一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，所以整个过程气体的内能不变；对p⁃V图像来说，图像与横轴所围图形的面积表示气体做功，其中从A→B→C的过程气体的体积减小，是外界对气体做功的过程，从C→D→A的过程气体的体积增大，是气体对外做功的过程，且从C→D→A的过程图像与横轴所围图形的面积大于从A→B→C的过程图像与横轴所围图形的面积，即气体对外做的功大于外界对气体做的功，则整个过程中表现为气体对外界做正功；根据热力学第一定律ΔU=W+Q，因为ΔU=0，W<0，则Q>0，所以气体从外界吸收热量。 3.(2024·江西高考)可逆斯特林热机的工作循环如图所示。一定质量的理想气体经ABCDA完成循环过程，AB和CD均为等温过程，BC和DA均为等容过程。已知T1=1 200 K，T2=300 K，气体在状态A的压强pA=8.0×105 Pa，体积V1=1.0 m3，气体在状态C的压强pC=1.0×105 Pa。求： (1)气体在状态D的压强pD； 答案：(1)2.0×105 Pa 解析：(1)气体从状态D到状态A的过程发生等容变化，根据查理定律有= 代入数据解得pD=2.0×105 Pa。 (2)气体在状态B的体积V2。 答案： (2)2.0 m3 解析：(2)气体从状态C到状态D的过程发生等温变化，根据玻意耳定律有pCV2=pDV1 代入数据解得V2 =2.0 m3 又因为气体从状态B到状态C发生等容变化，因此气体在状态B的体积也为V2=2.0 m3。 4.[p-图像]一定质量的理想气体经历一系列状态变化，其p-图线如图所示，变化顺序为a→b→c→d→a，图中ab段延长线过坐标原点，cd线段与p轴垂直，da线段与轴垂直。则(　 ) A.a→b，压强减小、温度变大、体积增大 B.b→c，压强增大、温度降低、体积减小 C.c→d，压强不变、温度降低、体积减小 D.d→a，压强减小、温度升高、体积不变 √ 解析：由题图可知，a→b过程，气体压强减小、体积增大，ab段延长线过坐标原点，则气体发生的是等温变化，故A错误；由理想气体状态方程=C可知，p=CT·，由题图可知，连接Ob的直线斜率比连接Oc的直线斜率小，所以b对应的温度低，b→c过程温度升高、压强增大、体积增大，故B错误；由题图可知，c→d过程，气体压强不变、体积变小，由理想气体状态方程=C可知，气体温度降低，故C正确；由题图可知，d→a过程，气体体积不变、压强减小，由理想气体状态方程=C可知，气体温度降低，故D错误。 5.[V-T图像](双选)如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程到达状态b，再经过等温过程到达状态c，直线ac过原点。则气体 (　 ) A.在状态c的压强等于在状态a的压强 B.在状态b的压强小于在状态c的压强 C.在b→c的过程中内能保持不变 D.在a→b的过程对外做功 √ √ 解析：根据V=T可知，因直线ac过原点，可知在状态c的压强等于在状态a的压强，b点与原点连线的斜率小于c点与原点连线的斜率，可知在状态b的压强大于在状态c的压强，A正确，B错误；在b→c的过程中温度不变，则气体的内能保持不变，C正确；在a→b的过程中，气体的体积不变，则气体不对外做功，D错误。 6.[图像转化](2023·重庆高考)密封于汽缸中的理想 气体，从状态a依次经过ab、bc和cd三个热力学过程达 到状态d。若该气体的体积V随热力学温度T变化的V-T图 像如图所示，则对应的气体压强p随热力学温度T变化的p-T图像正确的是 (　 ) √ 解析：由V-T图像可知，理想气体在ab过程做等压变化，bc过程做等温变化，cd过程做等容变化。根据理想气体状态方程，有=C，可知bc过程理想气体的体积增大，则压强减小，故C正确。 逐点清(四)　气体实验定律的微观解释(重难点疏通) 1.气体压强的产生 单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，对器壁产生持续、均匀的压力，所以从分子动理论的观点来看，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。 2.决定气体压强大小的微观因素 (1)气体分子的密集程度 气体分子密集程度(即单位体积内气体分子的数目)越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，气体压强就越大。 (2)气体分子的平均速率 气体的温度越高，气体分子的平均速率就越大，气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就越大；从另一方面讲，气体分子的平均速率越大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多，累计冲力就越大，气体压强就越大。 3.实验定律的微观解释 (1)用气体分子动理论解释玻意耳定律 (2)用气体分子动理论解释查理定律 (3)用气体分子动理论解释盖-吕萨克定律 题点1　气体分子运动规律与温度的关系 1.(双选)如图所示为氮气分子在0 ℃、100 ℃两种不同温度下的速率分布情况的柱形图。由图可知(　 ) A.T1=100 ℃，T2=0 ℃ B.T1对应氮气分子的平均动能大于T2对应氮气分子的平均动能 C.两柱形图顶端用平滑的曲线连接起来，则两条曲线下的面积相等 D.在T1温度时个别氮气分子的运动速率大于T2温度时个别氮气分子的运动速率 √ √ 解析：由题图可知，两种温度下气体分子速率都呈现“中间多、两头少”的分布特点，由于T1对应速率较低的气体分子占比例较大，所以T1=0 ℃，T2=100 ℃，选项A错误；温度是分子热运动平均动能的标志，所以T1温度下气体分子的平均动能小于T2温度下气体分子的平均动能，选项B错误；在T1、T2两种不同温度下各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系图线与横轴所围面积都应该等于1，即相等，选项C正确；由分子热运动的无规则性可知，T2温度下气体每个分子的速率不一定都比T1温度下的大，选项D正确。 题点2　气体分子碰撞次数分析 2.(双选)某同学记录2025年1月10日教室内温度如下： 教室内气压可认为不变，则当天15：00与9：00相比，下列说法正确的是(　 ) A.教室内所有空气分子速率均增加 B.教室内空气密度减小 C.教室内单位体积内的分子个数一定增加 D.单位时间内，与单位面积器壁碰撞的气体分子数一定减少 时刻 6：00 9：00 12：00 15：00 18：00 温度 12 ℃ 15 ℃ 18 ℃ 23 ℃ 17 ℃ √ √ 解析：15：00比9：00温度高，温度升高则分子的平均速率增大，每个分子都在永不停息地做无规则热运动，不是所有空气分子速率都增加，故A错误；教室压强不变，当温度升高时，气体体积增大，因此教室内空气的质量将减少，教室体积不变，则空气密度减小，故B正确；空气密度减小，单位体积内的分子数减少，故C错误；15：00教室内的温度比9：00大，空气分子的平均速率增大，教室内气体分子密度减小，又因为教室内气压不变，那么单位时间内，与单位面积器壁碰撞的气体分子数一定减少，故D正确。 题点3　气体实验定律的微观解释 3.(2023·北京高考)夜间由于气温降低，汽车轮胎内的气体压强变低。与白天相比，夜间轮胎内的气体(　 ) A.分子的平均动能更小 B.单位体积内分子的个数更少 C.所有分子的运动速率都更小 D.分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大 √ 解析：夜间气温降低，分子的平均动能更小，但不是所有分子的运动速率都更小，故A正确，C错误；由于汽车轮胎内的气体压强变低，轮胎体积会略微变小，则单位体积内分子的个数更多，分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更小，故B、D错误。 4.一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为 (　 ) A.气体分子每次碰撞器壁的平均作用力增大 B.单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多 C.气体分子的总数增加 D.单位体积内的分子数目不变 √ 解析：温度不变，分子热运动的平均动能不变，气体分子每次碰撞器壁的平均作用力不变，故A错误；体积压缩，分子数密度增大，单位时间内单位面积器壁上受气体分子碰撞的次数增多，故B正确；因气体质量一定，故气体分子的总数不变，C错误；分子数密度增大，即单位体积内的分子数目增大，D错误。 课时跟踪检测 (单击进入电子文档) $$