第4讲 专题强化：气体实验定律的综合应用-【红对勾讲与练·讲义】2026年高考物理大一轮复习全新方案通用版

2.ACD由理想气体状态方程y=C, T 可得V=CT,则由状态A到状态B 气体发生等压变化，故A正确：由状态 B到状态C气体发生等容变化，故B 错误；由状态A到状态B气体做等压 Y,解得TA=200K,故 C正确：对气体由状态A到状态C由 理想气体状态方程得PV= 解得pc=4.0X10Pa,故D正确。 第3讲热力学定律与能量 守恒定律 必备知识梳理 1.(1)①做功(2)①热量②Q十W ③吸收增加放出减少 2.(1)转移转移(3)能量守恒定律 3.(1)①自发地 概念辨析 1.×2./3./4.×5.×6./ 7.× 关键能力提升 考点一热力学第一定律的理解和 应用 典例1D气囊上浮过程，密闭气体温 度不变，由玻意耳定律V=C可知， 体积变大，则压强变小，气体对外做 功，故A、B错误；气体温度不变，内能 不变，△U=0,气体对外做功，W<0, 由热力学第一定律△U=Q十W,则 Q>0,需要从外界吸热，故C错误， D正确。 对点演练 1.A密闭于汽缸内的压缩气体膨胀对 外做正功，即外界对气体做负功，因而 W<0,缸内气体与外界无热交换，说明 Q=0,忽略气体分子间相互作用，说明 内能是所有分子动能的总和，根据热 力学第一定律△U=W十Q,可知内能 变化量△U<0,故内能减小，分子平均 动能减小，故A正确。 2.A外界对气体做功W=200J,气体 向外界放热，则Q=一100J,根据热力 学第一定律知，气体内能的变化量 △U=W十Q=200J-100J=100J,即 内能增加100J。对于一定质量的理想 气体，内能增加，温度必然升高，故A 正确。 考点二热力学第二定律 典例2AB依题意可知，A端流出的 气体分子热运动速率较小，B端流出 的气体分子热运动速率较大，所以从 A端流出的气体分子热运动平均速度 小于从B端流出的，B正确；虽然从A 端流出的气体分子平均动能小于从B 端流出的气体分子平均动能，但内能 的多少还与分子数有关，不能确定从 A端流出的气体内能是否大于从B端 流出的气体内能，C错误；该装置将冷 热不均的气体进行分离，喷嘴处有高 压，即分离气体的过程是通过外界做 功而实现的，并非是自发进行的，没有 违背热力学第二定律，温度较低的从 A端出、较高的从B端出，也符合能量 守恒定律，A正确，D错误。 对点演练 3.D热力学第二定律使人们认识到自 然界中进行的涉及热现象的宏观过程 都具有方向性，故A错误；第二类永动 机违背热力学第二定律，但不违背能 量守恒定律，故B错误；根据热力学第 二定律，热量不可能自发地从低温物 体传到高温物体，但在外界干预下，热 量可以从低温物体传到高温物体，故C 错误；根据热力学定律，热机的效率不 可能达到100%，故D正确。 4.B制冷剂在蒸发器中虽然是气体状 态，但不满足远离液化的状态，所以不 能看成理想气体，故A错误；该过程实 现了热量从低温物体向高温物体传 递，因为消耗了能量，符合热力学第二 定律，故B正确；由于压缩机要做功， 所以冷凝器向环境散失的热量大于蒸 发器从冰箱内吸收的热量，故C错误； 温度是分子平均动能的标志，在冷凝 器中制冷剂温度降低，分子平均动能 减小，制冷剂从气态过渡到液态，分子 间距减小，分子势能减小，故D错误。 考点三热力学定律与气体实验定律 的综合应用 典例31)T。 5 1 (2)5CT。+5h(poS+mg） 解析：(1)气体进行等压变化，则由盖 V。_V 吕萨克定律得元。=工' To T 年程1=号7 (2)此过程中气体内能增加 1 △W=CAT=5CT, 气体对外做功， W=一pSh=-行h(p,S+mg), 根据热力学第一定律可知此过程中容 器内气体吸收的热量Q=△U一W= 1 1 CT。+5h(pS+mg)。 对点演练 5AC由理想气体状态方程 T =C,化 简可得V= C.T,可知V-T图像的 斜率越大，压强越小，故p。<巾6=巾， bc过程为等压变化，体积减小，外界对 气体做功，故A正确；ca过程气体压强 减小，故B错误；ab过程为等温变化， 内能不变，故△U=0,根据玻意耳定律 -595- 可知，气体体积减小，压强增大，外界 对气体做功，故W>0,根据热力学第 一定律△U=Q十W,解得Q<0,ab过 程气体放出热量，故C正确；ca过程气 体温度升高，内能增大，故D错误。 6.(1)不可逆不变(2)10N (3)89.3J 解析：(1)根据热力学第二定律可知， 气体从状态1到状态2是不可逆过程， 由于隔板A的左侧为真空，可知气体 从状态1到状态2，气体不做功，又没 有发生热传递，所以气体的内能不变， 气体的温度不变，分子平均动能不变。 (2)气体从状态1到状态2发生等温变 化，则有p1V=p2·2V1, 解得状态2气体的压强为p:=乞 1.02×105Pa, 解锁活塞B,同时施加水平恒力F,仍 使活塞保持静止，以活塞B为研究对 象，根据受力平衡可得p,S=pS十F 解得F=(p2-p。)S=(1.02×105- 1.01×105)×100×10-1N=10N。 (3)当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢 滑动（无摩擦），使气体达到温度T2= 350K的状态3，可知气体做等压变化， 则有不T · 可得状态3气体的体积为V:=元 350. 2V=300×2×750cm=1750cm, 该过程气体对外做功，W=一p2△V= -p2(V3-2V1)=-1.02×10× (1750-2×750)×10-6J=-25.5J, 根据热力学第一定律可得 △U=W+Q', 解得气体吸收的热量为 Q′=△U-W=63.8J+25.5J= 89.3J, 可知电阻丝C放出的热量为Q=Q'= 89.3J。 第4讲专题强化：气体 实验定律的综合应用 热点题型突破 题型一“玻璃管液封”模型 典例1(1)203℃(2)44cm 解析：(1)封闭气体初状态的压强 1=Po=(76-19)cmHg= 57 cmHg, 设玻璃管的横截面积为S,体积V= LS,温度T1=300K, 封闭气体末状态压强p?=力。= 76 cmHg, 体积V=(亿+)s. 对封闭气体，由理想气体的状态方程 得D=p,V T T2 代入数据解得T。=476K,即温度为 203℃。 参考答案·☑。 (2)设当管两侧水银齐平时空气柱的 长度为H,对气体，由玻意耳定律得 p V=P:HS, 代入数据解得H=37.5cm, 注入水银柱的长度x=2(L一H)十 h=2×(50-37.5)cm+19cm 44 cmo 典例2(1)30cm(2)101℃ 解析：(1)设抽出的水银长度为△h,设 管的横截面积为S,A部分气体初始压 强为p1,水银密度为p,则有 p1十pgh1=po十Pgh2, 解得p1=104cmHg; 液面相平时，设A部分气体压强为 p2,则有，=po十Pg(h2一△h), 对A部分气体，根据玻意耳定律可得 LS=p:(+)s. 联立解得△h=30cm。 (2)若仅缓慢加热A部分气体，使下方 液柱左右液面相平，根据理想气体状 +)s 态方程有 T T, 其中T1=(-3十273)K=270K, p2=力。十pgh2=108cmHg, 解得T2≈374K,即温度为101℃。 对点演练 1.3cm 解析：B管内气体做等温变化，则有 Pw Sh B=puS(hn十△hn), 其中pw=84cmHg,hu=30cm, △hB=5cm, 解得pm=72cmHg, A管内气体做等温变化，则有p。 2ShA=pA·2S(hA十△hA), 其中力A0=84cmHg,hA=15cm, 装置稳定后有 PA十Pg(△hm-△hA)=PB, 联立解得pA=70cmHg,△hA=3cm。 2.74.36cmHg54.36cmHg 解析：B管在上方时，设B管中气体的 压强为pu,空气柱长度lu=10cm, 则A管中气体的压强为力A=巾B十 20cmHg,空气柱长度lA=10cm, 倒置后，A管在上方，设A管中气体的 压强为pA,空气柱长度1A=11cm, 已知A管的内径是B管的2倍，则水 银柱长度为h=9cm十14cm=23cm, 则B管中气体压强为 Pu=PA 十23cmHg, 空气柱长度l=40cm一11 cm 23 cm=6 cm, 对A管中气体，由玻意耳定律有 PALASA=PALASA, 对B管中气体，由玻意耳定律有 PuluSu=puluSn, 联立解得pB=54.36cmHg,pA= 74.36cmHg。 题型二“汽缸活塞类”模型 解析：(1)设不加重物时，汽缸内气体 压强为1，卡环对活塞的压力为F,则 2树闪·讲与练·高三物理 6mg.S十F十mg=p1S, 解得p1=7mg十F 加重物后，设汽缸内气体压强为p2,则 6mg.S十3mg=p,S, 解得p:=S, 9mg 气体发生等温变化，根据玻意耳定律 7 有p1hS=p,X8hs, 解得P名mg (2)若不加重物，设环境温度降为T时 活塞下降日，未降湿时，汽虹内气休 的压强为力=635， 8S, 设降温后汽缸内气体的压强为p?,则 6mg.S十mg=p,S, 解得：-7四。 根据理想气体状态方程有 pihsh To 解得T=子T心 奥后A号e 42 解析：(1)设抽气前两体积为V=S,对 气体A分析，抽气后体积为 V,=2w-v=号s 根据玻意耳定律得p,V=p·早V, 4 解得PA=5Do' 对气体B分析，若体积不变的情况下 抽去一半的气体，则压强变为原来的 1 一半，即2p,则根据玻意耳定律得 2DV=Du 2 解得pu=3po。 (2)由题意可知，弹簧的压缩量为天， 对活塞受力分析有pAS=pS十F, 根据胡克定律得F=k4, 联立解得=8，S 对点演练 .18 2poS 2poS 3.10p。(2)17开17g 解析：(1)对左、右汽缸内所封闭的气 体，初态：压强1=p,体积V1= SH+2SH=3SH; 末态：压强p2未知，体积V2=S· 号H+号H·28=吕s: -596- 根据玻意耳定律可得p1V1=p2V2, 解释p:-号 (2)对右侧活塞受力分析可知 mg十po·2S=p2·2S, 解得m 2poS 17g 对左侧活塞受力分析可知 pS+k·2H=p,S, 2poS 解得k=17币 4.(1)9×10'Pa(2)3.6×10m (3)1.1×102kg 解析：(1)(2)假设温度降低到T。时差 压阀没有打开，A、B两个汽缸导热良 好，B内气体做等容变化，初态：p= p0,T1=300K;末态：T2=270K。 代入数据可得pg=9X10Pa。 A内气体做等压变化，压强保持不变， 初态：Va1=4.0×10m3,T1=300K; 末态：T2=270K。 根学-号 代入数据可得VA2=3.6×102m3。 由于po一p2<△p 假设成立，即p2=9X10Pa。 (3)恰好稳定时，A内气体压强为 p以=，十号 B内气体压强=p, 此时差压阀恰好关闭，所以有卫A一 pB=△p, 代入数据联立解得m=1.1×102kg。 第5讲实验十九：用油膜法 估测油酸分子的大小 实验二十：探究等温情况下一定 质量气体压强与体积的关系 关键能力提升 考点一实验十九：用油膜法估测油酸 分子的大小 典例1使油酸在浅盘的水面上容易形 成一块单分子层油膜把油酸酒精溶 液一滴一滴地滴入小量筒中，测出 1mL油酸酒精溶液的滴数，得到一滴 溶液中纯油酸的体积单分子层油膜 的面积 解析：用油膜法估测分子直径时，需使 油酸在水面上形成单分子层油膜，为 使油酸尽可能地散开，将油酸用酒精 稀释。要测出一滴已知浓度的油酸酒 精溶液中纯油酸的体积，需要测量一 滴油酸酒精溶液的体积，可用累积法， 即測量出1mL油酸酒精溶液的滴数。 根据V=Sd,要求得油酸分子的直径 d,则需要测出单分子层油膜的面积， 以及一滴油酸酒精溶液中纯油酸的 体积。2勾·讲与练·高三物理 第4讲 专题强化：气体实验定律的综合应用 热点题型突破 题型探究·能力提升 题型一“玻璃管液封”模型 1.玻璃管液封模型 求液柱封闭的气体压强时，一般以液柱为 研究对象分析受力、列平衡方程，要注意： (1)液体因所受重力产生的压强为p=Pgh(其 中h为液体的竖直高度)。 (2)不要漏掉大气压强，同时又要尽可能平衡掉 某些大气的压力。 (3)灵活应用连通器原理 连通器内静止的 液体，同种液体在同一水平面上各处压强相等。 2.解题基本思路 根据题意，选出所研究的某一部分 选对象 考向2“玻璃管液封”的关联气体模型 定质量的气体 分别找出这部分气体状态发生变化 【典例2】如图所示，足够长U形管 326 、找参量】 前后的p、VT数值或表达式，压强 竖直放置，左右两侧分别用水银 的确定是关键 封有A、B两部分气体，气柱及液 A (认过程 认清变化过程，正确选用物理规律 柱长度如图中标注所示。已知大 选用理想气体状态方程或某一气体 气压强为p。=76cmHg,L1 列方程 实验定律列式求解，有时要讨论结 6cm,h1=4cm,h2=32cm,管壁导热良好，环 果的合理性 境温度为t1=一3℃且保持不变。 考向1“玻璃管液封”的单一气体模型 (1)若从右侧缓慢抽出一部分水银，使下方液 【典例1】如图所示，一端封闭粗细均匀的U形 柱左右液面相平，则需要从右侧管中抽出多长 导热玻璃管竖直放置，封闭端空气柱的长度 的水银？ L=50cm,管两侧水银面的高度差为h=19cm, (2)若仅缓慢加热A部分气体，使下方液柱左 大气压强恒为76cmHg。T=t+273K。 右液面相平，则此时A部分气体温度为多少？ (结果保留整数) (1)若初始环境温度为27℃，给封闭气体缓慢 加热，当管两侧水银面齐平时，求封闭气体的 温度； (2)若保持环境温度27℃不变，缓慢向开口端 注入水银，当管两侧水银面平齐时，求注入水 银柱的长度x。 第十五章热学 讲 对点演练】 2.(2023·全国乙卷)如图所示，竖 1.如图所示，顶部封闭、竖直放 直放置的封闭玻璃管由管径不 置的不对称U形玻璃管中， 同、长度均为20cm的A、B两段 10 cm 左侧A管的横截面积是右侧15cm 30 cm 细管组成，A管的内径是B管的 B管的2倍，管中充有水银， 2倍，B管在上方。管内空气被 10cm A管和B管中水银液面的高 水银 一段水银柱隔开。水银柱在两管 A 度相同，水银液面上方的管 K 中的长度均为10cm。现将玻璃 中有压强均为84cmHg的空气，A管中空气柱 管倒置使A管在上方，平衡后，A 的长度为15cm,B管中空气柱的长度为 管内的空气柱长度改变1cm。求B管在上方 30cm。打开管底部的阀门K,缓慢放出部分水 时，玻璃管内两部分气体的压强。（气体温度保 银后再关闭K。已知放出部分水银后B管中水 持不变，以cmHg为压强单位) 银面下降了5cm,在放出水银的过程中温度保 持不变。求A管中水银面下降的高度。 327 题型二“汽缸活塞类”模型 1.一般思路 (2)气体系统处于力学非平衡状态，需要综合应 (1)确定研究对象。一般来说，研究对象分两类： 用气体实验定律和牛顿运动定律解题。 一类是热学研究对象（一定质量的理想气体）； (3)两个或多个汽缸封闭着几部分气体，并且汽 另一类是力学研究对象（汽缸、活塞或某系统）。 缸之间相互关联的问题，解答时应分别研究各 (2)分析物理过程。对热学研究对象分析清楚 部分气体，找出它们各自遵循的规律，并写出相 初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律 应的方程，还要写出各部分气体之间压强或体 列出方程；对力学研究对象要正确地进行受力 积的关系式，最后联立求解。 分析，依据力学规律列出方程。 考向1“汽缸活塞类”单一气体问题 (3)挖掘题目的隐含条件，如几何关系等，列出 【典例3】如图所示，导热性能良好 卡环 辅助方程。 的汽缸内封闭一定质量的理想气 (4)多个方程联立求解，对求解的结果注意检验 体，其顶部有一固定卡环，卡环与 它们的合理性。 2.常见类型 汽缸底部的高度差为h,活塞与 (1)气体系统处于平衡状态，需综合应用气体实 汽缸内壁无摩擦且气密性良好， 验定律和物体的平衡条件解题。 卡环对活塞有一定的压力，活塞的质量为、 横截面积为S,在活塞上放一质量为2m的重 红圈勾·讲与练·高三物理 物，活塞向下移动。h,重力加速度为g,已知 大气压程等于g,环境温度为T:求： (1)不加重物时，卡环对活塞的压力大小： (2)若不加重物，使环境温度缓慢降低，也使活 塞下降。九，则降温后的温度为多少？ [对点演练) 3.(2023·湖北卷)如图所 示，竖直放置在水平桌面 2S 2222222722222 上的左右两汽缸粗细均 匀，内壁光滑，横截面积 分别为S、2S,由体积可 忽略的细管在底部连通。两汽缸中各有一轻质 活塞将一定质量的理想气体封闭，左侧汽缸底 328 部与活塞用轻质细弹簧相连。初始时，两汽缸 内封闭气柱的高度均为H,弹簧长度恰好为原 长。现往右侧活塞上表面缓慢添加一定质量的 考向2“汽缸活塞类”的关联气体模型 沙子，直至右侧活塞下降写H,左侧活塞上升 【典例4】(2024·甘肃卷)如 公 图所示，刚性容器内壁光 WWWwWWWWWWWW 2H。已知大气压强为力，重力加速度大小为 滑、盛有一定量的气体，被 g,汽缸足够长，汽缸内气体温度始终不变，弹簧 隔板分成A、B两部分，隔板与容器右侧用一 始终在弹性限度内。求： 根轻质弹簧相连（忽略隔板厚度和弹簧体积）。 (1)最终汽缸内气体的压强； 容器横截面积为S、长为21。开始时系统处于 (2)弹簧的劲度系数和添加的沙子质量。 平衡态，A、B体积均为S,压强均为p。,弹簧 为原长。现将B中气体抽出一半，B的体积变 为原来的子。整个过程系统温度保持不变，气 体视为理想气体。求： (1)抽气之后A、B的压强pA、pB; (2)弹簧的劲度系数k。 第十五章热学 进 4.(2024·广东卷)差压阀可控制气体进行单向 (3)在活塞上缓慢倒入铁砂，若B内气体压强回 流动，广泛应用于减震系统。如图所示，A、B 到p。并保持不变，求已倒入铁砂的质量m。 两个导热良好的汽缸通过差压阀连接，A内轻 质活塞的上方与大气连通，B内气体体积不 变。当A内气体压强减去B内气体压强大于 压差阀 B △p时差压阀打开，A内气体缓慢进入B中；当 该差值小于或等于△p时差压阀关闭。当环境 温度T1=300K时，A内气体体积VA1= 4.0×10m3,B内气体压强p1等于大气压强 p。,已知活塞的横截面积S=0.10m,△p= 0.11po,p。=1.0×105Pa,重力加速度g取 10m/s2,A、B内的气体可视为理想气体，忽略 活塞与汽缸间的摩擦，差压阀与连接管内的气 体体积忽略不计。当环境温度降到T,= 270K时： 温馨提示) (1)求B内气体压强p2; 学习至此，请完成课时作业75 (2)求A内气体体积V2; 第5讲 实验十九：用油膜法估测油酸分子的大小 实验二十：探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 329 关键能力提升 互动探究·考点精讲 考点一 实验十九：用油膜法估测油酸分子的大小 1.实验原理 2.实验器材 实验采用使油酸在水面上形成一层单分子 盛水浅盘、注射器（或滴管）、容量瓶、坐标 油膜的方法估测油酸分子的大小。当把一滴用 纸、玻璃板、爽身粉、量筒、彩笔等。 酒精稀释过的油酸酒精溶液滴在水面上时，油 3.实验过程 酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水，并很快 (1)配制油酸酒精溶液，取纯油酸1mL,注入 挥发，在水面上形成如图甲所示形状的一层纯 500mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒 油酸薄膜。如果算出一定体积的油酸在水面上 形成的单分子油膜的面积，即可算出油酸分子 精，直到液面到达500mL刻度线为止。 的大小。用V表示一滴油酸酒精溶液中所含纯 (2)用注射器（或滴管）将油酸酒精溶液一滴一 油酸的体积，用S表示单分子油膜的面积，用d 滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积 V,时的滴数n,算出每滴油酸酒精溶液的体 表示油酸分子的直径，如图乙所示，则。， 积V, 浮在水面上的 爽身粉 油酸薄膜 油酸分子 (3)向浅盘里倒入约2cm深的水，并将爽身粉 DOOOOOO0O○O 均匀地撒在水面上。 (4)用注射器（或滴管）将一滴油酸酒精溶液滴 水 在水面上。