第14章 第3讲 气体实验定律及其应用 课件 -2027届高考物理一轮复习考点精讲

该高中物理高考复习课件聚焦“气体实验定律及其应用”专题，依据高考评价体系梳理了玻意耳定律、查理定律、盖·吕萨克定律的理解与应用，明确“单气缸”“液柱”“双气缸”及“变质量”问题等高频考点分布，构建了从考点内化学到题型突破的完整复习体系。 课件亮点在于“真题引领+模型建构+科学推理”的备考策略，如以2024广东卷双气缸题为例，示范“确定研究对象→分析状态参量→应用气体定律”的解题流程，培养学生的物理观念和科学思维素养。特设“易错点警示”和“方法小结”，帮助学生掌握答题技巧，教师可据此实施针对性教学，提升高考复习效率。

第十四章　热学 第3讲　气体实验定律及其应用 -- 第十四章　热学 1．理解气体实验定律。 2．能用气体实验定律解决(解释)相关问题。 3．能用气体实验定律解决“变质量”问题。 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 -- 第十四章　热学 谢谢观看 -- 第十四章　热学 考点一　气体实验定律的理解 【考点内化】 　气体实验定律的理解。 定律 内容及表达式 特点 玻意耳定律 (1)内容：一定质量的气体，在温度不变的情况下，其压强p与体积V成反比。 (2)表达式：p1V1＝p2V2 (1)pV＝C。 (2)p＝C(C为比例系数，由T决定，T越大，C越大) 查理 定律 (1)内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，其压强p与热力学温度T成正比。 (2)表达式：＝ (1)＝C′。 (2)＝＝C′(C′为比例系数，由V决定，V越大，C′越小) 盖-吕萨克定律 (1)内容：一定质量的气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比。 (2)表达式：＝ (1)＝C″。 (2)＝＝C″(C″为比例系数，由p决定，p越大，C″越小) 【考教衔接】 　(教材改编)人们使用气压式保温瓶时，只需按压保温瓶顶端，即可将水从瓶中压出。如图所示是气压式保温瓶基本结构图，请分析回答下列问题。 (1)保温瓶中的水越少，需按压瓶盖的次数越多，才能将水从瓶中压出，请分析其原因。 (2)已知保温瓶中水的占比，估测出水所需的按压次数，需要用到什么气体实验定律？若要满足该气体定律的适用条件，应怎样选取研究对象？ (3)当保温瓶中只有半瓶水时，希望按压三次就能出水，则还需要满足什么条件？ 分析：根据保温瓶的结构图可知，按压瓶盖时，往瓶中注入了更多的空气，使得瓶中压强增大，水被挤压出保温瓶。影响按压次数的主要因素是瓶盖下方气室的体积、保温瓶水上方的空气体积，以及出水管口距水面的高度。 解答本题的基本思路如下。 解答：(1)由气压式保温瓶的结构图可知：水越少，出水管口距水面的高度越大，压出水所需的压强越大；同时，保温瓶水上方的空气体积也越大，而瓶盖下方气室的体积一定，每次按压能压入空气相对水上方空气体积的比例就越小，故需按压的次数就越多。 (2)影响按压次数的主要因素是瓶盖下方气室的体积、保温瓶水上方的空气体积，以及出水管口距水面的高度。需要运用玻意耳定律来估测按压次数，因此必须满足气体质量一定、温度不变的条件。因气体被压缩时温度的变化非常微小，可近似看作温度不变。按压瓶盖往瓶中注入空气，瓶中气体质量必定增大，然而若将压入瓶中的空气和瓶中原有的半瓶空气看作一个整体，以其为研究对象，则满足了气体质量一定的条件，从而可运用玻意耳定律来解答。 (3)如图所示，设保温瓶可盛水的体积为V1，瓶盖下方气室的体积为V2，出水管口到瓶中水面的高度为h，水的密度为ρ，外界大气压为p0。若瓶中只有半瓶水时，出水管体积忽略不计，根据玻意耳定律，代入液体压强公式p＝ρgh，可得p0＝(p0＋ρgh)，解得＝，即保温瓶可盛水的体积与气室体积之比满足上述关系式时，瓶中只有半瓶水，按压三次就能出水。 【练习1】　有些功能性固体形状不规则，而且不可以浸入液体中，但又要测量其体积，于是发明家设计了如图所示的测量工具。K为密封性良好的气阀，容器C、玻璃管A、球形容器B相通，其中容器C与管A总体积为V0，B下端玻璃管连接软性U形管并与右端瓶状玻璃管连通。从D管上端倒入适量水银，打开气阀K，调节D使得左端水银面位于n处，然后关闭气阀K，调节D，使得左端水银面位于m处，此时左、右两端水银面高度为h1；打开气阀K，放入不规则固体，再次调节D，使得左端水银面在n处，然后再关闭气阀K，调节D使得左端水银面在m处，此时左右两端水银面高度差为h2。至此，请尝试计算得到不规则固体的体积V。(整个操作过程中忽略温度变化) 解答：设大气压强为p0，球形容器B的体积为VB，第一次关闭气阀K，以封闭气体为研究对象，运用玻意耳定律，有 p0(V0＋VB)＝(p0＋p1)V0, ① 整理得p0VB＝p1V0，其中p1＝ρ水银gh1, ② 放入不规则固体后，第二次关闭气阀，以此时封闭气体为研究对象，同理有p0(V0－V＋VB)＝(p0＋p2)(V0－V), ③ 整理得p0VB＝p2(V0－V)，其中p2＝ρ水银gh2, ④ 由②④得到V＝＝。 考点二　气体实验定律的综合应用 【考点内化】 解这类问题时要特别注意变化过程可能的“临界点”，找出临界点对应的状态参量，在临界点的前后可以形成不同的“子过程”。分为以下情况。 （1）如果系统处于力学的平衡状态，一般可利用力的平衡条件及理想气体状态方程联立求解。 （2）如果系统处于力学的非平衡状态，综合利用气体实验定律和牛顿运动定律求解。 试题有“一气多变”，解决这类题的思路如下。 →→→ 【考教衔接】 命题点1：“单气缸”问题 　如图甲所示，一个质量不计的活塞将一定量的理想气体封闭在上端开口的直立圆筒形导热气缸内，气体温度为300 K，气柱的高度为h，在气缸内壁有固定的小卡环，卡环到气缸底的高度为h。现在活塞上方缓慢堆放细沙，直至气柱长度减为h时停止堆放细沙，如图乙所示。之后对气体缓慢降温，温度降低到180 K，此时活塞已经与卡环接触，降温过程气体放出热量为Q。已知大气压强为p0，全过程气体未液化，活塞可沿气缸无摩擦地滑动。气缸的横截面积为S，重力加速度为g。求： 甲　　　　　　　　乙 (1)堆放细沙的质量。 (2)温度降为180 K时气体的压强。 解答：(1)乙状态时，设气缸内气体压强为p1，对活塞由平衡条件得p0S＋mg＝p1S， 从甲状态到乙状态经历等温过程，有 p0hS＝p1·S，得m＝。 (2)从甲状态到末状态，设末状态时气缸内气体压强为p2，由理想气体状态方程得＝，得p2＝1.08p0。 命题点2: “液柱”问题 　水银气压计上有细且均匀的玻璃管，玻璃管外标有压强刻度(1 mm刻度对应压强值为1 mmHg)。测量时气压计竖直放置，管内水银柱液面对应刻度即为所测环境大气压强。气压计底部有水银槽，槽内水银体积远大于管内水银柱体积。若气压计内不慎混入气体，压强测量值将与实际环境大气压强值不符。如图所示，混入的气体被水银密封在玻璃管顶端。当玻璃管竖直放置时，气柱长度l1＝100 mm。如果将玻璃管倾斜，水银柱液面降低的高度h＝20 mm，气柱长度l2＝50 mm，倾斜过程中水银槽液面高度变化忽略不计。整个过程中温度保持恒定，气体可近似为理想气体。 (1)已知环境大气压强p0＝760 mmHg，求此时竖直放置气压计的压强测量值p1。(以mmHg为单位) (2)此后由于环境大气压强变化，竖直放置气压计的压强测量值p2＝730 mmHg，求此时气柱长度l3和环境大气压强p3。(以mmHg为单位，结果保留三位有效数字) 解答：(1)设玻璃管竖直时，管内外水银面的高度差为H，此值即为竖直放置气压计的压强测量值p1，玻璃管的横截面积为S，对管内气体使用玻意耳定律有(p0－H)l1S＝(p0－H＋h)l2S，解得H＝740 mmHg， 即竖直放置气压计的压强测量值p1＝740 mmHg。 (2)环境变化后，气体的压强p3－p2＝(p3－730) mmHg， 气柱长度l3＝(740＋100－730) mm＝110 mm， 则由玻意耳定律有(p0－H)l1S＝(p3－p2)l3S，解得p3≈748 mmHg。 【练习2】　如图，一端封闭、粗细均匀的U形玻璃管开口向上竖直放置，管内用水银将一段气体封闭在管中。当温度为280 K时，被封闭的气柱长L＝22 cm，两边水银柱高度差h＝16 cm，大气压强p0＝76 cmHg。 (1)为使左端水银面下降3 cm，封闭气体温度应变为多少？ (2)封闭气体的温度重新回到280 K后，为使封闭气柱长度变为20 cm，需向开口端注入的水银柱长度为多少？ 解答：(1)设玻璃管的横截面积为S，封闭气体压强为p1，初始状态根据水银液面受力平衡可分析得p1＋16 cmHg＝p0，可得p1＝60 cmHg。 当左端水银面下降3 cm时，右端液面必然上升3 cm，则左右两侧液面高度差变为Δh＝16 cm－3 cm－3 cm＝10 cm，设此时封闭气体压强为p2。 同样根据液面受力平衡可得p2＋10 cmHg＝p0，可得p2＝66 cmHg。 根据理想气体状态方程得＝， 代入温度T1＝280 K，可得T2＝350 K。 (2)设加入水银柱长度为x cm，末状态时左右水银面高度差h′＝(16＋2×2) cm－x cm＝20 cm－x cm，由玻意耳定律得p1V1＝p3V3，式中p3＝[76－(20－x)] cmHg＝(56＋x) cmHg，解得x＝10 cm。 命题点3：“双气缸”(或连通器)问题 　(2024广东卷)差压阀可控制气体进行单向流动，广泛应用于减震系统。如图所示，A、B两个导热良好的气缸通过差压阀连接，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Δp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Δp时差压阀关闭。当环境温度T1＝300 K时，A内气体体积VA1＝4.0×10-2 m3，B内气体压强pB1等于大气压强p0，已知活塞的横截 面积S＝0.10 m2，Δp＝0.11p0，p0＝1.0×105 Pa，重力加速度大小g取10 m/s2。A、B内的气体可视为理想气体，忽略活塞与气缸间的摩擦、差压阀与连接管内的气体体积不计。当环境温度降到T2＝270 K时。 (1)求B内气体压强pB2。 (2)求A内气体体积VA2。 (3)在活塞上缓慢倒入铁砂，若B内气体压强回到p0并保持不变，求已倒入铁砂的质量m。 解答：(1)假设温度降低到T2时，差压阀没有打开，B缸导热良好，B气缸内气体做等容变化，初态pB1＝p0，T1＝300 K， 末态T2＝270 K， 根据＝， 代入数据可得pB2＝9×104 Pa。 由于p0－pB2＜Δp，假设成立， 即pB2＝9×104 Pa。 (2)假设温度降低到T2时，差压阀没有打开，A缸导热良好，A气缸内气体做等压变化，压强保持不变，初态 VA1＝4.0×10-2 m3，T1＝300 K， 末态T2＝270 K， 根据＝， 代入数据可得VA2＝3.6×10-2 m3。 (3)恰好稳定时，A内气体压强为pA′＝p0＋， B内气体压强pB′＝p0，此时差压阀恰好关闭，所以有pA′－pB′＝Δp， 代入数据联立解得m＝1.1×102 kg。 【练习3】　如图，一竖直放置的气缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成，气缸中活塞Ⅰ和活塞Ⅱ之间封闭有一定量的理想气体，两活塞用一轻质弹簧连接，气缸连接处有小卡销，活塞Ⅱ不能通过连接处。活塞Ⅰ、Ⅱ的质量分别为2m、m，横截面积分别为2S、S，弹簧原长为l。初始时系统处于平衡状态，此时弹簧的伸长量为0.1l，活塞Ⅰ、Ⅱ到气缸连接处的距离相等，两活塞间气体的温度为T0。已知活塞外大气压强为p0，重力加速度为g，忽略活塞与缸壁间的摩擦，气缸无漏气，不计弹簧的体积。 (1)求弹簧的劲度系数。 (2)缓慢加热两活塞间的气体，求当活塞Ⅱ刚运动到气缸连接处时，活塞间气体的压强和温度。 解答：(1)设初始状态封闭气体的压强为p1，对两活塞和弹簧的整体受力分析，由平衡条件有mg＋p0·2S＋2mg＋p1S＝p0S＋p1·2S， 解得p1＝p0＋。 对活塞Ⅰ由平衡条件有2mg＋p0·2S＋k·0.1l＝p1·2S， 解得弹簧的劲度系数为k＝。 (2)缓慢加热两活塞间的气体使得活塞Ⅱ刚运动到气缸连接处时，对两活塞和弹簧的整体由平衡条件可知，气体的压强不变，依然为 p2＝p1＝p0＋， 即封闭气体发生等压过程，初末状态的体积分别为 V1＝×2S＋×S＝，V2＝l2·2S， 由气体的压强不变，可知弹簧的弹力也不变，故有l2＝1.1l， 由盖-吕萨克定律可得＝，解得T2＝T0。 1．确定研究对象：(1)热学研究对象(一定质量的理想气体)。(2)力学研究对象(气缸、活塞或某系统)。 2．对热学研究对象，应分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律或理想气体状态方程列式；对力学研究对象，要正确地进行受力分析，依据力学规律列出方程。 3．注意挖掘题目中的隐含条件，如几何关系、体积关系等，列出相关辅助方程。 考点三　用气体实验定律解决“变质量”问题 【考点内化】 变质量问题类型与处理方法。 (1)打气问题：选择原有气体和即将充入的气体作为研究对象，就可把充气过程中气体质量变化问题转化为定质量气体的状态变化问题。 (2)抽气问题：将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，质量不变，故抽气过程可以看成是等温膨胀过程。 (3)灌气问题：把大容器中的剩余气体和多个小容器中的气体整体作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题。 (4)漏气问题：选择容器内剩余气体和漏出气体整体作为研究对象，漏气过程中气体质量问题转化为定质量气体的状态变化，可用理想气体状态方程求解。 【考教衔接】 　农村中常用来喷洒农药的压缩喷雾器的结构如图所示，A的总容积为7.5 L，装入药液后，药液上方气体体积为1.5 L。关闭阀门K，用打气筒B每次打进105 Pa的空气250 cm3。问： (1)要使药液上方气体的压强为4×105 Pa，打气筒活塞应打几次？ (2)当A中有4×105 Pa的空气后，打开K可喷射药液，直到不能喷射时，喷雾器剩余多少体积的药液？ 解题思路：向喷雾器容器A中打气，是一个等温压缩过程。按实际情况，在A中装入药液后，药液上方不可能是真空，而已有105 Pa的空气1.5 L，把这部分空气和历次打入的空气一起作为研究对象，“变质 量”问题便转化成了“定质量”问题。向A中打入空气后，打开阀门K喷射药液，A中空气便经历了一个等温膨胀过程。根据两过程中气体的初、末状态量，运用玻意耳定律，便可顺利求解本题。 解答：(1)以A中原有空气和n次打入A中的全部气体为研究对象，由玻意耳定律，可得(依实际情况和题意，大气压强可取105 Pa) p0(V＋nV0)＝p1V，解得n＝18(次)。 (2)打开阀门K，直到药液不能喷射，忽略喷管中药液产生的压强，则此时容器A内的气体压强应等于外界大气压强。以容器A内的气体作为研究对象，由玻意耳定律，可得p1V＝p0V′，解得V′＝6 L， 故容器A内剩余药液的体积V剩＝V总－V′＝7.5 L－6 L＝1.5 L。 【练习4】　中国南海有着丰富的鱼类资源。某科研小组把某种生活在海面下500 m深处的鱼类从海里移到如图所示的两层水箱中。为使鱼存活，需要给它们创造一个类似深海的压强条件。如图所示，在一层水箱中有一条鱼，距离二层水箱水面的高度h＝50 m，二层水箱水面上部空气的体积V＝10 L，与外界大气相通。外界大气压p0＝1.0×105 Pa，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2。(水箱内气体温度恒定) (1)鱼在深海处的压强为多少？ (2)为使鱼正常存活，需要给二层水箱再打进压强为p0、体积为多少的空气？ 解答：(1)设鱼在海面下的深度为H，鱼在深海处的压强 p＝p0＋ρgH＝5.1×106 Pa。 (2)为使一层水箱压强达到p，二层水箱中的气体压强应为p1＝p－ρgh＝4.6×106 Pa， 将外界压强为p0、体积为ΔV的空气注入一层水箱，根据玻意耳定律，有p0(V＋ΔV)＝p1V，解得ΔV＝450 L。 点评：本题属于“变质量”的气缸问题，用所学的知识解决实际问题，体现了应用性。 $