15.3　专题提升：气体实验定律的综合应用——2027届高中物理一轮复习课件

该高中物理高考复习课件聚焦“气体实验定律综合应用”专题，覆盖热力学第一定律、理想气体状态方程及玻璃管液封、汽缸活塞、变质量气体三大核心模型，依据高考评价体系分析各考点权重，通过典例归纳液柱压强计算、汽缸关联气体分析等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题引领+模型建构+方法提炼”，如2025南通一模温度计题训练科学思维，玻璃管液封模型用受力平衡法、变质量气体用等效转化法，培养模型建构与科学推理素养，助力学生掌握解题技巧，教师可据此精准教学，提升高考冲刺效率。

第74课时　专题提升:气体实验定律的综合应用 学习目标:1.理解热力学第一定律,知道改变内能的两种方式,并能用热力学第一定律解决相关问题,理解理想气体状态方程并会应用解题。 2.掌握“玻璃管液封模型”和“汽缸活塞类模型”的处理方法。 3.会处理“变质量气体模型”问题。 考点一　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、列平衡方程求解,要注意: (1)液体因重力产生的压强为p=ρgh(其中h为液体的竖直高度)。 (2)不要漏掉大气压强,同时又要平衡掉某些气体产生的压力。 (3)有时注意应用连通器原理——连通器内静止的液体,同一液体在同一水平面上各处压强相等。 (4)当液体为水银时,可灵活应用压强单位“cmHg”,使计算过程简捷。 典例1　如图所示,一端封闭的细玻璃管开口向上竖直放置,管长L=73 cm,管内用h=25 cm长的水银柱封闭了一段长L1=30 cm的空气柱。已知大气压强p0=75 cmHg。 (1)若保持玻璃管直立做自由落体运动,下落过程中温度保持不变,水银柱与玻璃管达到相对静止时,求管中气柱的长度L2; (2)若玻璃管绕下端O在竖直平面内缓慢转动,求水银刚好开始溢出时玻璃管转过的角度θ。 答案 (1)L2=40 cm　(2)θ=120° 典例2　(2025南通一模)一个简易温度计的结构如图所示,长直玻璃管竖直固定,上端与玻璃球形容器相连,下端通过软管与柱形开口容器相连,用水银将一定质量的空气封闭在球形容器内。大气压强保持不变,上下移动柱形容器使左右水银面平齐时,长直玻璃管中水银面对应刻度可以表示外界温度。则玻璃管M、N区间内的刻度可能正确的是(　　) A 考点二　汽缸活塞类模型 1.解题的一般思路 (1)确定研究对象 研究对象分两类:①热学研究对象(一定质量的理想气体);②力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)。 (2)分析物理过程 ①对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程,依据气体实验定律列出方程。 ②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)挖掘题目的隐含条件,如几何关系等,列出辅助方程。 (4)多个方程联立求解。注意检验求解结果的合理性。 2.汽缸之间相互关联的问题 解答时应分别研究各部分气体,找出它们各自遵循的规律,并写出相应的方程,还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式,最后联立求解。 典例3　气体弹簧是车辆上常用的一种减震装置,其简化结构如图所示。直立圆柱形密闭汽缸导热良好,面积为S的活塞通过连杆与车轮轴连接。初始时汽缸内密闭一段长度为L0,压强为p1的理想气体。汽缸与活塞间的摩擦忽略不计。车辆载重时相当于在汽缸顶部增加一个物体A,稳定时汽缸下降了0.5L0,气体温度保持不变。 (1)求物体A的重力大小; (2) 已知大气压强为p0,为使汽缸升到原位置,求需向汽缸内充入与汽缸温度相同大气的体积。 答案 (1)p1S　(2)L0S 典例4　如图所示的装置可以用来测量水的 深度。该装置由左端开口的汽缸M和密闭的 汽缸N组成,两汽缸由一细管(容积可忽略)连 通,两汽缸均由导热材料制成,内径相同。汽 缸M长为3L,汽缸N长为L,薄活塞A、B密闭 性良好且可以无摩擦滑动。初始时两汽缸处于温度为T1=300 K的空气中,汽缸M、N中分别封闭压强为p0、2p0的理想气体,活塞A、B均位于汽缸的最左端。将该装置放入水中,测得所在处的温度为T2=360 K,且活塞B向右移动了L。已知大气压强为p0相当于10 m高水柱产生的压强。求: (1)装置所在处水的深度; (2)活塞A向右移动的距离。 答案 (1)38 m　(2)L 解析 (1)汽缸N中气体初状态pN1=2p0,T1=300 K,VN1=LS,末状态T2=360 K,VN2=LS,根据理想气体状态方程有,解得pN2=4.8p0。放入水中后汽缸M中的气体压强与汽缸N中的气体压强相等,即pM2=pN2,在此处水产生的压强为p水=pM2-p0,解得p水=3.8p0,10 m高的水柱产生的压强为p0,所以此处水深h=38 m。 (2)装置放在水中后,设活塞A向右侧移动的距离为x,汽缸M中气体初状态pM1=p0,T1=300 K,VM1=3LS,汽缸M中气体末状态pM2=pN2,T2=360 K, VM2=(3L+L-x)S。根据理想气体状态方程,解得x=L。 考点三　变质量气体模型 求解变质量问题时,可以通过巧妙地选择合适的研究对象,使变质量问题转化为一定质量的气体问题,然后利用理想气体状态方程求解。 1.充气问题 设想将充进容器内的气体用一个无形的弹性口袋收集起来,那么,当我们取容器和口袋内的全部气体为研究对象时,这些气体的状态不管怎样变化,其质量总是不变的。 2.抽气问题 在用抽气筒对容器抽气的过程中,对每一次抽气而言,气体质量发生变化,解决这类问题的方法与充气问题类似:假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中,即用等效法把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,可以把大容器中的气体和多个小容器的气体作为一个整体来进行研究,即可把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,不能用理想气体状态方程求解。如果选容器内原有气体为研究对象,便可使问题变成一定质量的气体状态变化问题,这时可以用理想气体状态方程求解。 类型一　充气问题 典例5　下图是用来喷洒消毒液的小型压缩喷雾器。其贮液筒A的容积为 7.5 L,现装入6 L的药液。关闭阀门K,用打气筒B每次打入1×105 Pa的空气300 cm3。设下列过程中温度都保持不变。(p0=1.0×105 Pa) (1)打气筒B按压20次,求药液上方气体的压强p1; (2)打气筒B按压20次后打开K喷射药液,当贮液 桶中药液上方气体的压强p2=1.5×105 Pa时, 贮液筒内还剩余药液的体积V。 (细小喷射管中的体积可以忽略) 答案 (1)5×105 Pa　(2)2.5 L 解析 (1)选贮液筒内原有气体和打入的气体为研究对象,由玻意耳定律得p0V0=p1V1,得p1== Pa=5×105 Pa。 (2)选所有气体为研究对象,由玻意耳定律得p2V2=p1V1,得V2= L=5 L,则贮液筒内还剩余药液的体积V=7.5 L-V2=7.5 L-5 L=2.5 L。 类型二　抽气问题 典例6　北方某地支援南方大批钢瓶氧气。每瓶钢瓶的容积为V0=60 L,在北方测得氧气压强为p=5×106 Pa,温度为t=7 ℃。长途运输到医院后,温度升到t'=27 ℃,经质量测量发现漏气2%。实际使用过程中,先用如图所示的活塞式抽气筒与氧气瓶连通缓慢抽气,再充到真空小钢瓶中,然后供病人使用。(不考虑抽气分装过程中的漏气和温度变化,0 ℃对应的热力学温度为273 K) (1)氧气瓶运到医院后氧气的压强为多少? (2)若活塞式抽气筒第一次抽气时,抽出氧气体积为ΔV=10 L,为了使第二次抽出氧气的质量与第一次相同,第二次抽气时,抽气筒内氧气体积应为多少? 答案 (1)5.25×106 Pa　(2)12 L 解析 (1)选择氧气瓶到医院后剩余气体为研究对象,这部分气体在北方时的体积为V0(1-2%),根据理想气体状态方程可得,代入数据解得p'=5.25×106 Pa。 (2)第一次抽气,根据玻意耳定律可得p'V0=p1(V0+ΔV),第二次抽气,根据玻意耳定律可得p1V0=p2(V0+ΔV'),理想气体状态方程为pV=RT,两次抽出气体的质量相同,则pV乘积相等,满足p1ΔV=p2ΔV',代入数据解得ΔV'=12 L。 类型三　灌气问题 典例7　某医用氧气瓶容积为40 L,瓶内贮有压强为9.6×106 Pa的氧气,可视为理想气体。广泛用于野外急救的氧气袋容积为5 L。将氧气瓶内的氧气分装到氧气袋,充气前袋内为真空,充气后袋内压强为1.2×106 Pa。分装过程不漏气,环境温度不变。 (1)最多可分装多少个氧气袋? (2)若将医用氧气瓶内的氧气依次分装到原为真空、容积为5 L的若干个便携式钢瓶内,每次分装后,钢瓶内气体压强与氧气瓶内剩余气体压强相等,求分装30次后医用氧气瓶内剩余氧气的压强与分装前氧气瓶内氧气压强之比。 答案 (1)56　(2) 解析 (1)选取钢瓶内氧气整体作为研究对象,初状态氧气压强p=9.6×106 Pa,设充满n个氧气袋后,氧气瓶内的氧气压强也为p'=1.2×106 Pa时,无法再给氧气袋充气,分装过程是等温变化,根据玻意耳定律得pV0=p'(V0+nV1),代入V0=40 L,V1=5 L,解得n=56。 (2)根据玻意耳定律,分装一次有pV0=p1(V0+ΔV),分装二次p1V0=p2(V0+ΔV),分装三次p2V0=p3(V0+ΔV),……依次类推,第n次分装后pn-1V0=pn(V0+ΔV),可得p30=p,代入数据解得。 类型四　漏气问题 典例8　2021年11月7日,神舟十三号航天员从天和核心舱节点舱成功出舱执行任务,出舱时他们身着我国新一代“飞天”舱外航天服。舱外航天服内密封了一定质量的理想气体,用来提供适合人体生存的气压。航天服密闭气体的体积约为V1=4 L,压强p1=1.0×105 Pa,温度t1=27 ℃,航天员身着航天服,出舱前先从核心舱进入节点舱,然后封闭所有内部舱门,对节点舱泄压,直到节点舱压强和外面压强相等时才能打开舱门。 (1)节点舱气压降低到能打开舱门时,密闭航天服内气体体积膨胀到V2=6 L,温度变为t2=-3 ℃,求此时航天服内气体压强p2; (2)为便于舱外活动,当密闭航天服内气体温度变为t2=-3 ℃时,航天员把航天服内的一部分气体缓慢放出,使气压降到p3=5.0×104 Pa。假设释放气体过程中温度不变,体积变为V3=4 L,求航天服需要放出的气体与原来气体的质量之比。 答案 (1)6×104 Pa　(2) $