第15章专题强化20 变质量问题、理想气体的图像问题、关联气体问题——2027届高三物理一轮复习课件

该高中物理高考复习课件聚焦变质量问题、理想气体图像问题、关联气体问题三大核心考点，依据高考评价体系梳理考点权重，如变质量问题涵盖打气、抽气等四类典型情境，图像问题突出等温、等压、等容变化分析，归纳计算题、图像辨析题等常考题型，体现备考针对性与实用性。 课件亮点在于“考点深度研析+真题跟踪训练”模式，通过科学思维中的模型建构与科学推理，如抽气问题中以整体气体为研究对象应用玻意耳定律，图像问题中利用p-T图像斜率判断体积变化。设跟踪训练强化答题技巧，助力学生掌握解题方法，教师可据此精准指导，提升高考冲刺效率。

专题强化二十　变质量问题　理想气体的图像问题　关联气体问题 1 变质量问题 (能力考点·深度研析) 1．理想气体状态方程的推论 (1)把一定质量的气体分成几部分 高考一轮总复习 • 物理 2．气体密度与压强、温度关系式的推导 高考一轮总复习 • 物理 3．常见的四种变质量问题 类别 对象 打气问题 选择原有气体和即将充入的气体作为研究对象 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 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 漏气问题 选容器内剩余气体和漏出气体整体作为研究对象 高考一轮总复习 • 物理 ►考向1　气体密度的计算 一高压舱内气体的压强为1.2个大气压，温度为17 ℃，密度为1.46 kg/m3。 (1)升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至27 ℃时舱内气体的密度； (2)保持温度27 ℃不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求舱内气体的密度。 高考一轮总复习 • 物理 [解析]　(1)由摄氏度和开尔文温度的关系可得 T1＝273＋17 K＝290 K，T2＝273＋27 K＝300 K 其中p1＝p2＝1.2p0，ρ1＝1.46 kg/m3，代入数据解得ρ2＝1.41 kg/m3。 高考一轮总复习 • 物理 解得ρ3＝1.18 kg/m3。 [答案]　(1)1.41 kg/m3　(2)1.18 kg/m3 高考一轮总复习 • 物理 ►考向2　抽气、打气和灌气分装问题 汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力。如图，刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成，连杆AB与助力活塞固定为一体，驾驶员踩刹车时，在连杆AB上施加水平力推动液压泵实现刹车。助力气室与抽气气室用细管连接，通过抽气降低助力气室压强，利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力。每次抽气时，K1打开，K2闭合，抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动，助力气室中的气体充满抽气气室，达到两气室压强相等；然后，K1闭合，K2打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从K2 高考一轮总复习 • 物理 排出，完成一次抽气过程。已知助力气室容积为V0，初始压强等于外部大气压强p0，助力活塞横截面积为S，抽气气室的容积为V1。假设抽气过程中，助力活塞保持不动，气体可视为理想气体，温度保持不变。 (1)求第1次抽气之后助力气室内的压强p1； (2)第n次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小ΔF。 高考一轮总复习 • 物理 [解析]　(1)以助力气室内的气体为研究对象，则初态压强p0，体积V0，第一次抽气后，气体体积V＝V0＋V1 根据玻意耳定律p0V0＝p1V 以此类推…… 高考一轮总复习 • 物理 高考一轮总复习 • 物理 【跟踪训练】 (打气问题)自行车是一种绿色出行工具。某自行车轮胎正常骑行时其气压范围为2p0～2.5p0，p0为标准大气压。一同学测得车胎气压为1.5p0，随后用如图所示的打气筒给车胎打气，每打一次都把体积为V0、压强为p0的气体打入轮胎内。已知车胎体积为V，忽略打气过程车胎体积和其内气体温度的变化，求： 高考一轮总复习 • 物理 (1)为使自行车能正常骑行，给自行车打气的次数范围； (2)若车胎气体初始温度为T0，骑行一段时间后车胎气体温度上升ΔT，则骑行前允许给自行车最多打气几次。 高考一轮总复习 • 物理 高考一轮总复习 • 物理 (2)设允许给自行车最多打气y次 由理想气体状态方程得 高考一轮总复习 • 物理 (灌气分装)某市医疗物资紧缺，需要从北方调用大批大钢瓶氧气(如图)，每个钢瓶内体积为40 L，在北方时测得大钢瓶内氧气压强为1.2×107 Pa，温度为7 ℃，长途运输到该市医院检测时测得大钢瓶内氧气压强为1.26×107 Pa。在医院实际使用过程中，先用小钢瓶(加抽气机)缓慢分装，然后供病人使用，小钢瓶体积为10 L， 分装后每个小钢瓶内氧气压强为4×105 Pa，要求 大钢瓶内压强降到2×105 Pa时就停止分装，不计 运输过程中和分装过程中氧气的泄漏，求： 高考一轮总复习 • 物理 (1)在该市检测时大钢瓶所处环境温度为多少摄氏度； (2)一个大钢瓶可分装多少小钢瓶供病人使用。 [答案]　(1)21 ℃　(2)124 高考一轮总复习 • 物理 (2)设大钢瓶内氧气由状态p2、V2等 温变化为停止分装时的状态p3、V3， 则p2＝1.26×107 Pa，V2＝0.04 m3， p3＝2×105 Pa 根据p2V2＝p3V3 得V3＝2.52 m3 可用于分装小钢瓶的氧气 p4＝2×105 Pa， V4＝(2.52－0.04)m3＝2.48 m3 高考一轮总复习 • 物理 分装成小钢瓶的氧气p5＝4×105 Pa， V5＝nV 其中小钢瓶体积为V＝0.01 m3 根据p4V4＝p5V5得n＝124 即一大钢瓶氧气可分装124小钢瓶。 高考一轮总复习 • 物理 2 理想气体的图像问题 (能力考点·深度研析) 一定质量的气体不同状态变化图像的比较 高考一轮总复习 • 物理 　定律名称 比较项目 玻意耳定律 (等温变化) 盖—吕萨克定 律(等压变化) 查理定律 (等容变化) 同一气体 的两条 图线 T1<T2 p1>p2 V1>V2 高考一轮总复习 • 物理 一般状态变化图像的处理方法 基本方法是化“一般”为“特殊”，如图所示，一定质量的某种气体的状态变化过程为A→B→C→A。 在V－T图像上，等压线是一簇过原点的直线，过 A、B、C三点作三条等压线分别表示三个等压过程， pA′<pB′<pC′，即pA<pB<pC。所以A→B压强增大， 温度降低，体积缩小；B→C温度升高，体积减小，压 强增大；C→A温度降低，体积增大，压强减小。 高考一轮总复习 • 物理 “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( ) B 高考一轮总复习 • 物理 高考一轮总复习 • 物理 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状态，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。 高考一轮总复习 • 物理 (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，可以比较这两个状态到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。 高考一轮总复习 • 物理 【跟踪训练】 (p－t图像)某同学探究一封闭气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； (2)等压过程中，温度为0 ℃时气体的体积。 高考一轮总复习 • 物理 [解析]　(1)在等容过程中，设温度为0 ℃时气体的热力学温度为T0，压强为p0；温度为t1，时气体的热力学温度为T1。结合题意有T0＝273 K，T1＝t1＋273 K 高考一轮总复习 • 物理 高考一轮总复习 • 物理 A．a→b过程，压强减小，温度不变，体积增大 B．b→c过程，压强增大，温度降低，体积减小 C．c→d过程，压强不变，温度升高，体积减小 D．d→a过程，压强减小，温度升高，体积不变 A 高考一轮总复习 • 物理 高考一轮总复习 • 物理 3 关联气体问题 (能力考点·深度研析) 解决关联气体问题的一般思路是： (1)每一部分气体分别作为研究对象。 (2)分析每部分气体的初、末状态参量，判断遵守的定律。 (3)根据状态变化规律列出方程。 (4)列出两部分气体初、末状态各参量之间的关系方程。 (5)联立方程组求解。 高考一轮总复习 • 物理 【跟踪训练】 如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为20 cm的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的2倍，B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开。水银柱在两管中的长度均为10 cm。现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变1 cm。 求B管在上方时，玻璃管内两部分气体的 压强。(气体温度保持不变，以cmHg为压强单位) [答案]　74.36 cmHg　54.36 cmHg 高考一轮总复习 • 物理 [解析]　设B管在上方时上部分气压为pB，则此时下方气压为pA，此时有pA＝pB＋20 倒置后A管气体压强变小，即空气柱长度增加1 cm，A管中水银柱减小1 cm，A管的内径是B管的2倍，则SA＝4SB 可知B管水银柱增加4 cm，空气柱减小4 cm；设此时两管的压强分别为pA′、pB′，所以有pA′＋23＝pB′ 倒置前后温度不变，根据玻意耳定律对A管有pASALA＝pA′SALA′ 对B管有pBSBLB＝pB′SBLB′ 高考一轮总复习 • 物理 其中LA′＝10 cm＋1 cm＝11 cm LB′＝10 cm－4 cm＝6 cm 联立以上各式解得 pA＝74.36 cmHg pB＝54.36 cmHg。 高考一轮总复习 • 物理 ＝＋＋…＋ (2)几部分气体合为一体 ＋＋…＋＝ ＝公式两边同除气体的质量m可得＝，即＝c 注意：(1)对同种气体才适用 (2)无论气体质量是否一定，＝c均成立 理想气体状态方程pV＝nRT可知nR＝ 其中n为封闭气体的物质的量，即理想气体的正比于气体的质量，则＝＝ (2)由题意得p3＝p0，T3＝273＋27 K＝300 K同理可得＝＝ 解得p1＝。 (2)同理第二次抽气p1V0＝p2V 解得p2＝＝2p0 则当n次抽气后助力气室内的气体压强 pn＝np0 则刹车助力系统为驾驶员省力大小为 ΔF＝(p0－pn)S＝p0S。 [答案]　(1)　(2)p0S [答案]　(1)≤x≤　(2)y＝－ [解析]　(1)设给自行车打气的次数为x，由玻意耳定律有 1.5p0V＋xminp0V0＝2p0V xmin＝ 1.5p0V＋xmaxp0V0＝2.5p0V xmax＝ 综上给自行车打气的次数范围是 ≤x≤。 ＝ 解得y＝－。 [解析]　(1)大钢瓶的容积一定，从北方到该市对大钢瓶内气体，有＝解得T2＝294 K，故t2＝21 ℃。 　定律名称 比较项目 玻意耳定律 (等温变化) 盖—吕萨克定 律(等压变化) 查理定律 (等容变化) 数学 表达式 p1V1＝p2V2 或pV＝ C(常数) ＝或 ＝C(常数) ＝或 ＝C(常数) [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，c态的体积大于b态体积。故选B。 [答案]　(1)　(2) 根据查理定律有＝ 解得p0＝。 (2)当压强为p2，温度为0 ℃时，设气体体积为V2，则根据理想气体状态方程有＝ 解得V2＝。 一定质量的理想气体经历一系列状态变化，其p－图像如图所示，变化顺序为a→b→c→d→a，图中ab线段延长线过坐标原点，cd线段与p轴垂直，da线段与轴垂直。气体在此状态变化过程中( ) [解析]　由题图可知，a→b过程，气体发生等温变化，气体压强减小，体积增大，故A正确；由理想气体状态方程＝C可知p＝CT，斜率k＝CT，连接O、b的直线比连接O、c的直线的斜率小，所以b的温度低，b→c过程，温度升高，压强增大，且体积也增大，故B错误；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错误；d→a过程，气体体积不变，压强变小，由理想气体状态方程＝C可知，气体温度降低，故D错误。 $