高中物理选修3-3专题复习导学案-人教课标版(实用教案)

选修专题一、气体的状态参量一定质量的某种（摩尔质量一定）理想气体可以用力学参量压强（）、几何参量体积（）和热学参量温度（）来描述它所处的状态，当、、一定时，气体的状态是确定的，当气体状态发生变化时，至少有两个参量要发生变化．．压强（）我们学过计算固体压强的公式，计算液体由于自重产生的压强用ρ，那么：（）对密闭在容器中的一定质量的气体的压强能否用上述公式计算呢？（）密闭气体的压强是如何产生的呢？和什么因素有关？（）密闭气体的压强如何计算呢？通过下面的几个例题来分析总结规律．[例]在一端封闭粗细均匀的竖直放置的形管内，有密度为ρ的液体封闭着两段气柱、，大气压强为，各部分尺寸如图2-1-1所示，求、气体的压强．10ghPPA210ghghPPB总结：（）气体自重产生的压强很小，一般忽略不计；（）当整个系统处于静止或匀速运动中时，气体的压强可以用力的平衡的方法求解，也可以运用连通器的原理，找等压面的方法求解．[例]如图2-1-2所示，一圆形气缸静置于水平地面上，气缸质量为，活塞质量为，活塞面积为，大气压强是．现将活塞缓慢上提，求气缸刚离开地面时，气缸内气体的压强（不计摩擦）．思考：此题涉及到活塞、气缸、密闭气体，以谁为研究对象呢？活塞缓慢移动的含义是什么？气缸刚离开地面是什么意思？SMgPP02[例]如图2-1-3所示，粗细均匀开口向上的直玻璃管内有一段长为、密度为ρ的水银柱，封闭了一段气体，当整个装置处于向下加速（加速度为）的电梯中时，气体的压强是多少？若电梯向上加速呢？01)(PSagmP02)(PSagmP归纳一般解题思路：．确定研究对象：活塞、气缸、液柱等．．进行正确的受力分析．．根据规律列方程，例如平衡条件、牛顿定律等．．解方程并对结果进行必要的讨论．．体积（）：气体分子所能充满的空间，若被装入容器则气体的体积容器的容积．．温度（）：温标：一般有摄氏温标和热力学温标，它们的关系是什么？二、气体的实验定律提问：（）气体的三个实验定律成立的条件是什么？（）主要的实验思想是什么？．等温过程（常见表述：）（）内容：（）表达式：（）图像讨论：图2-1-4中，、表示一定质量的某种气体的两条等温线，则（填＞、、＜），试说明理由．[变式]一根长度为1m，一端封闭的内径均匀的细直玻璃管，管内用20cm长的水银柱封住一部分空气．当管口向上竖直放置时，被封住的空气柱长49cm．问缓慢将玻璃旋转，当管口向下倒置时，被封住的空气柱长度是多少？假设，气体温度不变．大多数学生做出如下解答：（）（）所以（）解答到此，有部分同学意识到此时空气柱加水银柱的长度（）已大于玻璃管的长度1m了，说明水银早已经溢出！所以，管倒置后，′，′所以（），（）[变式]内径均匀的形管中装入水银，两管中水银面与管口的距离均为10cm，大气压强时，将右管口密封，如图2-1-6所示，然后从左侧管口处将一活塞缓慢向下推入管中，直到左右两侧水银面高度差6cm时为止．求活塞在管内移动的距离．提问：（）缓慢向下推是什么意思？（）本题中有左右两部分定质量的气体，能分别写出它们初、末态的状态参量吗？（）两部分气体间有什么联系？画出示意图．设左边液面下降了，则右边液面上升了，所以，得3cm，即右边液面上升了3cm解得6.37cm．等容过程：（常见表述：）（）内容：（）表达式：（）图像：．等压过程：（常见表述：）[例]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筒形气缸内，活塞上堆放着铁砂，如图2-1-8所示．最初活塞搁置在气缸内壁的卡环上，气柱的高度，压强等于大气压强．现对气体缓慢加热，当气体温度升高了△时，活塞（及铁砂）开始离开卡环而上升．继续加热，直到气柱高度．此后在维持温度不变的条件下逐渐取走铁砂，直到铁砂被全部取走时，气柱高度变为．求此时气体的温度（不计气缸和活塞间的摩擦）．解析：设气体最初温度为，则活塞刚离开卡环时温度为Δ，压强为.由等容升温过程得①设气柱高度为时温度为，由等压升温过程得②设气柱高度为时温度为，由等温膨胀过程（）得③由①和③两式求得④解得Δ⑤由②和④两式得，或⑥将⑤式代入⑥式，并利用，得Δ⑦代入数字得.答案：同步练习．如图2-1-11所示，一根横截面积是1cm的直管，两端开口，竖直插入水银槽中．有两个质量都是20g的活塞、，在管中封闭两段长都是10cm的理想气体．开始时、都处于静止状态．不计管壁对、的摩擦．现在用力竖直向上缓慢拉动活塞，当时，、再次静止．设整个过程中环境温度不变，10m，外界大气压×，合，水银密度ρ×103kg，求在此过程中：（）活塞上升的距离；（）有多高的水银柱进入管内．△′′△-2L44.7cm△30.9cm历年高考试题回顾：（全国卷）（）（分）如图，一粗细均匀的形管竖直放置，侧上端封闭，侧上侧与大气相通，下端开口处开关关闭，侧空气柱的长度为10.0cm，侧水银面比侧的高3.0cm，现将开关打开，从形管中放出部分水银，当两侧的高度差为10.0cm时，将开关关闭，已知大气压强。（ⅰ）求放出部分水银后侧空气柱的长度；（ⅱ）此后再向侧注入水银，使、两侧的水银达到同一高度，求注入水银在管内的长度。（）12.0cm；13.2cm（全国卷）（）（分）如图，一固定的竖直气缸有一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞，已知大活塞的质量为12.50mkg，横截面积为2180.0scm，小活塞的质量为21.50mkg，横截面积为2240.0scm；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为40.0lcm，气缸外大气压强为51.0010pPa，温度为303TK。初始时大活塞与大圆筒底部相距2l，两活塞间封闭气体的温度为1495Tk，现气缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移，忽略两活塞与气缸壁之间的摩擦，重力加速度g取210/ms，求（）在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，缸内封闭气体的温度；（）缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强。（年全国卷）()(分)一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形气缸内，汽缸壁导热良好，活塞可沿气缸壁无摩擦地滑动。开始时气体压强为，活塞下表面相对于气缸底部的高度为，外界温度为。现取质量为的沙子缓慢地倒在活塞的上表面，沙子倒完时，活塞下降了.若此后外界的温度变为，求重新到达平衡后气体的体积。已知外界大气的压强始终保持不变，重力加速度大小为。【答案】[课标Ⅱ()分]如图,两气缸、粗细均匀、等高且内壁光滑,其下部由体积可忽略的细管连通的直径是的倍上端封闭上端与大气连通;两气缸除顶部导热外,其余部分均绝热。两气缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞、,活塞下方充有氮气,活塞上方充有氧气。当大气压为、外界和气缸内气体温度均为7℃且平衡时,活塞离气缸顶的距离是气缸高度的41,活塞在气缸正中间。(ⅰ)现通过电阻丝缓慢加热氮气,当活塞恰好升至顶部时,求氮气的温度;(ⅱ)继续缓慢加热,使活塞上升。当活塞上升的距离是气缸高度的161时,求氧气的压强。（年全国卷）(分)如图，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管竖直放置。玻璃管的下部封有长cml0.251的空气柱，中间有一段长为cml0.252的水银柱，上部空气柱的长度cml0.403。已知大气压强为cmHgp0.750。现将一活塞（图中未画出）从玻璃管开口处缓缓往下推，使管下部空气柱长度变为cml0.20/1。假设活塞下推过程中没有漏气，求活塞下推的距离。15cm（年全国卷）(分)如图，两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同气缸直立放置，气缸底部和顶部均有细管连通，顶部的细管带有阀门。两气缸的容积均为，气缸中各有一个绝热活塞(质量不同，厚度可忽略)。开始时关闭，两活塞下方和右活塞上方充有气体(可视为理想气体)，压强分别为和；左活塞在气缸正中间，其上方为真空;右活塞上方气体体积为。现使气缸底与一恒温热源接触，平衡后左活塞升至气缸顶部，且与顶部刚好没有接触；然后打开，经过一段时间，重新达到平衡。已知外界温度为，不计活塞与气缸壁间的摩擦。求:()恒温热源的温度；()重新达到平衡后左气缸中活塞上方气体的体积（年全国卷）（）（分）如图，由形管和细管连接的玻璃泡、和浸泡在温度均为0°的水槽中，的容积是的倍。阀门将和两部分隔开。内为真空，和内都充有气体。形管内左边水银柱比右边的低60mm。打开阀门，整个系统稳定后，形管内左右水银柱高度相等。假设形管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积。（）求玻璃泡中气体的压强（以为单位）（）将右侧水槽的水从0°加热到一定温度时，形管内左右水银柱高度差又为60mm，求加热后右侧水槽的水温。【解题指南】解答本题应明确：打开阀门，气体做等温变化，平衡后、中气体压强等于中气体压强；加热右侧水槽，中气体做等容变化.【解析】(ⅰ)在打开阀门前，两水槽水温均为.设玻璃泡中气体压强为，体积为，玻璃泡中气体压强为，依题意有△①式中△.在打开阀门后，两水槽水温均为.设最终玻璃泡中气体压强为，依题意，有②玻璃泡和中气体的体积为③根据玻意耳定律得④[来源]联立①②③④式，并代入题给数据得mmHgpVVpABC180⑤(ⅱ)当右侧水槽的水温加热至′时，形管左右水银柱高度差为△.玻璃泡中气体压强为′△⑥玻璃泡的气体体积不变，根据查理定律得[来源:学科网][来源]TpTpCC0⑦[来源:学科网]联立②⑤⑥⑦式，并代入题给数据得′⑧【答案】（ⅰ）（ⅱ）（年全国卷）（）（分）如图，一上端开口，下端封闭的细长玻璃管，下部有长66cm的水银柱，中间封有长6.6cm的空气柱，上部有长44cm的水银柱，此时水银面恰好与管口平齐。已知大气压强为。如果使玻璃管绕低端在竖直平面内缓慢地转动一周，求在开口向下和转回到原来位置时管中空气柱的长度。封入的气体可视为理想气体，在转动过程中没有发生漏气。解析：理想气体的内能只由温度决定，由理想气体状态方程CTPV可知，若气体的压强和体积都不变，温度也不变，所以内能也一定不变，、选项正确。若气体的内能不变，则温度不变，但气体的压强和体积可以改变，项错误。若气体的温度升高，体积增大，其压强可以不变，项错误。由热力学第一定律WQU知，选项正确。解析：设玻璃管开口向上时，空气柱压强为301glPP①式中，g和分别表示水银的密度和重力加速度。玻璃管开口响下时，原来上部的水银有一部分会流出，封闭端会有部分真空。设此时开口端剩下的水银柱长度为，则12glP，02PgxP②式中，2P管内空气柱的压强。由玻意耳定律得)()(221shPslP③式中是此时空气柱的长度，为玻璃管的横截面积。由①②③式和题给条件得12cm④从开始转动一周后，设空气柱的压强为3P，则gxPP03⑤由玻意耳定律得)()(321hsPslP⑥式中，h是此时空气柱的长度。由①②③⑤⑥h9.2cm⑦（填正确答案标号，选对个给分，选对个得分，选对个得或分，每选错个扣分，最低得分分）（全国卷）（）（分）关于扩散现象，下列说法正确的是。．温度越高，扩散进行得越快．扩散现象是不同物质间的一种化学反应．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的（全国卷）（）（分）下列说法正确的是。．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同的方向上有不同的光学性质．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体．在合适的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变（全国卷）()分](多选)下列说法正确的是。.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动.空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点.高原地区水的沸点较低,这是高原地区温度较低的缘故.干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度,这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果（全国卷）(分)一定量的理想气体从状态