高二物理选修3-3气体定律的应用
12页1、1 高中气体定律运用的习题一、玻意耳定律:pVC(C为常量)等温变化微观解释:一定质量的理想气体,温度保持不变时,分子的平均动能是一定的,在这种情况下,体积减少时, 分子的密集程度增大,气体的压强就增大。适用条件: 压强不太大, 温度不太低。 图象表达:2 二、查理定律:pCT(C为常量)等容变化微观解释:一定质量的气体,体积保持不变时,分子的密集程度保持不变,在这种情况下,温度升高时,分子的平均动能增大,气体的压强就增大。适用条件:温度不太低,压强不太大。图象表达:三、盖吕萨克定律:VC T(C为常量)等压变化微观解释:一定质量的气体,温度升高时,分子的平均动能增大,只有气体的体积同时增大,使分子的密集程度减少,才能保持压强不变。适用条件:压强不太大,温度不太低。图象表达:3 四、理想气体宏观上:严格遵守三个实验定律的气体,在常温常压下实验气体可以看成理想气体。微观上:分子间的作用力可以忽略不计, 故一定质量的理想气体的内能只与温度有关,与体积无关。理想气体的方程:pVCT五、气体压强的微观解释解释:大量分子频繁的撞击器壁的结果。影响气体压强的因素:气体的平均分子动能(温度)分子的密
2、集程度即单位体积内的分子数。理想气态状态方程的应用:理想气体状态方程有两种表达形式和首先应理解两种气态方程的不同的适用范围:所表示的是定质量的气体发生变化后的两个状态之间的关系则表述了任一状态下,理想气体状态参量之间的关系【例题分析】例 1、如图,水银柱长度h=10cm,外界大气压强P0=76cm ,求封闭气体的压强。解:取水银柱与外界大气交界面处的薄液片为研究对象,设管的截面积为S,则:(PA+Ph)S=P0S 4 PA=P0Ph=76 10=66(cmHg) 说明;选取较低液面处的液片( 因液体压强是由液体重力产生的) 进行分析,列出方程,求解决与液体有关的压强问题的常规方法。例 2、若上题中试管倾斜放置试管与水平面夹角成30,如图,求封闭气体的压强。解:选取较低液面处的液片,进行分析 PA=Ph+P0PA=10sin30 +76=1210+76=81cmHg 注意 液柱产生压强Ph=gh 中的 h 应为竖直高度。例 3、 如图, 一端封闭的U形管内封闭了一段气柱A, 已知水银柱长度h=6cm, 外界大气压强P0=76cmHg ,求封闭气体A的压强。解:在图甲中根据液体压强的特点,
3、加在a 处的向上压强PA与加在 h 段水银柱上液面b 向下的压强相等。取C处的液片进行分析得:P0=PA+Ph PA=P0Ph=76 6 =70(cmHg) 在图乙中,加在a 处的向下的压强PA与加在 h段水银柱的下液面b 处的向上的压强相等。取b 处液片进行分析得:PA=P0+PhPA=76+6=82(cmHg) 说明:U型管问题中, 要充分利用同种液体同一深度压强相等的特点,选取合适的较低液片进行分析,求压强。例 4、如图,气缸横截面积为S,重力为G1的活塞在气缸中封一部分气体A 。活塞与气缸无摩擦。一个竖直绳拴着活塞跨过两个定滑轮,另一端拴一个静止的重力为G2的物体, 设大气压强为P0,求被封气体 A的压强。解:本题必须对活塞进行受力分析来间接求气体A的压强。活塞受力图:根据平衡条件有:T+PAS=P0S+G1又 T=G2 PA=P0+GGS12(P0为大气压强 ) 5 例 5、上题中, 若气缸中活塞下表面与水平面夹角为解:对活塞进行受力分析:此时活塞受到的被封气体压力是A气体压强与活塞倾斜面面积的乘积PAScos,且活塞要受到气缸壁的支持力N。正交分解PAS cos ,根据活塞
4、平衡条件有:TGTP SP SGNP SAA201((cos)coscos) sin由得:PA=P0+GGS12例 6、如图所示,横截面积为S的粗细均匀的一端封闭一端开口的直玻璃管,内有长为h 的水银柱封有一部分气体A,玻璃管在竖直方向有向下的加速度a,设水银的密度为,大气压压强为P0,求被封气体的压强。解:对水银柱进行受力分析,列动力学方程根据牛顿第二定律:PAS+G P0S=ma M为水银柱质量,则m= hS G= ghS 则 PAS+ ghSP0S=hSa PA=P0+h(a g) 例 7、 如图, 托里折利实验装置中, 玻璃管长=1 米, 玻璃管截面积S=1cm2, 外界大气压强P0=75cmHg ,玻璃管中混入V=2cm3气体,求水银柱的高度h。解:以混入的2cm3的气体为研究对象初状态: P1=P0=75cmHg V1=V=2cm3末状态: P2=P0Ph=(75 h)cmHg V2=( h)S=(100 h)cm3根据玻 马定律: P1V1=P2V2752=(75 h)(100 h) h2175h+7350=0 h=70cm或 h=105cm(舍去 ) 6 例 8、如图,
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