【精品】2019版高中物理第二章气体微型专题学案教科版选修3-3.pdf
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1、1微型专题气体实验定律的应用 学习目标 1.会计算封闭气体的压强.2.会处理变质量问题.3.理解液柱移动问题的分析方法.4.能用气体实验定律解决一些综合问题一、封闭气体压强的计算1容器静止或匀速运动时求封闭气体的压强(1)连通器原理(取等压面法):在连通器中,同一液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强是相等的液体内深h处的总压强pp0gh,p0为液面上方的压强注意:在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强phgh时,应特别注意h是表示液面间竖直高度,不一定是液柱长度求由液体封闭的气体压强,应选择最低液面列平衡方程(2)受力平衡法:选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析,得到液
2、柱(或活塞)的受力平衡方程,求得气体的压强2容器加速运动时求封闭气体的压强当容器加速运动时,通常选择与气体相关联的液柱、固体等作为研究对象,进行受力分析,然后由牛顿第二定律列方程,求出封闭气体的压强例 1若已知大气压强为p0,在图 1 中各装置均处于静止状态,求被封闭气体的压强(重力加速度为g)图 1 答案甲:p0gh乙:p0gh丙:p032gh丁:p0gh1解析在题图甲中,以高为h的液柱为研究对象,由平衡方程知:p气S ghSp0S得p气p0gh在题图乙中,以B液面为研究对象,由平衡方程有:pASghSp0Sp气pAp0gh在题图丙中,以液面B为研究对象,有:2pAghsin60 pBp0得
3、p气pAp032gh在题图丁中,以液面A为研究对象,由平衡方程得:pAS(p0gh1)S得p气pAp0gh1例 2如图 2 所示,设活塞质量为m,活塞面积为S,汽缸质量为M,重力加速度为g,求被封闭气体的压强图 2 答案甲:p0mgS乙:p0MgS丙:MFMmSp0解析甲中选活塞为研究对象,由合力为零得p0SmgpS故pp0mgS乙中选汽缸为研究对象,得pSMgp0S故pp0MgS丙中选整体为研究对象得F(Mm)a再选活塞为研究对象得Fp0SpSma由得pMFMmSp0.例 3图 3 中相同的A、B汽缸的长度、横截面积分别为30cm和 20cm2,C是可在汽缸B内无摩擦滑动的、体积不计的活塞,
4、D为阀门整个装置均由导热材料制成起初阀门关闭,A内有压强为pA2.0 105Pa的氮气,B内有压强为pB1.0 105Pa的氧气,活塞C处于图中所示位置阀门打开后,活塞移动,最后达到平衡,求活塞C移动的距离及平衡后B中气体的压强(假定氧气和氮气均为理想气体,连接汽缸的管道体积可忽略不计)图 3 答案10cm 1.5 105Pa 3解析由玻意耳定律:对A部分气体有:pALSp(Lx)S对B部分气体有:pBLSp(Lx)S代入相关数据解得:x10cm p1.5 105Pa.解决汽缸类问题的一般思路1弄清题意,确定研究对象,一般来说,研究对象分两类:一类是热学研究对象(一定质量的气体);另一类是力学
5、研究对象(汽缸、活塞或某系统)2分析清楚题目所述的物理过程,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;对力学研究对象要进行正确的受力分析,依据力学规律列出方程3注意挖掘题目的隐含条件,如压强关系、体积关系等,列出辅助方程4多个方程联立求解对求解的结果注意检验它们的合理性二、变质量问题例 4某种喷雾器的贮液筒的总容积为7.5L,如图 4 所示,装入 6L 的药液后再用密封盖将贮液筒密封,与贮液筒相连的活塞式打气筒每次能压入300cm3、1atm 的空气,设整个过程温度保持不变,求:图 4(1)要使贮液筒中空气的压强达到4atm,打气筒应打压几次?(2)在贮液筒中空
6、气的压强达到4atm 时,打开喷嘴使其喷雾,直到内外气体压强相等,这时筒内还剩多少药液?答案(1)15(2)1.5L 解析(1)设每打一次气,贮液筒内增加的压强为p,整个过程温度保持不变,由玻意耳定律得:1atm300cm31.5 103cm3p,p0.2atm 需打气次数n410.215(2)设停止喷雾时贮液筒内气体体积为V由玻意耳定律得:4atm1.5L 1atmVV6L 故还剩药液7.5L 6L1.5L.4在对气体质量变化的问题分析和求解时,首先要将质量变化的问题变成质量不变的问题,否则不能应用气体实验定律.如漏气问题,不管是等温漏气、等容漏气,还是等压漏气,都要将漏掉的气体收回来.可以
7、设想有一个“无形弹性袋”收回漏气,且漏掉的气体和容器中剩余气体同温、同压,这样就把变质量问题转化为定质量问题,然后再应用气体实验定律求解.三、液柱移动问题用液柱或活塞隔开两部分气体,当气体温度变化时,气体的状态参量p、V、T都发生了变化,直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难,通常先进行气体状态的假设,然后应用查理定律求解其一般思路为:(1)先假设液柱或活塞不动,两部分气体均做等容变化(2)对两部分气体分别应用查理定律的分比形式ppTT,求出每部分气体压强的变化量p,并加以比较说明:液柱是否移动,取决于液柱两端受力是否平衡当液柱两边横截面积相等时,只需比较压强的变化量;液柱两边横截面积不相等时,
8、则应比较变化后液柱两边受力的大小例 5如图 5 所示,两端封闭粗细均匀、竖直放置的玻璃管内有一长为h的水银柱,将管内气体分为两部分,已知l22l1.若使两部分气体同时升高相同的温度,则管内水银柱将(设原来温度相同)()图 5 A向上移动B向下移动C水银柱不动D无法判断答案A 解析由ppTT得 p1TTp1,p2TTp2,由于p1p2,所以 p1p2,水银柱向上移动选项A正确此类问题中,如果是气体温度降低,则T为负值,p亦为负值,表示气体压强减小,那么降温后水银柱应该向压强减小得多的一方移动.四、气体实验定律的综合应用应用气体实验定律的解题步骤:5(1)确定研究对象,即被封闭的气体(2)分析被研
9、究气体在状态变化时是否符合定律条件,是否是质量和体积保持不变或质量和压强保持不变(3)确定初、末两个状态的六个状态参量p1、V1、T1、p2、V2、T2.(4)按玻意耳定律、查理定律或盖吕萨克定律列式求解(5)求解结果并分析、检验例 6如图 6 所示,上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置,横截面积为40cm2的活塞将一定质量的气体和一形状不规则的固体A封闭在汽缸内 在汽缸内距缸底60cm处设有a、b两限制装置,使活塞只能向上滑动开始时活塞搁在a、b上,缸内气体的压强为p0(p01.0 105Pa为大气压强),温度为 300K现缓慢加热汽缸内气体,当温度为330K时,活塞恰好离开a、b;当温度为36
10、0K时,活塞上升了4cm.g取 10m/s2,求:图 6(1)活塞的质量;(2)物体A的体积答案(1)4kg(2)640cm3解析(1)设物体A的体积为V.T1300K,p11.0 105Pa,V1(60 40 V)cm3T2330K,p2 1.0 105mg40104Pa,V2V1T3360K,p3p2,V3(64 40V)cm3由状态 1 到状态 2 为等容过程,由查理定律有p1T1p2T2代入数据得m4kg(2)由状态 2 到状态 3 为等压过程,由盖吕萨克定律有V2T2V3T3代入数据得V640cm3.1(压强的计算)如图 7 所示,汽缸悬挂在天花板上,缸内封闭着一定质量的气体A,已知
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