2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 培優(yōu)計(jì)劃 高考必考題突破講座（12）氣體實(shí)驗(yàn)定律的解題策略學(xué)案

高考必考題突破講座(十二)氣體實(shí)驗(yàn)定律的解題策略題型特點(diǎn)考情分析命題趨勢氣體實(shí)驗(yàn)定律的研究對(duì)象為一部分氣體或多部分氣體的高考題各占一半，研究對(duì)象為多部分氣體的問題，更能考查學(xué)生綜合分析能力，題型多為計(jì)算題或綜合性的選擇題，題目難度中等2017·全國卷，33(2)2016·全國卷，33(2)高考對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律或理想氣體狀態(tài)方程的考查頻率很高，多以大題出現(xiàn)，選擇題常與分子動(dòng)理論及熱力學(xué)定律綜合，預(yù)測2019年高考中本知識(shí)會(huì)以計(jì)算題形式出現(xiàn)1應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律及理想氣體狀態(tài)方程流程圖2涉及問題研究對(duì)象必須是質(zhì)量一定的氣體解題方法1玻意耳定律(等溫變化)2查理定律(等容變化)3蓋呂薩克定律(等壓變化)答題步驟1確定研究對(duì)象：它可以是由兩個(gè)或多個(gè)物體組成的系統(tǒng)，也可以是全部氣體和某一部分氣體(狀態(tài)變化時(shí)質(zhì)量必須一定)2確定狀態(tài)參量：找出變化前后的p、V、T數(shù)值或表達(dá)式3認(rèn)識(shí)變化過程：除題設(shè)條件指明外，常需通過研究對(duì)象跟周圍環(huán)境的相互關(guān)系來確定4列方程求解規(guī)范解答1文字?jǐn)⑹鲱惖念}目要規(guī)范解答，指代具體例如，對(duì)某部分氣體應(yīng)用玻意耳定律列方程2認(rèn)真審題，不要因粗心大意失分例如，T的單位是開爾文，不是攝氏度角度1與圖象有關(guān)的綜合問題與p­T、V­T圖象有關(guān)的問題，常與氣體實(shí)驗(yàn)定律、熱力學(xué)定律、氣體的微觀解釋等相結(jié)合，比其他單獨(dú)命題的題目難度大些，需要考生全面掌握、靈活運(yùn)用相關(guān)知識(shí)角度2關(guān)聯(lián)“多系統(tǒng)”氣體狀態(tài)變化問題多個(gè)系統(tǒng)相互聯(lián)系的定質(zhì)量氣體問題，往往以壓強(qiáng)建立起系統(tǒng)間的關(guān)系，各系統(tǒng)獨(dú)立進(jìn)行狀態(tài)分析，要確定每個(gè)研究對(duì)象的變化性質(zhì)，分別應(yīng)用相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)定律，并充分應(yīng)用各研究對(duì)象之間的壓強(qiáng)、體積、溫度等量的有效關(guān)聯(lián)若活塞可自由移動(dòng)，一般要根據(jù)活塞平衡確定兩部分氣體的壓強(qiáng)關(guān)系角度3關(guān)聯(lián)“多過程”氣體狀態(tài)變化問題研究對(duì)象(一定質(zhì)量的氣體)發(fā)生了多種不同性質(zhì)的變化，表現(xiàn)出“多過程”現(xiàn)象對(duì)于“多過程”現(xiàn)象，則要確定每個(gè)有效的“子過程”及其性質(zhì)，選用合適的實(shí)驗(yàn)定律，并充分應(yīng)用各“子過程”間的有效關(guān)聯(lián)解答時(shí)，特別注意變化過程可能的“臨界點(diǎn)”，找出臨界點(diǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)參量，在“臨界點(diǎn)”的前、后可以形成不同的“子過程”角度4變質(zhì)量氣體問題分析變質(zhì)量問題時(shí)，可通過巧妙地選擇研究對(duì)象，使這類問題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量氣體問題，用氣體實(shí)驗(yàn)定律求解(1)打氣問題：選擇原有氣體和即將充入的氣體作為研究對(duì)象，就可把充氣過程中的氣體質(zhì)量變化問題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量氣體的狀態(tài)變化問題(2)抽氣問題：將每次抽氣過程中抽出的氣體和剩余氣體作為研究對(duì)象，質(zhì)量不變，故抽氣過程可以看成是等溫膨脹過程(3)灌氣問題：把大容器中的剩余氣體和多個(gè)小容器中的氣體整體作為研究對(duì)象，可將變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量問題(4)漏氣問題：選容器內(nèi)剩余氣體和漏出氣體整體作為研究對(duì)象，便可使問題變成一定質(zhì)量氣體的狀態(tài)變化，可用理想氣體的狀態(tài)方程求解例1一定質(zhì)量的理想氣體，從初始狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B、C、D再回到狀態(tài)A，其體積V與溫度T的關(guān)系如圖所示圖中TA、VA和TD為已知量(1)從狀態(tài)A到B，氣體經(jīng)歷的是_等容_(選填“等溫”“等容”或“等壓”)過程；(2)從B到C的過程中，氣體的內(nèi)能_不變_(選填“增大”“減小”或“不變”)；(3)從C到D的過程中，氣體對(duì)外_做負(fù)功_(選填“做正功”“做負(fù)功”或“不做功”)，同時(shí)_放熱_(選填“吸熱”或“放熱”)；(4)氣體在狀態(tài)D時(shí)的體積VD！#解析本題主要考查理想氣體V­T圖象的變化過程分析和熱力學(xué)第一定律的理解，解題的關(guān)鍵是通過V­T圖象分析各狀態(tài)參量的變化，以及明確應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時(shí)各物量正、負(fù)的意義(1)由V­T圖象知，從狀態(tài)A到狀態(tài)B，氣體體積不變，即等容過程；(2)從B到C過程，氣體溫度不變，內(nèi)能不變；(3)從C到D過程，氣體的體積變小，溫度降低，氣體對(duì)外界做負(fù)功；由熱力學(xué)第一定律可判斷氣體放出熱量；(4)由氣體狀態(tài)方程，結(jié)合pApD得VD例2(2017·全國卷)如圖，容積均為V的氣缸A、B下端有細(xì)管(容積可忽略)連通，閥門K2位于細(xì)管的中部，A、B的頂部各有一閥門K1、K3；B中有一可自由滑動(dòng)的活塞(質(zhì)量、體積均可忽略)初始時(shí)，三個(gè)閥門均打開，活塞在B的底部；關(guān)閉K2、K3，通過K1給氣缸充氣，使A中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到大氣壓p0的3倍后關(guān)閉K1.已知室溫為27 ，氣缸導(dǎo)熱(1)打開K2，求穩(wěn)定時(shí)活塞上方氣體的體積和壓強(qiáng)；(2)接著打開K3，求穩(wěn)定時(shí)活塞的位置；(3)再緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體使其溫度升高20 ，求此時(shí)活塞下方氣體的壓強(qiáng)解析(1)設(shè)打開K2后，穩(wěn)定時(shí)活塞上方氣體的壓強(qiáng)為p1，體積為V1，依題意，被活塞分開的兩部分氣體都經(jīng)歷等溫過程由玻意耳定律得p0Vp1V1，(3p0)Vp1(2VV1)，聯(lián)立式得V1，p12p0.(2)打開K3后，由式知，活塞必定上升設(shè)在活塞下方氣體與A中氣體的體積之和為V2(V22V)時(shí)，活塞下氣體壓強(qiáng)為p2.由玻意耳定律得(3p0)Vp2V2，由式得p2p0，由式知，打開K3后活塞上升直到B的頂部為止；此時(shí)p2為p2p0(3)設(shè)加熱后活塞下方氣體的壓強(qiáng)為p3，氣體溫度從T1300 K升高到T2320 K的等容過程中，由查理定律得，將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式得p31.6p0答案(1)2p0(2)見解析(3)1.6 p0例3如圖，兩個(gè)側(cè)壁絕熱、頂部和底部都導(dǎo)熱的相同汽缸直立放置，汽缸底部和頂部均有細(xì)管連通，頂部的細(xì)管帶有閥門K.兩汽缸的容積均為V0，汽缸中各有一個(gè)絕熱活塞(質(zhì)量不同，厚度可忽略)開始時(shí)K關(guān)閉，兩活塞下方和右活塞上方充有氣體(可視為理想氣體)，壓強(qiáng)分別為p0和；左活塞在汽缸正中間，其上方為真空；右活塞上方氣體體積為.現(xiàn)使汽缸底與一恒溫?zé)嵩唇佑|，平衡后左活塞升至汽缸頂部，且與頂部剛好沒有接觸；然后打開K，經(jīng)過一段時(shí)間，重新達(dá)到平衡已知外界溫度為T0，不計(jì)活塞與汽缸壁間的摩擦，求：(1)恒溫?zé)嵩吹臏囟萒；(2)重新達(dá)到平衡后左汽缸中活塞上方氣體的體積Vx解析(1)與恒溫?zé)嵩唇佑|后，在K未打開時(shí)，右活塞不動(dòng)，兩活塞下方的氣體經(jīng)歷等壓過程，由蓋呂薩克定律得，由此得TT0.(2)由初始狀態(tài)的力學(xué)平衡條件可知，左活塞的質(zhì)量比右活塞的大，打開K后，左活塞下降至某一位置，右活塞必須升至汽缸頂才能滿足力學(xué)平衡條件汽缸頂部與外界接觸，底部與恒溫?zé)嵩唇佑|，兩部分氣體各自經(jīng)歷等溫過程，設(shè)左活塞上方氣體壓強(qiáng)為p，由玻意耳定律得pVx·，(pp0)(2V0Vx)p0·V0，聯(lián)立得6VV0VxV0.其一解為Vx，另一解VxV0，不合題意，舍去答案(1)T0(2)V0例4(2017·湖北武漢質(zhì)檢)某醫(yī)院使用的氧氣瓶容積為32 L，在溫度為27 時(shí)瓶內(nèi)壓強(qiáng)為15 atm，按規(guī)定當(dāng)使用到17 時(shí)壓強(qiáng)降到1 atm，便應(yīng)重新充氣該醫(yī)院在22 時(shí)，平均每天用0.1 atm的氧氣429 L，問一瓶氧氣能用多少天？解析設(shè)一瓶氧氣能用n天，據(jù)題意，氣體初態(tài)時(shí)p015 atm，V032 L，T0300 Kn天用掉的氧氣p10.1 atm，V1429n L，T1295 K瓶內(nèi)剩余的氧氣p21 atm，V232 L，T2290 K由分態(tài)式理想氣體狀態(tài)方程得，代入數(shù)據(jù)得n10，所以一瓶氧氣能用10天答案10天1(多選)一定質(zhì)量理想氣體的狀態(tài)經(jīng)歷了如圖所示的ab、bc、cd、da四個(gè)過程，其中bc的延長線通過原點(diǎn)，cd垂直于ab且與水平軸平行，da與bc平行則氣體體積在(AB)Aab過程中不斷增加Bbc過程中保持不變Ccd過程中不斷增加Dda過程中保持不變解析因?yàn)閎c的延長線通過原點(diǎn)，所以bc是等容線，即氣體體積在bc過程中保持不變，選項(xiàng)B正確；ab是等溫線，壓強(qiáng)減小則體積增大，選項(xiàng)A正確；cd是等壓線，溫度降低則體積減小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；連接aO交cd于e，則ae是等容線，即VaVe，因?yàn)閂dVe，所以VdVe，所以da過程中體積不是保持不變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤2(2018·江蘇鎮(zhèn)江模擬)容積為2 L的燒瓶，在壓強(qiáng)為1.0×105 Pa時(shí)，用塞子塞住，此時(shí)溫度為27 ；當(dāng)把它加熱到127 時(shí)，塞子被打開了，稍過一會(huì)兒，重新把塞子塞好，停止加熱并使它逐漸降溫到27 ，求：(1)塞子打開前的最大壓強(qiáng)；(2)27 時(shí)剩余空氣的壓強(qiáng)解析塞子打開前，瓶內(nèi)氣體的狀態(tài)變化為等容變化塞子打開后，瓶內(nèi)有部分氣體會(huì)逸出，此后應(yīng)選擇瓶中剩余氣體為研究對(duì)象，再利用查理定律求解(1)塞子打開前，選瓶中氣體為研究對(duì)象初態(tài)p11.0×105 Pa，T1(27327) K300 K末態(tài)p2？，T2(273127) K400 K由查理定律可得p2×1.0×105 Pa1.33×105 Pa(2)重新將塞子塞緊后，選瓶中剩余氣體為研究對(duì)象初態(tài)p11.0×105 Pa，T1400 K末態(tài)p2？，T2300 K由查理定律可得p2×1.0×1050.75×105 Pa答案(1)1.33×105 Pa(2)0.75×105 Pa3一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在豎直放置的圓柱形汽缸內(nèi)，汽缸壁導(dǎo)熱良好，活塞可沿汽缸壁無摩擦地滑動(dòng)開始時(shí)氣體壓強(qiáng)為p，活塞下表面相對(duì)于汽缸底部的高度為h，外界的溫度為T0.現(xiàn)取質(zhì)量為m的沙子緩慢地倒在活塞的上表面，沙子倒完時(shí)，活塞下降了.若此后外界的溫度變?yōu)門，求重新達(dá)到平衡后氣體的體積已知外界大氣的壓強(qiáng)始終保持不變，重力加速度大小為g解析設(shè)汽缸的橫截面積為S，沙子倒在活塞上后，對(duì)氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)為p，由玻意耳定律得phS(pp)(hh)S，解得pp，外界的溫度變?yōu)門后，設(shè)活塞距底面的高度為h，根據(jù)蓋呂薩克定律，得，解得hh，據(jù)題意可得p，氣體最后的體積VSh，聯(lián)立式得V答案4如圖所示，由U形管和細(xì)管連接的玻璃泡A、B和C浸泡在溫度均為0 的水槽中，B的容積是A的3倍閥門S將A和B兩部分隔開A內(nèi)為真空，B和C內(nèi)都充有氣體U形管內(nèi)左邊水銀柱比右邊的低60 mm.打開閥門S，整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定后，U形管內(nèi)左右水銀柱高度相等假設(shè)U形管和細(xì)管中的氣體體積遠(yuǎn)小于玻璃泡的容積(1)求玻璃泡C中氣體的壓強(qiáng)(以mmHg為單位)；(2)將右側(cè)水槽的水從0 加熱到一定溫度時(shí)，U形管內(nèi)左右水銀柱高度差又為60 mm，求加熱后右側(cè)水槽的水溫解析(1)在打開閥門S前，兩水槽水溫均為T0273 K設(shè)玻璃泡B中氣體的壓強(qiáng)為p1，體積為V1VB，玻璃泡C中氣體的壓強(qiáng)為pC，依題意有p1pCp，式中p60 mmHg.打開閥門S后，兩水槽水溫仍為T0，設(shè)玻璃泡B中氣體的壓強(qiáng)為pB，依題意，有p2pBpC，玻璃泡A和B中氣體的體積V2VAVB，根據(jù)玻意耳定律得p1V1p2V2，聯(lián)立式，并代入已知數(shù)據(jù)得pCp180 mmHg.(2)當(dāng)右側(cè)水槽的水溫加熱至T時(shí)，U形管左右水銀柱高度差為p玻璃泡C中氣體的壓強(qiáng)pCpBp，玻璃泡C的氣體體積不變，根據(jù)查理定律得，聯(lián)立式，并代入題給數(shù)據(jù)得T364 K答案(1)180 mmHg(2)364 K5(2018·江西南昌模擬)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體密封在體積為V0的容器中，室溫為T0300 K，有一光滑導(dǎo)熱活塞C(不占體積)將容器分成A、B兩室，B室的體積是A室的兩倍，A室容器連接有一U形管(U形管內(nèi)氣體的體積忽略不計(jì))，兩邊水銀柱高度差為76 cm，B室容器連接有一閥門K，可與大氣相通(外界大氣壓強(qiáng)P076 cmHg)(1)將閥門K打開后，A室的體積變成多大？(2)在(1)的情況下，將容器加熱到500 K，U形管內(nèi)兩邊水銀面的高度差為多少？解析(1)打開閥門，A室內(nèi)氣體壓強(qiáng)最終會(huì)與外界相同，氣體做等溫變化pA1(7676) cmHg，體積VA1V0，pA276 cmHg，由玻意耳定律得pA1VA1pA2VA2，代入數(shù)據(jù)解得VA2V0(2)從T0300 K升高到T，體積恰好變?yōu)閂0，該過程氣體做等壓變化，由蓋呂薩克定律得，解得T450 KT1500 K450 K，故從T450 K升高到T1500 K，壓強(qiáng)變?yōu)閜A3，該過程氣體做等容變化，由查理定律得，代入數(shù)據(jù)解得pA3p0，pp08.4 cmHg，加熱到500 K時(shí)，水銀面高度差為8.4 cm答案(1)V0(2)8.4 cm6(2017·山東濟(jì)南模擬)如圖甲所示是一定質(zhì)量的氣體由狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的VT圖象已知?dú)怏w在狀態(tài)A時(shí)的壓強(qiáng)是1.5×105 Pa(1)寫出從A到B過程中壓強(qiáng)變化的情形，并根據(jù)圖象提供的信息，計(jì)算圖中TA的值；(2)請?jiān)趫D乙坐標(biāo)系中，作出由狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的pT圖線，并在圖線相應(yīng)位置上標(biāo)出字母A、B、C.如果需要計(jì)算才能確定有關(guān)坐標(biāo)值，請寫出計(jì)算過程解析(1)由圖甲可以看出，A與B的連線的延長線過原點(diǎn)O，所以從A到B是一個(gè)等壓變化過程，即pApB根據(jù)蓋呂薩克定律可得，所以TA K200 K(2)由圖甲可以看出，從B到C是一個(gè)等容變化過程，根據(jù)查理定律得，所以pC Pa2.0×105 Pa，則可作出由狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的pT圖象如圖所示答案(1)見解析(2)如圖所示9