最新高中物理模块要点回眸第14点气体变质量问题的处理素材教科版3-3!

专题强化十四 应用气体实验定律解决“三类模型问题” 专题解读 1.本专题是气体实验定律在玻璃管液封模型、汽缸活塞类模型、变质量气体模型中的应用，高考在选考模块中通常以计算题的形式命题.2.学好本专题能够帮忙同窗们熟练的选取研究对象和状态转变进程，把握处置三类模型问题的大体思路和方式.3.本专题用到的相关知识和方式有：受力分析、压强的求解方式、气体实验定律等.命题点一 “玻璃管液封”模型1.三大气体实验定律(1)玻意耳定律(等温转变)：p 1V 1＝p 2V 2或pV ＝C (常数).(2)查理定律(等容转变)：p 1T 1＝p 2T 2或pT＝C (常数). (3)盖—吕萨克定律(等压转变)：V 1T 1＝V 2T 2或VT＝C (常数). 2.利用气体实验定律及气态方程解决问题的大体思路3.玻璃管液封模型求液柱封锁的气体压强时，一样以液柱为研究对象分析受力、列平稳方程，要注意：(1)液体因重力产生的压壮大小为p ＝ρgh (其中h 为至液面的竖直高度)；(2)不要漏掉大气压强，同时又要尽可能平稳掉某些大气的压力；(3)有时可直接应用连通器原理——连通器内静止的液体，同种液体在同一水平面上遍地压强相等；(4)当液体为水银时，可灵活应用压强单位“cmHg”等，使计算进程简捷.类型1 单独气体问题例1 (2017·全国卷Ⅲ·33(2))一种测量稀薄气体压强的仪器如图1(a)所示，玻璃泡M 的上端和下端别离连通两竖直玻璃细管K 1和长为l ，顶端封锁，K 2上端与待测气体连通；M 下端经橡皮软管与充有水银的容器R 连通.开始测量时，M 与K 2相通；慢慢提升R ，直到K 2中水银面与K 1顶端等高，现在水银已进入K 1，且K 1中水银面比顶端低h ，如图(b)所示.设测量进程中温度、与K 2相通的待测气体的压强均维持不变.已知K 1和K 2的内径均为d ，M 的容积为V 0，水银的密度为ρ，重力加速度大小为g .求：图1(1)待测气体的压强；(2)该仪器能够测量的最大压强.答案 (1)ρπgh 2d 24V 0＋πd 2(l －h )(2)πρgl 2d 24V 0 解析 (1)水银面上升至M 的下端使玻璃泡中气体恰好被封住，设现在被封锁的气体的体积为V ，压强等于待测气体的压强p .提升R ，直到K 2中水银面与K 1顶端等高时，K 1中水银面比顶端低h ；设现在封锁气体的压强为p 1，体积为V 1，那么V ＝V 0＋14πd 2l ① V 1＝14πd 2h ② 由力学平稳条件得p 1＝p ＋ρgh ③整个进程为等温进程，由玻意耳定律得pV ＝p 1V 1④联立①②③④式得p ＝ρπgh 2d 24V 0＋πd 2(l －h )⑤ (2)由题意知h ≤l ⑥联立⑤⑥式有p ≤πρgl 2d 24V 0⑦ 该仪器能够测量的最大压强为p max ＝πρgl 2d 24V 0. 变式1 (2018·山西省吕梁市第一次模拟)如图2所示，一根两头开口、横截面积为S ＝2 cm 2、足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定(插入水银槽中的部份足够深).管中有一个质量不计的滑腻活塞，活塞下封锁着长L ＝21 cm 的气柱，气体的温度为t 1＝7 ℃，外界大气压强取p 0＝×105 Pa.图2(1)假设在活塞上放一个质量为m ＝ kg 的砝码，维持气体的温度t 1不变，那么平稳后气柱为多长？ (g ＝10 m/s 2)(2)假设维持砝码的质量不变，对气体加热，使其温度升高到t 2＝77 ℃，现在气柱为多长？(3)假设在(2)进程中，气体吸收的热量为10 J ，那么气体的内能增加多少？答案 (1)20 cm (2)25 cm (3) J解析 (1)被封锁气体的初状态为p 1＝p 0＝×105 PaV 1＝LS ＝42 cm 3，T 1＝280 K末状态为p 2＝p 0＋mg S＝×105 Pa ， V 2＝L 2S ，T 2＝T 1＝280 K依照玻意耳定律，有p 1V 1＝p 2V 2，即p 1L ＝p 2L 2，得L 2＝20 cm(2)对气体加热后，气体的压强不变，p 3＝p 2，V 3＝L 3S ，T 3＝350 K依照盖－吕萨克定律，有V2 T2＝V3T3，即L2T2＝L3T3，得L3＝25 cm.(3)外界对气体做的功W＝－p2Sh＝－p2S(L3－L2)＝－J依照热力学第必然律ΔU＝Q＋W得ΔU＝10 J＋(－J)＝J，即气体的内能增加了J.类型2关联气体问题例2(2018·全国卷Ⅲ·33(2))如图3所示，在两头封锁、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱，水银柱的两头各封锁有一段空气.当U形管两头竖直朝上时，左、右两边空气柱的长度别离为l1＝cm和l2＝cm，左侧气体的压强为cmHg.现将U形管缓慢平放在水平桌面上，没有气体从管的一边通过水银逸入另一边.求U形管平放时两边空气柱的长度.(在整个进程中，气体温度不变)图3答案cm cm解析设U形管两头竖直朝上时，左、右两边气体的压强别离为p1和形管水平放置时，两边气体压强相等，设为p.现在原左、右两边气柱长度别离变成l1′和l2′.由力的平稳条件有p1＝p2＋ρg(l1－l2)①式中ρ为水银密度，g为重力加速度大小.由玻意耳定律有p1l1＝pl1′②p2l2＝pl2′③两边气柱长度的转变量大小相等l1′－l1＝l2－l2′④由①②③④式和题给条件得l1′＝cml2′＝cm.变式2(2018·山东省青岛市二模)竖直放置的粗细均匀的U形细玻璃管两臂别离灌有水银，水平管部份有一空气柱，各部份长度如图4所示，单位为厘米.现将管的右端封锁，从左管口缓慢倒入水银，恰好使右边的水银全数进入竖直右管中，已知大气压强p0＝75 cmHg，环境温度不变，左管足够长.求：图4(1)现在右管封锁气体的压强；(2)左侧管中需要倒入水银柱的长度.答案(1)100 cmHg(2) cm解析设管内的横截面积为S，(1)对右管中封锁气体，水银恰好全数进入竖直右管后p0×40S＝p1×(40－10)S，解得：p1＝100 cmHg(2)对水平部份气体，末态压强：p′＝(100＋15＋10) cmHg＝125 cmHg，由玻意耳定律：(p0＋15)×15S＝p′LS解得：L＝cm因此加入水银柱的长度为：125 cm－75 cm＋10 cm－cm＝cm.命题点二 “汽缸活塞类”模型汽缸活塞类问题是热学部份典型的物理综合题，它需要考虑气体、汽缸或活塞等多个研究对象，涉及热学、力学等物理知识，需要灵活、综合地应用知识来解决问题.1.一样思路(1)确信研究对象，一样地说，研究对象分两类：一类是热学研究对象(必然质量的理想气体)；另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统).(2)分析物理进程，对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态转变进程，依据气体实验定律列出方程；对力学研究对象要正确地进行受力分析，依据力学规律列出方程.(3)挖掘题目的隐含条件，如几何关系等，列出辅助方程.(4)多个方程联立求解.对求解的结果注意查验它们的合理性.2.常见类型(1)气体系统处于平稳状态，需综合应用气体实验定律和物体的平稳条件解题.(2)气体系统处于力学非平稳状态，需要综合应用气体实验定律和牛顿运动定律解题.(3)两个或多个汽缸封锁着几部份气体，而且汽缸之间彼此关联的问题，解答时应别离研究各部份气体，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程，还要写出各部份气体之间压强或体积的关系式，最后联立求解.类型1 单独气体问题例3 (2018·全国卷Ⅱ·33(2))如图5，一竖直放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有卡口a 和b ，a 、b 间距为h ，a 距缸底的高度为H ；活塞只能在a 、b 间移动，其下方密封有必然质量的理想气体.已知活塞质量为m ，面积为S ，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均绝热，不计它们之间的摩擦.开始时活塞处于静止状态，上、下方气体压强均为p 0，温度均为T 0.现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活塞恰好抵达b 处.求现在汽缸内气体的温度和在此进程中气体对外所做的功.(重力加速度大小为g )图5答案 ⎝⎛⎭⎫1＋h H ⎝⎛⎭⎫1＋mg p 0S T 0 (p 0S ＋mg )h 解析 开始时活塞位于a 处，加热后，汽缸中的气体先经历等容进程，直至活塞开始运动.设现在汽缸中气体的温度为T 1，压强为p 1，依照查理定律有p 0T 0＝p 1T 1① 依照力的平稳条件有p 1S ＝p 0S ＋mg ②联立①②式可得T 1＝⎝⎛⎭⎫1＋mg p 0S T 0③ 尔后，汽缸中的气体经历等压进程，直至活塞恰好抵达b 处，设现在汽缸中气体的温度为T 2；活塞位于a 处和b 处时气体的体积别离为V 1和V 2.依照盖—吕萨克定律有V 1T 1＝V 2T 2④ 式中V 1＝SH ⑤V 2＝S (H ＋h )⑥联立③④⑤⑥式解得T 2＝⎝⎛⎭⎫1＋h H ⎝⎛⎭⎫1＋mg p 0S T 0⑦ 从开始加热到活塞抵达b 处的进程中，汽缸中的气体对外做的功为W ＝(p 0S ＋mg )h .⑧类型2 关联气体问题例4 (2018·全国卷Ⅰ·33(2))如图6，容积为V 的汽缸由导热材料制成，面积为S 的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部份，汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连，细管上有一阀门K.开始时，K 关闭，汽缸内上下两部份气体的压强均为p 0.现将K 打开，容器内的液体缓慢地流入汽缸，当流入的液体体积为V 8时，将K 关闭，活塞平稳时其下方气体的体积减小了V 6.不计活塞的质量和体积，外界温度维持不变，重力加速度大小为g .求流入汽缸内液体的质量.图6答案 15p 0S 26g 解析 设活塞再次平稳后，活塞上方气体的体积为V 1，压强为p 1，下方气体的体积为V 2，压强为p 2.在活塞下移的进程中，活塞上、下方气体的温度均维持不变，由玻意耳定律得 p 0·V 2＝p 1V 1 p 0·V 2＝p 2V 2 由已知条件得V 1＝V 2＋V 6－V 8＝1324V V 2＝V 2－V 6＝V 3设活塞上方液体的质量为m ，由力的平稳条件得p 2S ＝p 1S ＋mg联立以上各式得m ＝15p 0S 26g. 变式3 (2017·全国卷Ⅰ·33(2))如图7，容积均为V 的汽缸A 、B 下端有细管(容积可忽略)连通，阀门K 2位于细管的中部，A 、B 的顶部各有一阀门K 1、K 3；B 中有一可自由滑动的活塞(质量、体积都可忽略).初始时，三个阀门均打开，活塞在B 的底部；关闭K 2、K 3，通过K 1给汽缸充气，使A 中气体的压强达到大气压p 0的3倍后关闭K 1.已知室温为27 ℃，汽缸导热.图7(1)打开K 2，求稳固时活塞上方气体的体积和压强；(2)接着打开K 3，求稳固时活塞的位置；(3)再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20 ℃，求现在活塞下方气体的压强.答案 (1)V 2 2p 0 (2)B 的顶部 (3) 解析 (1)设打开K 2后，稳固时活塞上方气体的压强为p 1，体积为V 1.依题意，被活塞分开的两部份气体都经历等温进程.由玻意耳定律得p 0V ＝p 1V 1①3p 0V ＝p 1(2V －V 1)②联立①②式得V 1＝V 2③ p 1＝2p 0④(2)打开K 3后，由④式知，活塞必然上升.设在活塞下方气体与A 中气体的体积之和为V 2(V 2≤2V )时，活塞下气体压强为p 2，由玻意耳定律得3p 0V ＝p 2V 2⑤由⑤式得p 2＝3V V 2p 0⑥ 由⑥式知，打开K 3后活塞上升直到B 的顶部为止；现在p 2＝32p 0 (3)设加热后活塞下方气体的压强为p 3，气体温度从T 1＝300 K 升高到T 2＝320 K 的等容进程中，由查理定律得p 2T 1＝p 3T 2⑦ 将有关数据代入⑦式得p 3＝.例5 (2018·福建省泉州市模拟三)如图8，在固定的汽缸A 和B 中别离用活塞封锁必然质量的理想气体，活塞面积之比为S A ∶S B ＝1∶2.两活塞以穿过B 的底部的刚性细杆相连，可沿水平方向无摩擦滑动.两个汽缸都不漏气.初始时，A 、B 中气体的体积皆为V 0，温度皆为T 0＝300 K ，A 中气体压强p A ＝，p 0是汽缸外的大气压强.现对A 加热，使其中气体的压强升到p A ′＝，同时维持B 中气体的温度不变.求现在A 中气体温度T A ′.图8答案 500 K解析 活塞平稳时，由平稳条件得： p A S A ＋p B S B ＝p 0(S A ＋S B ) p A ′S A ＋p B ′S B ＝p 0(S A ＋S B ) 已知S B ＝2S AB 中气体初、末态温度相等，设末态体积为V B ， 由玻意耳定律得：p B V 0＝p B ′V B设A 中气体末态的体积为V A ，因为两活塞移动的距离相等， 故有V A －V 0S A ＝V B －V 0S B对气体A ，由理想气体状态方程得：p A V 0T 0＝p A ′V AT A ′解得：T A ′＝500 K.变式4 (2018·福建省南平市适应性检测)如图9所示，结构相同的绝热汽缸A 与导热汽缸B 均固定于地面，由水平刚性细杆连接横截面积相同的绝热活塞a 、b ，绝热活塞a 、b 与两汽缸间均无摩擦.将必然质量的气体封锁在两汽缸中，开始时活塞静止，活塞与各自汽缸底部距离均相等，B 汽缸中气体压强等于大气压强p 0＝×105 Pa ，A 汽缸中气体温度T A ＝300 K ，设环境温度始终不变.现通过电热丝缓慢加热A 汽缸中的气体，停止加热达到稳固后，汽缸B 中活塞距缸底的距离为开始状态的45，求：图9(1)B 汽缸气体的压强； (2)A 汽缸气体的温度. 答案 (1)×105 Pa (2)450 K解析 (1)对汽缸B 中的气体，由玻意耳定律： p 0V ＝p B 45V ①解得p B ＝×105 Pa ②(2)加热前A 汽缸中的气体压强等于B 汽缸中的气体压强p 0＝×105 Pa 由于通过刚性细杆连接活塞，加热稳固后有：p A ＝p B ③ V A ＝65V ④由气体状态方程得：p 0VT A ＝p A 65V T A ′⑤联立②③④⑤得：T A ′＝450 K.命题点三 “变质量气体”模型分析变质量气体问题时，要通过巧妙地选择研究对象，使变质量气体问题转化为定质量气体问题，用气体实验定律求解.(1)打气问题：选择原有气体和即将充入的气体作为研究对象，就可把充气进程中气体质量转变问题转化为定质量气体的状态转变问题.(2)抽气问题：将每次抽气进程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，质量不变，故抽气进程能够看成是等温膨胀进程.(3)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，可将变质量问题转化为定质量问题.(4)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，即可使问题变成必然质量气体的状态转变，可用理想气体的状态方程求解.例6 (2018·广东省茂名市第二次模拟)一名救火员在火灾现场发觉一个容积为V 0的废弃的氧气罐(以为容积不变)，经检测，内部封锁气体压强为(p 0为1个标准大气压).为了排除平安隐患，消防队员拟用下面两种处置方案：(1)冷却法：通过合理冷却，使罐内气体温度降为27 ℃，现在气体压强降为p 0，求氧气罐内气体原先的温度是多少摄氏度？(2)放气法：维持罐内气体温度不变，缓慢地放出一部份气体，使罐内气体压强降为p 0，求氧气罐内剩余气体的质量与原先总质量的比值. 答案 (1)87 ℃ (2)56解析 (1)对气体由查理定律有p 0T 0＝p 1T 1，解得T 1＝p 1p 0T 0＝360 K ，气体原先温度为t ＝(360－273) ℃＝87 ℃.(2)假设将放出的气体先搜集起来，并维持压强与氧气罐内相同，以全数气体为研究对象，由气体的玻意耳定律有p 1V 0＝p 0V ，解得V ＝p 1p 0V 0＝，那么剩余气体与原先气体的质量比为m 剩m 总＝ρV 0ρV ＝56.变式5 (2018·河南省郑州市第二次质量预测)如图10所示为喷洒农药用的某种喷雾器.其药液桶的总容积为15 L ，装入药液后，封锁在药液上方的空气体积为2 L ，打气筒活塞每次能够打进1 atm 、150 cm 3的空气，忽略打气和喷药进程气体温度的转变.图10(1)假设要使气体压强增大到 atm ，应打气多少次？(2)若是压强达到 atm 时停止打气，并开始向外喷药，那么当喷雾器不能再向外喷药时，桶内剩下的药液还有多少升？ 答案 (1)20 (2)10 L解析 (1)设应打气n 次，初态为： p 1＝1 atm ，V 1＝150 cm 3·n ＋2 L ＝ L ＋2 L 末态为：p 2＝ atm ，V 2＝2 L 依照玻意耳定律得：p 1V 1＝p 2V 2 解得：n ＝20(2)由题意可知：p 2′＝1 atm 依照玻意耳定律得：p 2V 2＝p 2′V 2′ 代入数据解得：V 2′＝5 L剩下的药液为：V ＝15 L －5 L ＝10 L.1.(2018·安徽省宣城市第二次调研)如图1甲所示，左端封锁、内径相同的U 形细玻璃管竖直放置，左管中封锁有长为L ＝20 cm 的空气柱，两管水银面相平，水银柱足够长.已知大气压强为p 0＝75 cmHg.图1(1)假设将装置缓慢翻转180°，使U形细玻璃管竖直倒置(水银未溢出)，如图乙所示.当管中水银静止时，求左管中空气柱的长度；(2)假设将图甲中的阀门S打开，缓慢流出部份水银，然后关闭阀门S，右管水银面下降了H ＝35 cm，求左管水银面下降的高度.答案(1)20 cm或cm(2)10 cm解析(1)将装置缓慢翻转180°，设左管中空气柱的长度增加量为h，由玻意耳定律得p0L＝(p0－2h)(L＋h)解得h＝0或h＝cm那么左管中空气柱的长度为20 cm或cm(2)设左管水银面下降的高度为x，左、右管水银面的高度差为y，由几何关系：x＋y＝H，由玻意耳定律得p0L＝(p0－y)(L＋x)联立两式解得x2＋60x－700＝0解得：x＝10 cm，x＝－70 cm(舍去)，故左管水银面下降的高度为10 cm.2.(2018·江西省五市八校第二次联考)竖直平面内有一直角形内径处处相同的细玻璃管，A端封锁，C端开口，最初AB段处于水平状态，中间有一段水银将气体封锁在A端，各部份尺寸如图2所示，外界大气压强p0＝75 cmHg.图2(1)假设从C端缓慢注入水银，使水银与上端管口平齐，需要注入水银的长度为多少？(2)假设在竖直平面内将玻璃管顺时针缓慢转动90°(水银未溢出)，最终AB段处于竖直，BC 段处于水平位置时，封锁气体的长度变成多少？(结果保留三位有效数字)答案(1)24 cm(2) cm解析(1)以cmHg为压强单位.设A侧空气柱长度为l1＝30 cm－10 cm＝20 cm时的压强为p 1；当双侧水银面的高度差为h ＝25 cm 时，空气柱的长度为l 2，压强为p 2 由玻意耳定律得p 1l 1＝p 2l 2其中p 1＝(75＋5) cmHg ＝80 cmHg ， p 2＝(75＋25) cmHg ＝100 cmHg 解得l 2＝16 cm ， 故需要注入的水银长度Δl ＝20 cm －16 cm ＋25 cm －5 cm ＝24 cm.(2)设顺时针转动90°后，水银未溢出，且AB 部份留有x 长度的水银， 由玻意耳定律得p 1l 1＝(p 0－x )(30－x ) 解得x 1＝105－53372 cm ≈ cm>0符合题意，x 2＝105＋53372 cm 不合题意，舍去.故最终封锁气体的长度为30－x ＝ cm.3.(2018·山西省晋中市适应性调研)一端开口的长直圆筒，在开口端放置一个传热性能良好的活塞，活塞与筒壁无摩擦且不漏气.现将圆筒开口端竖直向下缓慢地放入27 ℃的水中.当筒底与水平面平齐时，恰好平稳，这时筒内空气柱长52 cm ，如图3所示.当水温缓慢升至87 ℃时，试求稳固后筒底露出水面多少？(不计筒壁及活塞的厚度，不计活塞的质量，圆筒的质量为M ，水的密度为ρ水，大气压强为p 0)图3答案 cm解析 设气体压强为p ，活塞横截面积为S 因此p ＝p 0＋ρ水gh ①以圆筒作为研究对象，有pS－p0S＝Mg②联立①②两式，得ρ水ghS＝Mg因此h＝Mρ水S可见，当温度发生转变时，液面高度维持不变，气体发生等压转变以气体作为研究对象，设稳固后筒底露出水面的高度为x有V1 T1＝V2 T2代入数据，有52 cm·S300 K ＝(52 cm＋x)S360 K解得x＝cm.4.(2016·全国卷Ⅲ·33(2))一U形玻璃管竖直放置，左端开口，右端封锁，左端上部有一滑腻的轻活塞.初始时，管内汞柱及空气柱长度如图4所示.使劲向下缓慢推活塞，直至管内两边汞柱高度相等时为止.求现在右边管内气体的压强和活塞向下移动的距离.已知玻璃管的横截面积处处相同；在活塞向下移动的进程中，没有发动气体泄漏；大气压强p0＝cmHg.环境温度不变.(保留三位有效数字)图4答案144 cmHg cm解析设初始时，右管中空气柱的压强为p1，长度为l1；左管中空气柱的压强为p2＝p0，长度为l2.活塞被下推h后，右管中空气柱的压强为p1′，长度为l1′；左管中空气柱的压强为p2′，长度为l2′.以cmHg为压强单位.由题给条件得p1＝p0＋－cmHg＝90 cmHg l1＝cm①l1′＝－错误!) cm＝cm②由玻意耳定律得p1l1S＝p1′l1′S③联立①②③式和题给条件得p1′＝144 cmHg④依题意p2′＝p1′⑤l 2′＝ cm ＋错误! cm －h ＝ cm －h ⑥ 由玻意耳定律得p 2l 2S ＝p 2′l 2′S ⑦ 联立④⑤⑥⑦式和题给条件得 h ≈ cm.5.(2019·山西省大同市模拟)如图5所示，圆柱形喷雾器高为h ，内有高度为h2的水，上部封锁有压强为p 0、温度为T 0的空气.将喷雾器移到室内，一段时刻后打开喷雾阀门K ，恰好有水流出.已知水的密度为ρ，大气压强恒为p 0，喷雾口与喷雾器等高.忽略喷雾管的体积，将空气看做理想气体.(室内温度不变)图5(1)求室内温度.(2)在室内用打气筒缓慢向喷雾器内充入空气，直到水完全流出，求充入空气与原有空气的质量比.答案 (1)(1＋ρgh2p 0)T 0 (2)2p 0＋3ρgh 2p 0＋ρgh解析 (1)设喷雾器的横截面积为S ，室内温度为T 1，喷雾器移到室内一段时刻后，封锁气体的压强p 1＝p 0＋ρg ·h 2，V 0＝S ·h2气体做等容转变：p 0T 0＝p 0＋ρg ·h2T 1解得：T 1＝(1＋ρgh2p 0)T 0(2)以充气终止后喷雾器内空气为研究对象，排完水后，压强为p 2，体积为V 2＝hS .此气体经等温转变，压强为p 1时，体积为V 3 则p 2＝p 0＋ρgh ，p 1V 3＝p 2V 2 即(p 0＋ρg ·h2)V 3＝(p 0＋ρgh )hS同温度下同种气体的质量比等于体积比，设充入气体的质量为Δm 则Δm m 0＝V 3－V 0V 0代入得Δm m 0＝2p 0＋3ρgh 2p 0＋ρgh6.(2018·福建省漳州市期末调研)如图6，一圆柱形绝热汽缸竖直放置，在距汽缸底2h 处有固定卡环(活塞可不能被顶出).质量为M 、横截面积为S 、厚度可忽略的绝热活塞能够无摩擦地上下移动，活塞下方距汽缸底h 处还有一固定的可导热的隔板将容器分为A 、B 两部份，A 、B 中别离封锁着必然质量的同种理想气体.初始时气体的温度均为27 ℃，B 中气体压强为，外界大气压为p 0，活塞距汽缸底的高度为.现通过电热丝缓慢加热气体，当活塞恰好抵达汽缸卡环处时，求B 中气体的压强和温度.(重力加速度为g ，汽缸壁厚度不计)图6答案 3p 0 600 K解析 A 中气体做等压转变，其压强始终为p A ＝p 0＋Mg SV A 1＝，T 1＝300 K ，V A 2＝Sh 设活塞抵达卡环处时气体温度为T 2 依照盖－吕萨克定律：V A 1T 1＝V A 2T 2解得：T 2＝600 K B 中气体做等容转变p B 1＝，T 1＝300 K ，T 2＝600 K 设加热后气体压强为p B 2 依照查理定律p B 1T 1＝p B 2T 2得p B 2＝3p 0.。

高中物理3-3气体知识点总结气体是普通高中课程标准实验教材的模块内容之一，为高考的知识点。

下面店铺给大家带来的高中物理3-3气体知识点，希望对你有帮助。

高中物理3-3气体知识点等容变化和等压变化：(1)Po/To=P1/(To-ΔT)所以：P1=Po(To-ΔT)/To=Po(1-ΔT/T o)(2)h=Po-P1=PoΔT/To(3)从上式可得：h是ΔT的正比例函数，所以这种温度计的刻度是均匀的。

理想气体的状态方程：对于实际气体，R与压力、温度、气体种类有关。

当温度较高、压力较低时，R近于常数。

当T 较高，p→0时，无论何种气体，均有：R =(pVm)p→0/T=8.314472J·mol-1·K-1R=8.314472cm3·MPa·mol-1·K-1R=8.314472*103dm3·Pa·mol-1·K-1R=8.314472m3·Pa·mol-1·K-1R=0.0820574587L·atm·mol-1·K-1(atm：一个标准大气压)气体的等温变化：1.温度：温度在宏观上表示物体的冷热程度;在微观上是分子平均动能的标志。

热力学温度是国际单位制中的基本量之一，符号T，单位K(开尔文);摄氏温度是导出单位，符号t，单位℃(摄氏度)。

关系是t=T-T0，其中T0=273.15K，摄氏度不再采用过去的定义。

两种温度间的关系可以表示为：T = t+273.15K和ΔT =Δt，要注意两种单位制下每一度的间隔是相同的。

低温的极限，它表示所有分子都停止了热运动。

可以无限接近，但永远不能达到。

2.体积。

气体总是充满它所在的容器，所以气体的体积总是等于盛装气体的容器的容积。

3.压强。

气体的压强是由于气体分子频繁碰撞器壁而产生的。

(绝不能用气体分子间的斥力解释!)一般情况下不考虑气体本身的重量，所以同一容器内气体的压强处处相等。

第1页（共17页）2025年高考物理总复习专题43气体变质量模型
模型归纳
1．气体变质量模型
分
类
模型方法充
气
模
型在充气（打气）时，将充进容器内的气体和容器内的原有气体作为研究对象时，这些气体的质量是不变的。

这样，可将“变质量”的问题转化成“定质量”问题。

抽
气
模
型在对容器抽气的过程中，对每一次抽气而
言，气体质量发生变化，解决该类变质量问题的方法与充气（打气）问题类似：假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即用等效法把“变质量”问题
转化为“定质量”问题。

漏
气
模
型
容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，属于变质量问题，如果选容器内剩余气体和漏掉的气体为研究对象，便可使“变质量”转化成“定质量”问题。

气
体
分
装
模
型将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是变质量问题，分析这类问题时，可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体作为一个整体来进行研究，即可将“变质量”问题转化为“定质量”问题。

抽气和打气抽气和打气的问题是属于气体变质量问题的常见题型．若抽气和打气过程中的温度不变，则一般用玻意耳定律求解．[例一]用最大容积为ΔV的活塞打气机向容积为V0的容器中打气．设容器中原来空气压强与外界大气压强P O相等，打气过程中，设气体的温度保持不变．求：连续打n次后，容器中气体的压强为多大？[解答]如图所示是活塞充气机示意图．由于每打一次气，总是把ΔV体积，相等质量（设Δm）压强为P O的空气压到容积为V0的容器中，所以打n次后，共打入压强为P0的气体的总体积为nΔV，因为打入的nΔV体积的气体与原先容器里空气的状态相同，故以这两部分气体的整体为研究对象．取打气前为初状态：压强为P O、体积为V0＋nΔV；打气后容器中气体的状态为末状态：压强为P n、体积为V0．由于整个过程中气体质量不变、温度不变，由玻意耳定律得:P O(V0+nΔV)=P n V0∴P n= P O(V0+nΔV)/ V0[例二]用容积为ΔV的活塞式抽气机对容积为V O的容器中的气体抽气、设容器中原来气体压强为P0，抽气过程中气体温度不变．求抽气机的活塞抽动n次后，容器中剩余气体的压强P n为多大？[解答]如图是活塞抽气机示意图，当活塞上提抽第一次气，容器中气体压强为P1，根据玻意耳定律得：P1(V0+nΔV)=P0V0P1=P0V0/(V0+nΔV)当活塞下压，阀门a关闭，b打开，抽气机气缸中ΔV体积的气体排出．活塞第二次上提（即抽第二次气），容器中气体压强降为P2．根据玻意耳定律得：P2(V0+nΔV)=P1V0P2=P1V0/(V0+nΔV)= P0[V0/(V0+nΔV)]2抽第n次气后，容器中气体压强降为：P n=P0[V0/(V0+nΔV)]n打气和抽气不是互为逆过程，气体的分装与打气有时可视为互为逆过程．气体的分装有两种情况，一种是将大容器中的高压气体同时分装到各个小容器中，分装后各个小容器内气体的状态完全相同，这种情况实质上是打气的逆过程，每个小容器内的气体相当于打气筒内每次打进的气体，大容器中剩下的气体相当于打气前容器中的原有气体．另一种是逐个分装，每个小容器中所装气体的压强依次减小，事实上，逐个分装的方法与从大容器中抽气的过程很相似，其解答过程可参照抽气的原理．[例]钢筒容积20升，贮有10个大气压的氧气，今用5升真空小瓶取用，直到钢筒中氧气压强降为2个大气压为止，设取用过程中温度不变，小瓶可耐10个大气压．（l）若用多个5升真空小瓶同时分装，可装多少瓶？（2）若用5升真空小瓶依次取用，可装多少瓶？[解答]（l）用多个5升真空小瓶同时分装，相当于打气的逆过程，则由玻意耳定律可解为：P1V1=P2(V1+nΔV)代入数据，得n=16(瓶)即用5升真空小瓶同时分装可装16瓶。

高中物理选修3-3“气体”知识点总结
1、气体实验定律
①玻意耳定律：pV C =（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
适用条件：压强不太大，温度不太低 图象表达：1p V
-
②查理定律：p C T =（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
适用条件：温度不太低，压强不太大 图象表达：p V -
③盖吕萨克定律：V C 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：V T -
2、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：pV C T
= 3、气体压强的微观解释
大量分子频繁的撞击器壁的结果
影响气体压强的因素：①气体的平均分子动能（温度）②分子的密集程度即单位体积内的分子数（体积）
V V。

高中物理之求解气体变质量问题的方法在物理学中，使用理想气体状态方程解决问题时，通常会选择一定质量的理想气体作为研究对象。

然而，在某些问题中，气体的质量可能会发生变化。

在这种情况下，我们需要恰当地选择研究对象，将“变质量问题”转化为“定质量问题”。

例如，在一个中，当温度从300K升高到400K时，一部分气体会溢出。

为了解决这个问题，我们可以选择温度为300K时中的气体作为研究对象，并假设溢出的气体被一个“没有弹性可以自由扩张的气囊”装着。

这样，当气体温度升高后，中的气体与“囊”中的气体质量之和便与初始状态相等。

通过盖吕萨克定律，我们可以求出溢出的气体质量占原来总质量的比例。

另一种方法是选择温度为400K时中剩余的气体作为研究对象。

我们可以设所选对象在300K时的体积为V，以温度为300K时所选对象的状态为初状态，以温度为400K时所选对象的状态为末状态。

通过盖吕·萨克定律，我们可以求出溢出的气体质量占原来总质量的比例。

除此之外，我们还可以利用虚拟气体状态的方法来解决“变质量问题”。

对于一定质量的理想气体，我们可以将其分成n个状态不同的部分。

通过推导，我们可以得到这些部分的状态方程，并利用它们来求解“变质量问题”。

需要注意的是，在这种方法中，初状态的气体质量与末状态的各部分气体质量之和应该相等。

题目：容积为9L和6L的两个中盛有同种理想气体，分别置于恒温环境中，温度分别为300K和400K。

开始时，A 中气体压强为10大气压，B中气体压强为4大气压。

打开阀门重新平衡后，求平衡后气体的压强和A中气体进入B中的部分占A中原有气体质量的百分之几。

分析：我们可以将A、B两部分气体分别作为研究对象，列出初末状态的参量如下：A中的气体：初状态：P1=10大气压，V1=9L，T1=300K末状态：P2=x，V2=9L，T2=300KB中的气体：初状态：P1=4大气压，V1=6L，T1=400K末状态：P2=x，V2=6L，T2=400K根据克拉珀龙方程，我们可以得到：P1V1=n1R T1P2V2=n1R T2其中n1为A中气体的摩尔数，R为气体常数。

第14点气体变质量问题的处理分析变质量问题时，可以通过巧妙选择合适的研究对象，使这类问题转化为一定质量的气体问题，用理想气体状态方程求解.1.充气问题向球、轮胎中充气是一个典型的气体变质量的问题.只要选择球内原有气体和即将打入的气体作为研究对象，就可以把充气过程中的气体质量变化的问题转化为定质量气体的状态变化问题.2.抽气问题从容器内抽气的过程中，容器内的气体质量不断减小，这属于变质量问题.分析时，将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，质量不变，故抽气过程可看做是等温膨胀的过程.3.灌气问题将一个大容器中的气体分装到多个小容器中的问题也是一个典型的变质量问题.分析这类问题时，可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体看做是一个整体来作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题.4.漏气问题容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，属于变质量问题，不能用理想气体状态方程求解.如果选容器内剩余气体为研究对象，便可使问题变成一定质量的气体状态变化的问题，可用理想气体状态方程求解.对点例题某容积为20 L的氧气瓶中装有30 atm的氧气，把氧气分装到容积为5 L的小钢瓶中，使每个小钢瓶中氧气的压强为5 atm，如果每个小钢瓶中原有氧气的压强为1 atm，问共能分装多少瓶？(设分装过程中无漏气，且温度不变)解题指导设能够分装n个小钢瓶，则以氧气瓶中的氧气和n个小钢瓶中的氧气整体为研究对象，分装过程中温度不变，遵守玻意耳定律.分装前：氧气瓶中气体状态p1＝30 atm，V1＝20 L；小钢瓶中气体状态p2＝1 atm，V2＝5 L.分装后：氧气瓶中气体状态p1′＝5 atm，V1＝20 L；小钢瓶中气体状态p2′＝5 atm，V2＝5 L.由p1V1＋np2V2＝p1′V1＋np2′V2得n ＝p 1－p 1V 1p 2′－p 2V 2＝－－瓶＝25瓶.答案 25技巧点拨 1.对于气体的分装，可将大容器中和所有的小容器中的气体看做一个整体来研究；2.分装后，瓶中剩余气体的压强p 1′应大于或等于小钢瓶中应达到的压强p 2′，通常情况下取压强相等，但不能认为p 1′＝0，因通常情况下不可能将瓶中气体全部灌入小钢瓶中.1.一只轮胎容积为V ＝10 L ，已装有p 1＝1 atm 的空气.现用打气筒给它打气，已知打气筒的容积为V 0＝1 L ，要使胎内气体压强达到p 2＝2.5 atm ，应至少打多少次气？(设打气过程中轮胎容积及气体温度维持不变，大气压强p 0＝1 atm)( )A.8次B.10次C.12次D.15次 答案 D解析 本题中，胎内气体质量发生变化，选打入的和原来的气体组成的整体为研究对象.设打气次数为n ，则V 1＝nV 0＋V ，由玻意耳定律，p 1V 1＝p 2V ，解得n ＝15次，故选D.2.贮气筒内压缩气体的温度为27 °C，压强是20 atm ，从筒内放出一半质量的气体后，并使筒内剩余气体的温度降低到12 °C，求剩余气体的压强为多大？答案 9.5 atm解析 以筒内剩余气体为研究对象，它原来占有整个筒容积的一半，后来充满整个筒，设筒的容积为V ，则初态：p 1＝20 atm ，V 1＝12V ，T 1＝(273＋27) K ＝300 K ； 末态：p 2＝？ V 2＝V ，T 2＝(273＋12) K ＝285 K根据理想气体状态方程：p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2得：p 2＝p 1V 1T 2V 2T 1＝20×V 2×285300V atm ＝9.5 atm.。

理想气体的变质量问题的处理方法对理想气体变质量问题，可根据不同情况用克拉珀龙方程、理想气体状态方程和气体实验定律进行解答。

方法一：化变质量为恒质量——等效的方法在充气、抽气的问题中可以假设把充进或抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即用等效法把变质量问题转化为恒定质量的问题。

方法二：应用密度方程一定质量的气体，若体积发生变化，气体的密度也随之变化，由于气体密度 mVρ=，故将气体体积mV ρ=代入状态方程并化简得：222111T pT p ρρ=，这就是气体状态发生变化时的密度关系方程．此方程是由质量不变的条件推导出来的，但也适用于同一种气体的变质量问题；当温度不变或压强不变时，由上式可以得到：2211ρρp p =和2211T T ρρ=，这便是玻意耳定律的密度方程和盖·吕萨克定律的密度方程． 方法三:应用克拉珀龙方程其方程为nR TPV=。

这个方程有4个变量：p 是指理想气体的压强，V 为理想气体的体积，n 表示气体物质的量，而T 则表示理想气体的热力学温度；还有一个常量：R 为理想气体常数，R =8.31J/mol.K=0.082atm.L/mol.K 。

若理想气体在状态变化过程中，质量为m 的气体分成两个不同状态的部分21m m 、，或由若干个不同状态的部分21m m 、的同种气体的混合，则应用克拉珀龙方程R MmT PV =易推出：12'2'2'1'1'1222111T V P T V P T V P T V P +=+ 上式表示在总质量不变的前提下，同种气体进行分、合变态过程中各参量之间的关系，可谓之“分态式”状态方程。

1. 打气问题向球、轮胎中打气是一个典型的变质量气体问题。

只要选择球内原有气体和即将打入的气体的整体作为研究对象，就可把打气过程中的变质量问题转化为气体总质量不变的状态变化问题。

类似的问题还有将一个大容器里的气体分装到多个小容器中等，处理的方法也类似。