2025版高中物理：高中物理：第十五章 热学专项突破14 气体实验定律的综合应用

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专项突破 14
　
气体实验定律的综合应用
对应学生用书 P343
题型一
　
单团气问题
角度 1
　
“汽缸类”问题
解决“活塞+汽缸”类问题的一般思路
(1)弄清题意,确定研究对象。一般研究对象分两类:一类是热学研究对象(一定质量的理想气
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
据气体实验定律或理想气体状态方程列出方程;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)注意挖掘题目中的隐含条件,如几何关系、体积关系等,列出辅助方程。
(4)多个方程联立求解。对求解的结果注意分析它们的合理性。
(2024 届永州二模)为了监控高温锅炉外壁的温度变化,在锅炉的外壁上镶嵌一个导热
性能良好的汽缸,汽缸内气体温度可视为与锅炉外壁温度相等。汽缸开口向上,用质量 m=2
kg 的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞横截面积 S=20 cm2。当汽缸内温度为 300 K 时,
活塞与汽缸底间距为 L,活塞上部距活塞
L
3
处有一用轻质绳悬挂的重物 M。当绳上拉力为 30
N时,警报器报警。已知室外空气压强 p0=1.0×105 Pa,活塞与器壁之间摩擦可忽略。重力
加速度大小 g取10 m/s2。
(1)当活塞刚刚接触到重物时,锅炉外壁温度为多少?
(2)当锅炉外壁的温度为 1200 K 时,报警器恰好报警,则重物的质量应为多少?
　　
答案
　
(1)400 K
　
(2)47 kg
解析
　
(1)活塞上升过程,气体发生等压变化,V1=LS、V2=
(
L+L
3
)
S,T1=300 K
根据盖-吕萨克定律
V1
T1
=
V2
T2
得T2=400 K。
(2)活塞碰到重物后到绳的拉力为 30 N 的过程气体体积不变,压强变化,有FT=30 N
p2S=p0S+mg、p3S=p0S+(m+M)g-FT
根据查理定律
p2
T2
=
p3
T3
解得 M=47 kg。
角度 2
　
“液柱类”问题
解答“液柱+管”类问题,关键是液柱封闭气体压强的计算,求液柱封闭的气体压强时,一般
以液柱为研究对象进行受力分析、列平衡方程,要注意:
(1)液体因重力产生的压强大小 p=ρgh(其中 h为液面的竖直高度)。
(2)不要漏掉大气压强,同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力。
(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各处压
强相等。
(4)当液体为水银时,可灵活应用压强单位“cmHg”等,使计算过程简捷。
(2024 届韶关模拟)如图所示,一根一端封闭粗细均匀细玻璃管 AB 开口向上竖直放置,
管内用高 h=25 cm 的水银柱封闭了一段长 L=41 cm 的空气柱。已知外界大气压强
p0=75 cmHg,封闭气体的温度 T1=410 K,则:
(1)若玻璃管 AB 长度 L0=75 cm,现对封闭气体缓慢加热,则温度升高到多少摄氏度时,水银
刚好不溢出?
(2)若玻璃管 AB 足够长,缓慢转动玻璃管至管口向下后竖直固定,同时使封闭气体的温度缓
慢降到T3=280 K,求此时试管内空气柱的长度。
　　
答案
　
(1)227 ℃
　
(2)56 cm
解析
　
(1)若对封闭气体缓慢加热,直到水银刚好不溢出,封闭气体发生等压变化,设玻璃
管的横截面积为 S
初状态 V1=LS,T1=410 K
末状态 V2=(L0-h)S
根据盖-吕萨克定律
V1
T1
=
V2
T2
解得 T2=500 K
故温度升高到 t=(500-273)℃=227 ℃。
(2)初始时刻,气体的压强 p1=p0+ph=100 cmHg
玻璃管倒过来后稳定时气体的压强 p3=p0-ph=50 cmHg
摘要：

专项突破14　气体实验定律的综合应用对应学生用书P343题型一　单团气问题角度1　“汽缸类”问题解决“活塞+汽缸”类问题的一般思路(1)弄清题意,确定研究对象。一般研究对象分两类:一类是热学研究对象(一定质量的理想气体);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,依据气体实验定律或理想气体状态方程列出方程;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)注意挖掘题目中的隐含条件,如几何关系、体积关系等,列出辅助方程。(4)多个方程联立求解。对求解的结果注意分析它们的合理性。(2024届永州二模)...

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