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选3-3-2.


走向高考· 物理
人教版 ·高考一轮总复习

路漫漫其修远兮 吾将上下而求索

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选考内容

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选修3-3

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选修 3-3

选考内容

选修3-3

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固体

第2讲 液体 气体的实验定律

必考内容 选修3-3 第2讲

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考点体验

题型突破

课后强化作业

必考内容 选修3-3 第2讲

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考点体验

必考内容 选修3-3 第2讲

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固体

热身体验 1.关于晶体和非晶体,下列说法正确的是 ( A.有规则几何外形的固体一定是晶体 B.晶体的各向同性是由于组成它的微粒是按照一 定的规则排列的,具有空间上的周期性 )

必考内容 选修3-3 第2讲

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C.晶体一定具有各向异性的特点 D.某些物质微粒能够形成几种不同的空间分布
[答案] D

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[解析]

机械加工可以使任何固体具有规则几何外

形,故A错;B项中是解释的各向异性,故B错;只有单 晶体具有各向异性的特点,C错;同一物质微粒可以形 成不同的空间分布,D正确。

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考点自清 1.晶体和非晶体 (1)外形方面,晶体具有规则的 几何形状 ;而非晶体没 有。食盐晶体、明矾晶体、石英晶体的形状虽然各不相同, 但都有规则的几何形状,所以食盐、明矾、石英都是晶体; 有些晶体像雪花可以有各种不同的几何形状,非晶体没有规 则的几何形状。

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(2)物理性质方面,晶体在不同方向上的物理性质不同, 所以沿不同方向去测试晶体的物理性能时测量结果不同,即 晶体表现 各向异性 ;而非晶体则是各向同性的。这里说的 物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射 性能等。 (3)晶体具有一定的 熔点 , 而非晶体则没有一定的熔点。

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(4)晶体和非晶体并不是绝对的,在适当的条件下可以相 互转化,例如把晶体硫加热熔化(温度不超过 300℃)后再倒进 冷水中,会变成柔软的非晶体硫,再过一段时间又会转化成 晶体硫。

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2.多晶体和非晶体 (1)多晶体是由很多小单晶体 (称为晶粒 )杂乱无章的排列 而成的,多晶体与非晶体都没有规则的几何形状,在物理性 质上都表现为各向同性。 (2)它们的区别是:多晶体有一定的熔点,而非晶体则没 有一定的熔点。

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3.晶体的微观结构 (1)假说的依据:假说的提出是根据晶体外形的规则性和物理 性质的各向异性。 (2)假说的验证:人们用 X 射线和电子显微镜对晶体的内部结 构进行研究,证实了假说的正确性。 (3)理论的内容:组成晶体的物质微粒(分子、原子或离子)是依 照一定的规律在空间中整齐地排列的; 微粒的运动特点表现为在一 定的 平衡位置 附近不停地做微小的振动。

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归纳领悟 多晶体的微观结构及性质 多晶体是由很多杂乱无章的小晶粒排列而成的。平常看 到的各种金属材料都是多晶体。把纯铁做成的样品放在显微 镜下观察,可以看到它是由许许多多晶粒组成的,晶粒有大 有小,最小的只有 10 5cm,最大的也不超过 10 3cm,每个晶
- -

粒都是一个小单晶体,具有各向异性的物理性质和规则的几 何外形。因为晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着,所以多晶

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体没有规则的几何外形,也不显示各向异性。多晶体在不同 方向的物理性质是相同的,即各向同性,但多晶体与非晶体 的明显区别在于是否有确定的熔点。

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液体

热身体验 2.关于液体的表面现象,下列说法正确的是 ( ) A.液体表面层的分子分布比内部密 B.液体有使其体积收缩到最小的趋势

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C.液体表面层分子之间只有引力而无斥力 D.液体有使其表面积收缩到最小的趋势
[答案] D

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[解析]

液体表面层的分子较疏,分子力表现为引力,

具有使表面积收缩到最小的趋势,故D正确。

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考点自清 1.液体的表面张力 实验表明,液体表面具有 收缩 的趋势。这是因为在液 体内部分子引力和斥力可认为相等,而在表面层里分子间距 较大(分子间距离大于 r0)、分子比较稀疏,分子间的相互作 用力表现为引力的缘故。液体各部分间相互吸引的力叫做

表面张力 。

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表面张力使液体自动收缩,液体表面有收缩到最小的趋势,表 面张力的方向和液面相切; 表面张力的大小除了跟边界线的长度有 关外,还跟液体的 种类 、 温度 有关。

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2.液体的毛细现象 液体和气体相接触的一个薄层叫表面层,液体和固体相 接触的一个薄层叫附着层,浸润现象和不浸润现象产生的原 因,主要是由附着层的性质决定的。附着层有缩小的趋势。 表现为液体不浸润固体;附着层有扩大的趋势,表现为液体 浸润固体。

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浸润液体在细管中上升的现象,以及不浸润液体在细管 中下降的现象,称为 毛细现象 ,植物的根输送水、下雨时 砖墙渗水、农民在干旱天气里锄松土壤等都和毛细现象有关。

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3.液晶的性质特点 (1)液晶分子既保持排列有序而显示各向异性,又可以自 由移动位置,保持了液体的流动性。 (2)液晶分子的位置无序使它像液体,排列有序使它像晶 体。 (3)液晶分子的排列从某个方向看比较整齐,从另外一个 方向看则是杂乱无章的。

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(4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下发生改变。例 如温度、压力、 摩擦 、电磁作用、容器表面的差异等,都 可以改变液晶的光学性质,计算器的显示屏,外加电压使液 晶由透明状态变为混浊状态。

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4.饱和汽与未饱和汽 (1)饱和汽:与液体处于动态平衡的蒸汽。 (2)未饱和汽:没有达到饱和状态的蒸汽。 5.饱和汽压 (1)定义:饱和汽所具有的压强。 (2)特点:液体的饱和汽压与温度有关,温度越高, 饱和汽压越大,且饱和汽压与饱和汽的体积无关。

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6.相对湿度 空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之 水蒸气的实际压强 比。即:相对湿度= 。 同温度水的饱和汽压

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归纳领悟 毛细现象产生的根本原因

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当毛细管插入浸润液体中时,附着层里的排斥力使附着 层沿管壁上升,如图所示,这部分液体上升引起液面弯曲, 呈凹形弯月面使液体表面变大,与此同时,由于表面层的表 面张力的收缩作用,管内液体也随之上升,直到表面张力向 上的拉伸作用与管内升高的液体的重力相等时即达到平衡, 液体停止上升,稳定在一定的高度。利用类似的分析,也可 以解释不浸润液体在毛细管里下降的现象。

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气体分子动理论
热身体验 3.气体在容积固定的密闭容器中并且温度升高 时,下列说法正确的是( )

A.气体分子的平均动能变大,压强增大 B.气体分子做布朗运动的平均速率变大

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C.气体分子的平均势能变大,压强增大 D.气体分子间的距离变大,压强减小

[答案]

A

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[解析]

本题主要考查分子动理论、内能和气体压

强,意在考查考生对热学基本知识的理解。气体分子的 平均动能变大,则容器单位面积单位时间内分子撞击的 数目和作用力都增大,故压强增大,A正确,D错误; 布朗运动是宏观颗粒的运动,能反映分子的运动,故B 错误;与分子的平均势能相关的宏观物理量是体积,体 积不变,平均势能不变,C错误。

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考点自清 1.气体分子之间的距离比较 大 ,分子之间的作用 力非常 微弱 ,由分子之间的相互作用而产生的势能通常 认为是零 。气体分子除了相互碰撞或者跟器壁的碰撞之 外不受力的作用,可以在空间内自由地移动。 2.分子做无规则的运动,速率有大有小,由于分 子之间的频繁撞击,速率又将发生变化,但是大量分子 的速率却按照一定的规律分布。这种大量分子整体所体 现出来的规律叫做 统计规律 。
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3.当温度升高时,速率小的分子数目将 减少 ,速 率大的分子数目将 增加 ,其所表现的统计规律不变, 分子的平均速率将 增大 ,平均动能将 增大 ,因此 温度 是分子平均动能的标志。

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归纳领悟 气体压强大小和哪些因素有关? (1)单位体积内的分子数即气体的分子密度:分子密 度越大,在单位时间内器壁的单位面积上受到分子撞击 次数越多,产生的压强也就越大。气体的分子密度由气 体的摩尔数和气体的体积所决定。

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(2)分子的平均速率:分子运动的平均速率越大,在 单位时间内单位面积上撞击次数多,而且每次速度变化 大,撞击作用力大,气体压强大。而对同种气体,温度 越高,分子平均动能越大,平均速率也就越大。 由此看来,对一定质量的气体,体积和温度是决定气体 压强的因素。

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气体实验定律
热身体验 4.(2013· 福建理综)某自行车轮胎的容积为V,里 面已有压强为p0的空气,现在要使轮胎内的气压增大到 p,设充气过程为等温过程,空气可看作理想气体,轮 胎容积保持不变,则还要向轮胎充入温度相同,压强也 是p0的空气,其体积为( )

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p0 A. V p p C.( -1)V p0
[答案] C

p B. V p0 p D.( +1)V p0

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[解析]

设所求体积为Vx,由玻意耳定律,p0(Vx+

p V)=pV,可得Vx=( -1)V,C正确。 p0

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考点自清 1.气体的等温变化 玻意耳定律

温度不变时,一定质量气体的压强随着体积的变化 而变化,叫做气体的

等温

变化;其变化规律是一

定质量的气体,在温度不变的情况下,它的压强跟体积 p1 V2 p V = p V 1 1 2 2 反比 成 。其数学表达式为: 或 = 。 p2 V1

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2.气体的等容变化

查理定律

气体在体积不变的情况下所发生的状态变化叫做
等容 变化。

一定质量的气体,在体积不变的情况下,它的压强 p1 p2 正比 跟热力学温度成 。其数学表达式为: = 或者 T1 T2 p =C(其中C是比例常数)。 T

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3.气体的等压变化

盖· 吕萨克定律

气体在压强不变的情况下所发生的状态变化叫做

等压 变化。
一定质量的气体,在压强不变的情况下,它的体积 V1 V2 = 跟热力学温度成正比,其数学表达式为 T1 T2 或 V 者 T =C (其中C是比例常数)。

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归纳领悟 气体状态的变化图象的理解
定律 变化 一定量气体的 过程 两条图线 图线特点 1.等温变化在 p-V 图中是双曲 线, 由 pV=nRT 知, T 越大, pV 玻意 耳定 律 值越大。所以,远离原点的等温 等温 变化 线的温度越高,即 T2>T1。 1 2.等温变化在 p - 图中是通过 V 原点的直线,T 大斜率大,所以 T2>T1。

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定律

变化过 程

一定量气体的两条图线

图线特点 1.等容变化在 p-t 图中是通 过 t 轴上-273℃的直线,由 于在同一温度(如 0℃)下,同

查理 定律

等容变 化

一气体的压强大时, 体积小, 所以 V1>V2。 2.等容变化在 p-T 图中是通 过原点的直线。体积大时, 斜率小,所以 V1>V2。

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定律

变化过 程

一定量气体的两条图线

图线特点 1.等压变化在 V-t 图中是通 过 t 轴上-273℃的直线,由

盖· 吕 萨克 定律

于在同一温度下,同一气体 等压变 化 的体积大时,压强小,所以 p1>p2。 2.等压变化在 V-T 图中是 通过原点的直线。压强大时 斜率小,所以 p1>p2。

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题型突破

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固体的性质
命题规律 根据晶体和非晶体的特性,判断物质是晶体

还是非晶体或对晶体和非晶体进行区别。

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下列说法中正确的是(

)

A.黄金可以切割加工成任意形状,所以是非晶体 B.同一种物质只能形成一种晶体 C.单晶体的所有物理性质都是各向异性的 D.玻璃没有确定的熔点,也没有规则的几何形状

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[解析] 所有的金属都是晶体,因而黄金也是晶体,只是 因为多晶体内部小晶粒的排列杂乱无章,才使黄金没有规则 的几何形状,A 错误;同一种物质可以形成多种晶体,如碳 可以形成金刚石和石墨两种晶体,故 B 错误;单晶体的物理 性质各向异性是某些物理性质各向异性,有些物理性质各向 同性,故 C 错误;玻璃是非晶体,因而没有确定的熔点和规 则的几何形状,D 正确。

[答案] D
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[总结评述] 晶体具有各向异性, 非晶体具有各向同性是 针对物理性质来说的,但要注意的是,晶体具有各向异性, 并不是说每一种晶体都能在各物理性质上表现出各向异性, 具体到某种晶体,在某种物理性质上具有各向异性,可能在 另一种物理性质上具有各向同性。

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下列说法错误的是(

)

A.晶体具有天然规则的几何形状,是因为物质微粒是规 则排列的 B.有的物质能够生成种类不同的几种晶体,因为它们的 物质微粒能够形成不同的空间结构 C.凡各向同性的物质一定是非晶体 D.晶体的各向异性是由晶体内部结构决定的

[答案] C
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[解析] 晶体的外形、 物理性质都是由晶体的微观结构决 定的,A、B、D 正确,各向同性的物质不一定是非晶体,多 晶体也具有这样的性质,C 错误。

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液体的性质
命题规律 象。 利用液体表面张力、毛细现象解释有关现

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关于表面张力,下列说法正确的是( A.从自来水龙头滴下的水滴几乎呈球形 B.油滴在水面上会形成一层油膜 C.用湿布不易擦去玻璃窗上的灰尘 D.油瓶外总是附有一层薄薄的油

)

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[解析]

液体的表面层由于空气接触,其分子分布

比较稀疏、分子间呈引力作用,在这个力作用下,液体 表面有收缩到最小的趋势,这个力就是表面张力,题中 只有选项C中灰尘与玻璃的附着不能用表面张力的理论 来解释,它是分子间引力的表现,应选ABD。
[答案] ABD

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人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的 过程。以下说法正确的是( )

A.液体的分子势能与体积有关 B.晶体的物理性质都是各向异性的 C.温度升高,每个分子的动能都增大 D.露珠呈球状是由于液体表面张力的作用
[答案] AD
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[解析]

液体体积与分子间相对位置相联系,从宏

观上看,分子势能与体积有关,选项A正确;多晶体表 现为各向同性,选项B错误;温度升高,分子平均速率 增大,遵循统计规律,选项C错误;露珠表面张力使其 表面积收缩到最小,相同体积球形的表面积最小,故呈 球状,选项D正确。

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气体状态方程的应用

命题规律

pV 根据 T =C 计算一定质量理想气体的状态参

量或变质量问题的方法。

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(2013· 课标全国Ⅰ)如图,两个侧壁绝热、顶部和底 部都导热的相同气缸直立放置,气缸底部和顶部均有细 管连通,顶部的细管带有阀门K。两气缸的容积均为 V0,气缸中各有一个绝热活塞(质量不同,厚度可忽 略)。开始时K关闭,两活塞下方和右活塞上方充有气体 (可视为理想气体),压强分别为p0和p0/3;左活塞在气缸 正中间,其上方为真空:右活塞上方气体体积为V0/4。

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现使气缸底与一恒温热源接触,平衡后左活塞升至气缸 顶部。且与顶部刚好没有接触;然后打开 K,经过一段 时间,重新达到平衡。已知外界温度为 T0,不计活塞与 气缸壁间的摩擦,求: (1)恒温热源的温度 T; (2) 重新达到平衡后左气缸中活塞上方气体的体积 Vx。

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[解析]

(1)与恒温热源接触后,在K未打开时,右

活塞不动,两活塞下方的气体经历等压过程,由盖· 吕萨 克定律得 T 7V0/4 = ① T0 5V0/4 7 由此得T= T0② 5

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(2)由初始状态的力学平衡条件可知,左活塞的质量 比右活塞的大。打开 K 后,左活塞下降至某一位置,右 活塞必须升至气缸顶,才能满足力学平衡条件。 气缸顶部与外界接触,底部与恒温热源接触,两部 分气体各自经历等温过程,设左活塞上方气体压强为 p, 左气缸中活塞上方气体的体积为 Vx,由玻意耳定律得

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p0 V0 pVx= · ③ 3 4 7 (p+p0)(2V0-Vx)=p0·V0④ 4

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联立③④得
2 6V2 - V V - V x 0 x 0= 0

其解为 1 Vx= V0⑤ 2 1 另一解Vx=- V0,不合题意,舍去。 3
[答案] 7 (1) T0 5 1 (2) V0 2

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(2013· 重庆理综)汽车未装载货物时,某个轮胎内气 体的体积为V0,压强为P0;装载货物后,该轮胎内气体 的压强增加了ΔP。若轮胎内气体视为理想气体,其质 量、温度在装载货物前后均不变,求装载货物前后此轮 胎内气体体积的变化量。
[答案] ΔpV0 - p0+Δp

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[解析]

装载货物前后,气体进行等温变化,设装

载货物后气体体积变化ΔV,根据玻意尔定律 p0V0=(p+Δp)(V0+ΔV)得 ΔpV0 ΔV=- p0+Δp

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学科特色素养

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35.压强的理解与计算 命题规律 强、气体压强。 根据压强公式计算固体压强、液体压

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如图所示,一个横截面积为 S 的圆筒形容器竖直放 置,金属圆柱活塞 A 的上表面是水平的,下表面是倾斜 的,下表面与水平面的夹角为 θ,活塞的质量为 M,不计 活塞与容器内壁之间的摩擦,若大气压强为 p0。则封闭 在容器内的气体的压强为( Mgcosθ A.p0+ S Mgcos2θ C.p0+ S ) p0 Mg B. + cosθ Scosθ Mg D.p0+ S

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[解析]

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如图,活塞在竖直方向上的受力是平衡的。由平衡 方程知, S Mg+p0S=p· · cosθ, cosθ Mg 则p=p0+ 。 S

[答案]

D

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[总结评述]

分析气体的压强一般通过分析与气体

相关的物体的受力情况,通过力的平衡条件或者牛顿运 动定律来解决。

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一圆形气缸静置于地面上,如图所示,气缸筒的质 量为 M,活塞的质量为 m,活塞面积为 S,大气压强为 p0。现将活塞缓慢上提,求气缸刚离开地面时气缸内气 体的压强。(忽略摩擦)

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[答案]

Mg p0- S

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[解析]

此题中的活塞和气缸处于平衡状态,以活塞为对象,受 力分析如图,由平衡条件得,F+pS=mg+p0S①

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再以活塞和气缸整体为对象,则有 F=(M+m)g② Mg 由①②式解得 p=p0- S

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