《2017－2018学年高中物理 第八章 气体 第2节 气体的等容变化和等压变化教学案 新人教版选修3-3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017－2018学年高中物理 第八章 气体 第2节 气体的等容变化和等压变化教学案 新人教版选修3-3（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2节 气体的等容变化和等压变化1.查理定律：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比，即C。2盖吕萨克定律：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比，即C。3玻意耳定律、查理定律、盖吕萨克定律的适用条件均为一定质量的某种气体。一、气体的等容变化1等容变化一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度的变化。2查理定律(1)内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比。(2)表达式：C或。(3)适用条件：气体的质量不变；气体的体积不变。3等容线一定质量的气体，在体积不变时，其p T图像是一条过原点的直线，这条直线叫
2、做等容线。二、气体的等压变化1等压变化一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度的变化。2盖吕萨克定律(1)内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成正比。(2)表达式：VCT或C或。(3)适用条件：气体的质量不变；气体的压强不变。3等压线一定质量的气体，在压强不变时，其VT图像是一条过原点的直线，这条直线叫做等压线。1自主思考判一判(1)气体的温度升高，气体体积一定增大。()(2)一定质量的气体，体积与温度成正比。()(3)一定质量的某种气体，在压强不变时，其VT图像是过原点的直线。()(4)在质量和体积不变的情况下，气体的压强与摄氏温度成正比。()(5)pVC、
3、C、C，三个公式中的常数C是同一个值。()2合作探究议一议(1)某登山运动员在一次攀登珠穆朗玛峰的过程中，在接近山顶时他裸露在手腕上的防水手表的表盘玻璃突然爆裂了，而手表没有受到任何撞击，你知道其中的原因吗？提示：手表表壳可以看成一个密闭容器，出厂时封闭着一定质量的气体，登山过程中气体发生等容变化，因为高山山顶附近的压强比山脚处小很多，内外压力差超过表盘玻璃的承受限度，便会发生爆裂。(2)尝试根据等容线说明为什么绝对零度是低温的极限，只能接近，不能达到。提示：在pT图像中，等容线是一条过原点的倾斜直线，事实上，在温度很低时，查理定律已不适用了。由查理定律外推得出的结果表明，绝对零度时，气体压强
4、为零，说明分子将停止运动，这是不可能的，所以，绝对零度是低温的极限，只能接近，不能达到。正因为如此，在pT坐标系中画等容线时，原点附近一小段应画成虚线，表示它仅是外推的结果。(3)在摄氏温标下应该怎样表述盖吕萨克定律。提示：一定质量的某种气体，在压强不变时，温度每升高(或降低)1 ，增大(或减小)的体积等于它在0 时体积的。查理定律的应用典例容积为2 L的烧瓶，在压强为1.0105 Pa时，用塞子塞住，此时温度为27 ，当把它加热到127 时，塞子被打开了，稍过一会儿，重新把盖子塞好，停止加热并使它逐渐降温到27 ，求：(1)塞子打开前的最大压强；(2)27 时剩余空气的压强。思路点拨 解析塞
5、子打开前，瓶内气体的状态变化为等容变化。塞子打开后，瓶内有部分气体会逸出，此后应选择瓶中剩余气体为研究对象，再利用查理定律求解。(1)塞子打开前，选瓶中气体为研究对象：初态：p11.0105 Pa, T1273 K27 K300 K末态：p2？，T2273 K127 K400 K由查理定律可得p2p11.0105 Pa1.33105 Pa。(2)塞子塞紧后，选瓶中剩余气体为研究对象：初态：p11.0105 Pa，T1400 K末态：p2？，T2300 K由查理定律可得p2p11.0105 Pa0.75105 Pa。答案(1)1.33105 Pa(2)0.75105 Pa查理定律及其推论应用查理
6、定律解题的一般步骤(1)确定研究对象，即被封闭的气体。(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件：质量一定，体积不变。(3)确定初、末两个状态的温度、压强。(4)根据查理定律列式求解。(5)求解结果并分析、检验。 1对于一定质量的气体，在体积不变时，压强增大到原来的二倍，则气体温度的变化情况是()A气体的摄氏温度升高到原来的二倍B气体的热力学温度升高到原来的二倍C气体的摄氏温度降为原来的一半D气体的热力学温度降为原来的一半解析：选B由查理定律得T2T12T，B正确。2.有一上端开口、竖直放置的玻璃管，管中有一段15 cm长的水银柱将一些空气封闭在管中，如图821所示，此时气体的温度
7、为27 。当温度升高到30 时，为了使气体体积不变，需要再注入多少水银？(设大气压强为p075 cmHg且不变，水银密度13.6 g/cm3)图821解析：设再注入的水银柱长为x，以封闭在管中的气体为研究对象，气体做等容变化。初态：p1p015 cmHg90 cmHg，T1(27327)K300 K；末态：p2(90x) cmHg，T2(27330)K303 K。由查理定律得，解得x0.9 cm。则注入水银柱的长度为0.9 cm。答案：0.9 cm盖吕萨克定律的应用典例如图822所示，汽缸A中封闭有一定质量的气体，活塞B与A的接触是光滑的且不漏气，B上放一重物C，B与C的总重力为G，大气压为p
8、0。当汽缸内气体温度是20 时，活塞与汽缸底部距离为h1；当汽缸内气体温度是100 时，活塞与汽缸底部的距离是多少？图822思路点拨解析初状态：T1273 K20 K293 K，V1h1S，末状态：T2273 K100 K373 K，V2h2S，其中S为活塞的横截面积，根据盖吕萨克定律：得：V2T2，即h2T23731.27h1。答案1.27h1盖吕萨克定律及其推论应用盖吕萨克定律解题的一般步骤(1)确定研究对象，即被封闭的气体。(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件：质量一定，压强不变。(3)确定初、末两个状态的温度、体积。(4)根据盖吕萨克定律列式求解。(5)求解结果并分析
9、、检验。 1一定质量的理想气体在等压变化中体积增大了，若气体原来温度为27 ，则温度的变化是()A升高450 KB升高了150 C升高了40.5 D升高了450 解析：选B根据盖吕萨克定律，其中V2V1，T1300 K；解得T2450 K，则t150 ，B正确。2.如图823所示，柱形容器内用不漏气的轻质绝热活塞封闭一定量的理想气体，容器外包裹保温材料。开始时活塞至容器底部的高度为H1，容器内气体温度与外界温度相等。在活塞上逐步加上多个砝码后，活塞下降到距容器底部H2处，气体温度升高了T；然后取走容器外的保温材料，活塞位置继续下降，最后静止于距容器底部H3处。已知大气压强为p0。求：气体最后的
10、压强与温度。图823解析：开始时，封闭气体压强p1p0，体积V1H1S温度T1T加砝码后压强为p2体积V2H2S温度T2TT再撤去保温材料后，压强p3p2体积V3H3S温度T3T从状态2到状态3为等压变化，由盖吕萨克定律：最后的T3T由于状态1和状态3温度相等，由玻意耳定律：p0H1Sp3H3S最后压强p3p0。答案：p0T气体的pT图像与VT图像的应用1p T图像与VT图像的比较不同点图像纵坐标压强p体积V斜率意义体积的倒数，斜率越大，体积越小，V4V3V2V1压强的倒数，斜率越大，压强越小，p4p3p2p1相同点都是一条通过原点的倾斜直线横坐标都是热力学温度T都是斜率越大，气体的另外一个状
11、态参量越小2对于p T图像与VT图像的注意事项(1)首先要明确是p T图像还是VT图像。(2)不是热力学温标的先转换为热力学温标。(3)解决问题时要将图像与实际情况相结合。典例图824甲是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的VT图像，已知气体在状态A时的压强是1.5105 Pa。图824(1)说出AB过程中压强变化的情形，并根据图像提供的信息，计算图中TA的值。(2)请在图乙所示坐标系中，作出由状态A经过状态B变为状态C的pT图像，并在图像相应位置上标出字母A、B、C。如果需要计算才能确定有关坐标值，请写出计算过程。思路点拨(1)在根据图像判断气体的状态变化时，首先要确定横、纵坐标表示
12、的物理量，其次根据图像的形状判断各物理量的变化规律。(2)在气体状态变化的图像中，图线上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态，一个线段表示气体状态变化的一个过程。解析(1)在VT图像中，AB为过原点的直线，是等压线，由AB两个状态的参量根据盖吕萨克定律：得：TATB300 K200 K。(2)B状态的压强等于A状态的，BC在等容线上，要作出p T图像还要求出C状态的压强，根据B、C两个状态的参量，利用查理定律：，得：pCTC400 Pa2105 Pa。在乙图中的图像如图所示。答案(1)AB过程中压强不变200 K(2)见解析气体图像相互转换的五条“黄金律”(1)准确理解pV图像、pT图像和V
13、T图像的物理意义和各图像的函数关系，各图像的特点。(2)知道图线上的一个点表示的是一定质量气体的一个平衡状态，知道其状态参量：p、V、T。(3)知道图线上的某一线段表示的是一定质量的气体由一个平衡状态(p、V、T)转化到另一个平衡状态(p、V、T)的过程；并能判断出该过程是等温过程、等容过程还是等压过程。(4)从图像中的某一点(平衡状态)的状态参量开始，根据不同的变化过程。先用相对应的规律计算出下一点(平衡状态)的状态参量，逐一分析计算出各点的p、V、T。(5)根据计算结果在图像中描点，连线作出一个新的图线，并根据相应的规律逐一检查是否有误。 1如图825甲所示，一定质量的气体的状态沿1231
14、的顺序循环变化，若用p V或VT图像表示这一循环，在图乙中表示正确的是()图825解析：选B在甲图p T图像中，气体在12过程发生的是等容变化，且压强、温度均增大，23过程发生的是等温变化，且压强减小、体积增大，31过程发生的是等压变化，且温度减小、体积减小，结合各过程状态参量变化特点，可知B正确。2.一定质量的气体状态变化的pV图像如图826所示，其中AB平行于纵轴，BC平行于横轴，CA延长线通过坐标原点O，已知A状态的热力学温度为TA，B状态的热力学温度为TB，求C状态的热力学温度TC。图826解析：气体由A至B的状态变化过程是沿等容线进行的，根据查理定律得：，气体由B至C的状态变化过程是沿等压线进行的，根据盖吕萨克定律有：，由图像知直线OAC的斜率恒定，有：，并且VAVB，pBpC，由以上各式可得：TC。答案：气体实验定律的综合应
