《山东省专用2018_2019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讲义含解析新人教版选修3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山东省专用2018_2019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讲义含解析新人教版选修3（18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pT图像是一条过原点的直线，这条直线叫做等
2、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，在压强不变时体积与温度成正比。()(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)一定质量的气体在体积不变的情况下，气体的压强与摄氏温度成正比。(
3、)(5)pVC、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
4、零度时，气体压强为零，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1对查理定律的理解(1)查理定律是实验定律，是由法国科学家查理通过实验发现的。(2)适用条件：气体质量一定，体积不变，压强不太大(小于n个大气压)，温度不太低(不低于零下几十摄氏度)。(3)一定质量的某种气体在体积不变的情况下，升高(或降低)相
5、同的温度，所增加(或减小)的压强是相同的。2液柱或活塞移动类问题分析思路(1)先假设液柱或活塞不发生移动，两部分气体均做等容变化。(2)对两部分气体分别应用查理定律的分比形式pp，求出每部分气体压强的变化量p，并加以比较。(3)如果液柱或活塞两端的横截面积不相等，则应比较液柱或活塞两端的受力变化pS。典例(2017全国卷)如图，容积均为V的汽缸A、B下端有细管(容积可忽略)连通，阀门K2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门K1、K3；B中有一可自由滑动的活塞(质量、体积均可忽略)。初始时，三个阀门均打开，活塞在B的底部；关闭K2、K3，通过K1给汽缸充气，使A中气体的压强达到大气压p0的3倍
6、后关闭K1。已知室温为27 ，汽缸导热。(1)打开K2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强；(2)接着打开K3，求稳定时活塞的位置；(3)再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20 ，求此时活塞下方气体的压强。解析(1)设打开K2后，稳定时活塞上方气体的压强为p1，体积为V1。依题意，被活塞分开的两部分气体都经历等温过程。由玻意耳定律得p0Vp1V1(3p0)Vp1(2VV1)联立式得V1p12p0。(2)打开K3后，由式知，活塞必定上升。设在活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2(V22V)时，活塞下气体压强为p2。由玻意耳定律得(3p0)Vp2V2由式得p2p0由式知，打开K3后活塞上升直到B的顶
7、部为止；此时p2为p2p0。(3)设加热后活塞下方气体的压强为p3，气体温度从T1300 K升高到T2320 K的等容过程中，由查理定律得将有关数据代入式得p31.6p0。答案(1)2p0(2)在汽缸B的顶部(3)1.6p01查理定律及其推论2应用查理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如图甲、乙所示，容器A和B分别盛有氢气和氧气，用一段水平细玻璃管连通，管内有一段水银柱将两种气体隔开。当氢气的温度为0
8、、氧气温度为20 时，水银柱保持静止。判断下列情况下，水银柱将怎样移动？(1)图甲中两气体均升高20 ；(2)图甲中氢气升高10 ，氧气升高20 ；(3)图乙中两气体均降低10 。解析：由查理定律得：，即pp1。对于图甲，氢气和氧气的初压强相同，设为p。当温度变化时，先假设水银柱不动。(1)pAp0，pBp0，因pApB，故水银柱向B容器一方移动。(2)pAp0，pBp0，因pApB，故水银柱向A容器一方移动。(3)pApA0，pBpB0，因pApB，故|pA|pB|，水银柱向A容器一方(向下)移动。答案：(1)向B移动(2)向A移动(3)向A(下)移动2.有一上端开口、竖直放置的玻璃管，管中
9、有一段15 cm长的水银柱将一些空气封闭在管中，如图所示，此时气体的温度为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)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对盖吕萨克定律的理解(1)盖吕萨克定律是实验定律，是由法国科学家盖
10、吕萨克通过实验发现的。(2)适用条件：气体质量一定，压强不变且不太大(小于n个大气压)，温度不太低(不低于零下几十摄氏度)。(3)推论：一定质量的气体，从初状态(V、T)开始，发生等压变化，其体积变化V和温度的变化T间的关系为或VV。典例如图所示，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p0。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？思路点拨解析初状态：T1273 K20 K293 K，V1h1S，末状态：T2273 K100 K373 K，V2h2S，其中
11、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、检验。 1.如图所示，两根粗细相同、两端开口的直玻璃管A和B，竖直插入同一水银槽中，各用一段水银柱封闭着一定质量相同温度的空气，空气柱长度H1H2，水银柱长度h1h2，今使封闭气柱降低相同的温度(大气压保持不变)，则两管中气柱上方水银柱的移动情况是()A均向下移动，A
12、管移动较多B均向上移动，A管移动较多CA管向上移动，B管向下移动D无法判断解析：选A因为在温度降低的过程中，被封闭气柱的压强恒等于大气压强与水银柱因自重而产生的压强之和，故封闭气柱均做等压变化。并由此推知，封闭气柱下端的水银面高度不变。根据盖吕萨克定律的分比形式VV，因A、B管中的封闭气柱，初温T相同，温度降低量T也相同，且T0，所以V0，即A、B管中气柱的体积都减小；又因为H1H2，A管中气柱的体积较大，所以|V1|V2|，A管中气柱减小得较多，故A、B两管气柱上方的水银柱均向下移动，且A管中的水银柱下移得较多。故本题的正确答案是选项A。2.如图所示，柱形容器内用不漏气的轻质绝热活塞封闭一定
13、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：气体最后的压强与温度。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
14、的pT图像与VT图像的应用1pT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，气体的另外一个状态参量越小2对于pT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。(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
