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1、第四章 气体本章要求 第一节 气体实验定律,1.了解气体的等温变化,掌握玻意耳定律及其应用. 2.了解气体的等容变化,掌握查理定律及其应用. 3.了解气体的等压变化,掌握盖吕萨克定律及其应用. 4.理解理想气体的状态方程,并会进行相关计算.,1.研究气体的状态变化规律 (1)气体的状态参量:研究气体的性质时,常用气体的_和_描述气体的状态.三个状态参量一定时,气体的状态一定.三个状态参量中至少两个以上的状态参量发生变化,气体的状态发生了变化,只有一个状态参量变化,其它两个状态参量不变的过程是不能发生的,其它两个参量中至少有一个参量将随之变化.,压强,温度,体积,(2)研究方法:用实验的方法同时
2、研究_之间的变化关系比较困难,可以采用_的方法,控制其中一个参量不变,研究另外_之间的变化关系.,3个参量,控制变量,2个参量,(3)摄氏温度与热力学温度的关系 a.摄氏温度:用符号t表示,单位_,符号为. b.热力学温度:用符号T表示,单位_,符号为K. c.关系:T=_. 3.气体的等温变化玻意耳定律 (1)气体的等温变化:一定_的气体,在温度保持不变时,气体的压强随体积的变化而变化.,度,开,t+273,质量,(2)实验探究气体的等温变化规律 a.实验装置 如图所示,一个50 cm3的针筒和一个气压计,将活塞置于针筒中央,用一根短橡胶管将针筒和气压计连在一起.研究对象为针筒内封闭的气体,
3、压强的数值由气压计读出,气体的体积由针筒刻度读出.,b.实验方法 缓慢向前推或向后拉活塞(保持气体温度不变),待气压计稳定,计下此时气体的压强(p)和体积(V),继续实验,求出几组对应的体积和压强.,分析实验数据可知,一定质量的气体,压强随体积的减小而增大,随体积的增大而减小.由实验数据算出,直线,d.实验结论 一定质量的气体,在温度保持不变的情况下,压强与体积成_. (3)玻意耳定律 英国科学家玻意耳和法国科学家马略特分别先后通过独立实验发现了气体的等温变化规律. 内容:一定质量的气体_. 表达式:_.,反比,在温度保持不变的条件下,压强与体积成反比,pV=C p1V1=p2V2,4.气体的
4、等容变化查理定律 (1)气体的等容变化:一定_的气体,在_保持不变的情况下,压强随_变化而变化. (2)实验探究气体的等容变化规律,质量,体积,温度,a.实验装置 如图所示,小烧瓶通过塑料管与气压计相连,把烧瓶放在大烧杯里的水中加热.研究对象为烧瓶内封闭的气体,气体的压强由气压计直接读出,气体的温度可以从_直接读出.,温度计,b.实验方法 加热烧杯,待气压计读数稳定后,记下气体的压强和温度,继续实验,求出几组对应的温度和压强.,c.实验数据处理 从实验可看出,一定质量的气体,在体积保持不变时,气体的压强随_升高而增大. 把几组pT值在p-T坐标平面上,描出图象,发现是一条延长线通过原点的直线.
5、,温度,d.实验结论 一定质量的气体,在体积保持不变的条件下,压强与热力学温度成正比.,(3)查理定律 a.内容:一定质量的某种气体,在_不变的情况下,它的压强跟_成正比,这个规律叫查理定律. b.表达式:_. 对于一定质量的某种气体,在两个确定的状态(p1V0T1)和(p2V0T2)有,体积保持,热力学温度,5.气体的等压变化盖吕萨克定律 (1)一定质量的气体,在压强保持不变时,气体的体积随温度的变化而变化. (2)实验探究气体的等压变化规律,a.实验装置 如图所示,用水银将一定质量的空气封闭在上端开口的毛细管中,将毛细管与温度计一起固定在直尺上,放入盛水的烧杯中. 研究对象是毛细管中被封闭
6、的气体.,b.实验方法 加热烧杯,待温度计示数稳定后,记下气体的温度和体积,继续实验,求出几组对应的温度和体积.,c.实验数据处理 通过实验看出,一定质量的气体在_保持不变时,_随温度升高而增大. 把获得的几组温度和体积的数据,在V-T平面内描出图象,发现图象是延长线通过原点的直线.,压强,体积,d.实验结论 一定质量的气体在压强保持不变的情况下,体积与热力学温度成正比.,(3)盖吕萨克定律 a.内容:一定质量的气体,在压强保持不变的条件下,体积与热力学温度成正比. b.表达式_或,VT,6.理想气体的状态方程 (1)三个气体实验定律成立的条件是_. (2)三个状态参量都变化时的关系:_. 注
7、意C与气体的种类和质量有关.,压强不太大,温度不太低,1.气体压强的计算 (1)静止或匀速运动系统中压强的计算方法 a.由液体封闭的部分气体的压强,液柱重力产生的压强p=gh,液面与大气相接触,则封闭气体的压强为p=p0gh,如图所示.h为液柱竖直高度.,b.根据连通器原理分析被液体封闭的部分气体压强.连通器中,同一种液体(中间液体不间断)的同一水面上的压强是相等的.如图所示,封闭气体的压强p=p0+gh.,c.用帕斯卡定律(液体传递外加压强的规律):加在密闭的静止液体上的压强,能够大小不变地由液体向各个方向传递.如下图所示,两端封闭的U型管,封闭两部分气体压强分别为p1p2,p1p2的关系为
8、:p2=p1+gh p1=p2-gh.,d.用固体(如活塞)封闭在静止的容器中的气体压强,应对固体(如活塞)进行受力分析,然后根据力的平衡条件求解.如下图甲所示,气缸光滑,截面积为S,则封闭气体压强p=p0+ ,如图乙所示,气缸光滑,截面积为S,活塞质量为M,则封闭气体压强p=p0+,(2)容器加速运动时封闭气体压强的计算 当容器加速运动时,通常选与气体相关联的液柱气缸或活塞为研究对象,进行受力分析,然后由牛顿第二定律列方程,求出封闭气体的压强.如图所示,当竖直放置的玻璃管向上加速时,对液柱有pS-p0S-mg=ma,得p=p0+,2.玻意耳定律及气体的等温变化图线(p-V图线) (1)适用条
9、件:气体的质量一定,温度一定且温度不太低,压强不太大. (2)表达式:p1V1=p2V2 pV=C C为恒量与气体的种类质量温度有关.对一定质量的气体,温度越高,pV值越大.,(3)一定质量的气体的等温变化图线 a.p-V图线 一定质量的气体,在温度不变的情况下压强p与体积V成反比.因此等温过程的p-V图象是双曲线的一支,如图所示,为一定质量的气体,在不同温度下的等温变化图线,T2T1.虽然都是双曲线的一支,但离开原点的距离不同,在相同体积的情况下,p2p1,因为体积相同时,分子密度相同,温度越高,分子热运动剧烈,所以压强大,因此T2T1.,b.p- 图线 一定质量的气体,温度不变时,pV=恒
10、量,p与V成反比,即p与 成正比,在 坐标平面内的等温线是一条通过原点的直线,图线斜率即为p与V的乘积,由pV=CT可知,pV积越大,保持不变的温度就越高.如图所示,图线2的斜率大于图线1的斜率,所以T2T1.,3.查理定律及气体的等容变化图线(p-T图线) (1)内容:一定质量的气体,在体积保持不变的条件下,压强与热力学温度成正比.,(3)图象,如图所示,一定质量的气体,体积保持不变时,p-T图线是延长线通过原点的直线,直线斜率是与气体种类质量体积有关的恒量.体积不同,直线斜率不同,体积越大,直线斜率越小.p-T图中V2V1,p-t图中V1V2.,4.盖吕萨克定律及气体的等压变化图线(V-T
11、图线) (1)内容:一定质量的气体,在压强保持不变的情况下,体积与热力学温度成正比.,(3)图象 如图所示,一定质量的气体,在压强保持不变时,气体的V-T图线是延长线通过原点的直线.,直线的斜率是与气体的种类质量压强有关的恒量.压强不同直线的斜率不同. 由于 C为恒量与气体的种类质量有关,所以保持不变的压强越大,直线斜率越小,即p1T2 D.由图可知T1T1,选项D正确. 答案:ABD,规律技巧:用图线描述一定质量的气体的状态变化过程,直观方便.一定质量气体的p-V图线是双曲线的一支,离原点越远的图线,保持不变的温度越高;一定质量气体的等容变化图线(p-T图线)是延长线通过原点的直线,直线的斜
12、率越大,保持不变的体积越小;一定质量气体的等压变化图线(V-T图线)是延长线通过原点的直线,直线斜率越大,保持不变的压强越小.,变式训练5:如图所示为一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的V-T图线,已知气体的压强在状态A时的大小是1.5105 Pa.,(1)说出AB过程中压强变化的情形,并根据图象提供的信息,计算图中TA的温度值. (2)请在图乙坐标系中,做出由状态A经状态B变化为状态C的p-T图线,并在图线相应位置标出字母ABC,如果需要计算才能确定有关坐标值,写出计算过程.,解析:(1)由图甲可以看出,A与B的连线的延长线过原点O,所以AB是一个等压变化,即pA=pB,答案:(1)
13、200 K (2)状态变化图线如图所示,题型六 一定质量的理想气体的状态变化方程 例6:一活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内,初始时气体体积为3.010-3m3.用DIS实验系统测得此时气体的温度和压强分别为300 K和1.0105 Pa.推动活塞压缩气体,测得气体的温度和压强分别为320 K和1.6105 Pa. (1)求此时气体的体积; (2)保持温度不变,缓慢改变作用在活塞上的力,使气体压强变为8.0104 Pa,求此时气体的体积.,答案:(1)2.010-3 m3 (2)4.010-3 m3,规律技巧:一定质量的理想气体的状态变化方程 ,只解决恒定质量的气体的状态变化问题,变质量的状
14、态变化问题要转化为恒定质量的状态变化问题,适当选取状态变化过程中的两个状态,利用气态方程 求解未知量.,变式训练6:如图所示,用铁钉固定的活塞将水平放置的容器隔成A和B两部分,其体积之比为VA:VB=2:1,起初A中有温度为27,压强为1.8105 Pa的空气,B中有温度为127,压强为1.2105 Pa的空气,拔出铁钉使活塞可以无摩擦地移动(无漏气),由于容器壁缓慢导热,最后气体都变成27,活塞也停住,求最后A中气体的压强.,解析:本题涉及两部分气体,它们之间没有气体交换,但两部分气体体积之和保持不变,它们的平衡条件是压强相等. 设初始状态:VA=2VB,VB=V0,答案:1.5105 Pa
15、,题型七 气体状态变化过程中的动态分析问题 例7: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同温度的空气,空气柱长H1H2,水银柱长h1h2,今使封闭气柱降低相同的温度(大气压保持不变),则两管中气柱上方的水银柱的移动情况是( ),A.均向下移动,A管移动的较多 B.均向上移动,A管移动的较多 C.A管向上移动,B管向下移动 D.无法判断,解析:因为在温度降低过程中,被封闭气柱的压强恒等于大气压强与水银柱自重产生的压强之和,故封闭气柱均做等压变化,因此可推知,封闭气柱下面的水银面高度不变.根据盖吕萨克定律的分比形式V= V,因AB管中的封闭气柱,初温度T相同,温度降低量T也相同,且TH2,A管中气柱的体积大,|V1|V2|,A管中气柱减小的较多,故AB两管气柱上方的水银柱均向下移动,且A管中的水银柱下移的较多,选项A正确. 答案:A,规律技巧:此类问题中,常假设气体体积不变,利用查理定律的分比式p
