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1、学案学案 8 气体实验定律气体实验定律 ()目标定位1.知道什么是等容变化，知道查理定律的内容和公式.2.知道什么是等压变化，知道盖吕萨克定律的内容和公式.3.了解等容变化的 pT 图线和等压变化的 VT 图线及其物理意义.4.会用分子动理论和统计观点解释气体实验定律一、查理定律问题设计打足气的自行车在烈日下曝晒，常常会爆胎，原因是什么？答案 车胎在烈日下曝晒，胎内的气体温度升高，气体的压强增大，把车胎胀破要点提炼1等容变化：一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度的变化叫做等容变化2查理定律(1)内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，压强 p 与热力学温度 T 成正比(填“正比”或“
2、反比”)(2)表达式：pCT 或.p1T1p2T2(3)适用条件：气体的质量和体积不变3等容线：pT 图象和 pt 图象分别如图 1 甲、乙所示图 14从图 1 可以看出：pT 图象(或 pt 图象)为一次函数图象，由此我们可以得出一个重要推论：一定质量的气体，从初状态(p、T)开始发生等容变化，其压强的变化量 p 与热力学温度的变化量 T 之间的关系为： .pTpT延伸思考 图 1 中斜率的不同能够说明什么问题？答案 斜率与体积成反比，斜率越大，体积越小二、盖吕萨克定律1等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度的变化叫做等压变化2盖吕萨克定律(1)内容：一定质量的气体，在压强不
3、变的情况下，体积 V 与热力学温度 T 成正比(2)表达式：VCT 或.V1T1V2T2(3)适用条件：气体的质量和压强不变3等压线：VT 图象和 Vt 图象分别如图 2 甲、乙所示图 24从图 2 可以看出：VT 图象(或 Vt 图象)为一次函数图象，由此我们可以得出一个重要推论：一定质量的气体从初状态(V、T)开始发生等压变化，其体积的变化量 V 与热力学温度的变化量 T 之间的关系为 .VTVT延伸思考 图 2 中斜率的不同能够说明什么问题？答案 斜率与压强成反比，斜率越大，压强越小三、对气体实验定律的微观解释问题设计如何从微观角度来解释气体实验定律？答案 从决定气体压强的微观因素上来解
4、释，即气体分子的平均动能和气体分子的密集程度要点提炼1玻意耳定律的微观解释一定质量的某种理想气体，温度不变，分子的平均动能不变体积减小，分子的密集程度增大，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增多，气体的压强增大2查理定律的微观解释一定质量的某种理想气体，体积不变，则分子的密集程度不变，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁的作用力变大，所以气体的压强增大3盖吕萨克定律的微观解释一定质量的某种理想气体，温度升高，分子的平均动能增大，撞击器壁的作用力变大，而要使压强不变，则需使影响压强的另一个因素分子的密集程度减小，所以气体的体积增大一、查理定律的应用例 1 气体温度计结构如图 3 所示玻璃测温
5、泡 A 内充有气体，通过细玻璃管 B 和水银压强计相连开始时 A 处于冰水混合物中，左管 C 中水银面在 O 点处，右管 D 中水银面高出 O 点 h114cm，后将 A 放入待测恒温槽中，上下移动 D，使 C 中水银面仍在 O 点处，测得 D 中水银面高出 O 点h244cm.求恒温槽的温度(已知外界大气压为 1 个标准大气压，1 个标准大气压等于 76cmHg)图 3解析 设恒温槽的温度为 T2，由题意知 T1273KA 内气体发生等容变化，根据查理定律得p1T1p2T2p1p0ph1p2p0ph2联立式，代入数据得T2364K(或 91)答案 364K(或 91)二、盖吕萨克定律的应用例
6、 2 如图 4 所示，一端开口的钢制圆筒，在开口端上面放一活塞，活塞与筒壁间的摩擦及活塞的重力不计，现将其开口端向下，竖直缓慢地放入 7的水中，在筒底与水面相平时，恰好静止在水中，这时筒内气柱长为 14cm，当水温升高到 27时，钢筒露出水面的高度为多少？(筒的厚度不计)图 4答案 1cm解析 设钢筒露出水面的高度为 h，圆筒的横截面积为 S.当 t17 时，V114S，当 t227 时，V2(14h)S，由等压变化规律，V1T1V2T2得，1428014h300解得 h1 cm，即钢筒露出水面的高度为 1 cm.三、pT 图象与 VT 图象的应用例 3 图 5 甲是一定质量的气体由状态 A
7、经过状态 B 变为状态 C 的 VT 图象，已知气体在状态 A 时的压强是 1.5105Pa.图 5(1)根据图象提供的信息，计算图中 TA的值(2)请在图乙坐标系中，作出气体由状态 A 经状态 B 变为状态 C 的 pT 图象，并在图线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，请写出计算过程解析 (1)根据盖吕萨克定律可得VATAVBTB所以 TATB300K200K.VAVB0.40.6(2)根据查理定律得pBTBpCTCpCpBpB pB 1.5105Pa2.0105PaTCTB4003004343则可画出由状态 ABC 的 pT 图象如图所示答案 (1)200K
8、(2)见解析图四、对气体实验定律的微观解释例 4 对一定质量的理想气体，下列说法正确的是( )A体积不变，压强增大时，气体分子的平均动能一定增大B温度不变，压强减小时，气体的密度一定减小C压强不变，温度降低时，气体的密度一定减小D温度升高，压强和体积可能都不变解析 根据气体压强、体积、温度的关系可知，体积不变，压强增大时，气体的温度升高，气体分子的平均动能一定增大，选项 A 正确；温度不变，压强减小时，气体体积增大，气体的密度减小，故选项 B 正确；压强不变，温度降低时，体积减小，气体的密度增大，故选项 C 错误；温度升高，压强、体积中至少有一个会发生改变，故选项 D 错误答案 AB1(查理定
9、律的应用)一定质量的气体，在体积不变的条件下，温度由 0升高到 10时，其压强的增量为 p1，当它由 100升高到 110时，所增压强为 p2，则 p1与 p2之比是( )A101B373273C11D383283答案 C解析 由查理定律得 p T，一定质量的气体在体积不变的条件下C，温度由 0升pTpT高到 10和由 100升高到 110，T10K 相同，故所增加的压强 p1p2，C 项正确2(盖吕萨克定律的应用)如图 6 所示，气缸中封闭着温度为100的空气，一重物用轻质绳索经光滑滑轮跟缸中活塞相连接，重物和活塞都处于平衡状态，这时活塞离气缸底的高度为 10cm.如果缸内空气温度变为 0，
10、重物将上升多少厘米？(绳索足够长，结果保留三位有效数字)答案 2.68cm解析 这是一个等压变化过程，设活塞的横截面积为 S.图 6初态：T1(273100) K373K，V110S末态：T2273K，V2LS由盖吕萨克定律得V1T1V2T2LSV1，L10cm7.32cmT2T1273373重物上升高度为 10cm7.32cm2.68cm.3(pT 图象与 VT 图象的应用)如图 7 所示，是一定质量的气体从状态 A 经状态 B、C 到状态 D 的 pT 图象，已知气体在状态 B 时的体积是 8L，求 VA和 VC、VD，并画出此过程的 VT 图象答案 4L 8L 10.7L VT 图象见解
11、析图图 7解析 AB 为等温过程，有 pAVApBVB所以 VAL4LpBVBpA1 105 82 105BC 为等容过程，所以 VCVB8LCD 为等压过程，有，VDVC8LL10.7LVCTCVDTDTDTC400300323此过程的 VT 图象如图所示：4(气体实验定律的微观解释)一定质量的理想气体，在压强不变的条件下，温度升高，体积增大，从分子动理论的观点来分析，正确的是 ( )A此过程中分子的平均速率不变，所以压强保持不变B此过程中每个气体分子碰撞器壁的平均冲击力不变，所以压强保持不变C此过程中单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数不变，所以压强保持不变D以上说法都不对答案 D解
12、析 压强与单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数和每个分子的冲击力有关，温度升高，分子对器壁的平均冲击力增大，单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数应减小，压强才可能保持不变题组一 查理定律的应用1一定质量的气体，体积保持不变，下列过程可以实现的是( )A温度升高，压强增大B温度升高，压强减小C温度不变，压强增大D温度不变，压强减小答案 A解析 由查理定律 pCT 得温度和压强只能同时升高或同时降低，故 A 项正确2民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地被“吸”在皮肤上其原因是，当火罐内的气体( )A温度不变
13、时，体积减小，压强增大B体积不变时，温度降低，压强减小C压强不变时，温度降低，体积减小D质量不变时，压强增大，体积减小答案 B解析 纸片燃烧时，罐内气体的温度升高，将罐压在皮肤上后，封闭气体的体积不再改变，温度降低时，由 pT 知封闭气体压强减小，火罐紧紧“吸”在皮肤上，B 选项正确题组二 盖吕萨克定律的应用3一定质量的气体保持其压强不变，若其热力学温度降为原来的一半，则气体的体积变为原来的( )A四倍B二倍C一半D四分之一答案 C4房间里气温升高 3时，房间内的空气将有 1%逸出到房间外，由此可计算出房间内原来的温度是 ( )A7B7C17D27答案 D解析 以升温前房间里的气体为研究对象，
14、由盖吕萨克定律：，解得：T3TV111%VT300 K，t27 ，所以答案选 D.5一定质量的空气，27时的体积为 1.0102m3，在压强不变的情况下，温度升高100时体积是多大？答案 1.33102m3解析 一定质量的空气，在等压变化过程中，可以运用盖吕萨克定律进行求解空气的初、末状态参量分别为初状态：T1(27327) K300K，V11.0102m3；末状态：T2(27327100) K400K.由盖吕萨克定律得，气体温度升高 100时的体积为V1T1V2T2V2V11.0102m31.33102m3.T2T1400300题组三 pT 图象和 VT 图象的考查6.如图 1 所示是一定质
15、量的气体从状态 A 经状态 B 到状态 C 的 pT 图象，则下列判断正确的是( )AVAVBBVBVCCVBVC答案 AC解析 由题图和查理定律可知 VAVB，故 A 正确；由状态 B 到状态 C，温度不变，压强减小，说明体积增大，故 C 正确7.如图 2 所示，a、b、c 分别是一定质量的气体的三个状态点，设a、b、c 状态的气体体积分别为 Va、Vb、Vc，则下列关系中正确的是( )AVaVbVcBVaVbVc图 2CVaVbVcDVaVbVc答案 C8一定质量的某种气体自状态 A 经状态 C 变化到状态 B，这一过程的 VT 图象如图 3 所示，则 ( )图 3A在过程 AC 中，气体的压强不断变大B在过程 CB 中，气体的压强不断变小C在状态 A 时，气体的压强最大D在状态 B 时，气体的压强最大答案 AD解析 气体的 AC 变化过程是等温变化，由 pVC 可知，体积减小，压强增大，故 A 正确在 CB 变化过程中，气体的体积不发生变化，即为等容变化，由 C 可知，温度升高，压pT强增大，故 B
