《新教材人教版选择性必修第三册第二章第3节气体的等压变化和等容变化学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新教材人教版选择性必修第三册第二章第3节气体的等压变化和等容变化学案（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 3 节气体的等压变化和等容变化课标解读课标要求素养要求1.掌握盖-吕萨克定律和查理定律的内容、表达式及适用条件。2.会用气体变化规律解决实际问题。3.理解?-?图像与?-?图像的物理意义。4.了解理想气体的模型,并知道实际气体看成理想气体的条件。5.掌握理想气体状态方程的内容和表达式,并能应用方程解决实际问题。6.能用分子动理论解释三个气体实验定律。1.物理观念：知道气体的等压变化、等容变化、理想气体的概念，知道气体实验定律的微观解释。2.科学思维：掌握盖-吕萨克定律、查理定律的内容、公式及应用，理解理想气体的状态方程并能利用其解决实际问题。3.科学探究：理解并会推导理想气体状态方程，养成
2、推理论证严谨、细致的习惯，在解释气体实验定律中提高分析能力。4.科学态度与责任：通过对定律的理解及应用，学会探索科学规律的方法，坚持实事求是的科学态度，培养学习科学的兴趣。自主学习 必备知识见学用 153 页教材研习教材原句要点一盖-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?与热力学温度?成正比。要点二查理定律一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强?与热力学温度?成正比。自主思考如下图，用水银柱封闭了一定量的气体，慢慢给封闭气体加热，能看到什么现象？封闭的气体发生的是什么变化？答案：提示 封闭气体在温度升高的过程中，封闭气体的压强始终等于?0+?，所以气体发生的是等压变化
3、。看到水银柱向上移动。盛有半杯热水的水杯，拧上杯盖放置一段时间后，杯盖很难翻开，这是为什么？答案：提示 放置一段时间后，杯内的空气温度降低，杯内封闭气体的体积不变，根据“体积不变，压强与热力学温度成正比可知压强减小，外界的大气压强大于杯内空气的压强，所以杯盖很难翻开。名师点睛1.盖-吕萨克定律的理解1公式：?=?或?1?1=?2?2。2适用条件：气体质量一定，气体压强不变。3等压变化的图像：?一定时，在?-?图像中，等压线是一条延长线过坐标原点的直线，直线的斜率越大，压强越小，如图甲所示。在?-?图像中，等压线与?轴的交点总是-273.15，等压线是一条倾斜的直线，纵截距表示0时气体的体积，如
4、图乙所示。2.查理定律的理解1公式：?=?或?1?1=?2?2。2适用条件：气体质量一定，气体体积不变。3等容变化的图像：?一定时，在?-?图像中，等容线为一条延长线过坐标原点的直线，直线的斜率越小，体积越大，如图丙所示。在?-?图像中，等容线与?轴的交点是-273.15，等容线是一条倾斜的直线，纵截距表示气体在0时的压强，如图丁所示。互动探究 关键能力见学用 153 页探究点一气体的等压变化情境探究1.图中封闭着温度为100的空气，一重物用绳索经滑轮跟汽缸中活塞相连接，重物和活塞都处于平衡状态，这时活塞离汽缸底的高度为10?cm，如果缸内空气温度缓慢降至0。1在变化过程中气体发生的是什么变化
5、？2此时活塞到缸底的距离是多大？答案：提示 1是等压变化。2初状态?1=?(10?cm)，?1=(273+100)K=373?K；末状态?2=?，?2=273?K。由?1?1=?2?2，得?2=?2?1?1?(7.32?cm)，即活塞到缸底的距离?为7.32?cm。探究归纳1.盖-吕萨克定律的推论1公式推导：由?1?1=?1+?1+?得，?1?1=?或?=?1?1，?=?1?1。2意义：表示一定质量的某种气体从初状态(?1、?1)开始发生等压变化，其体积的变化量?与温度的变化量?成正比。2.盖-吕萨克定律在摄氏温标下的表述一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，温度每升高或降低1，增大或减小的
6、体积等于它在0时体积的1273，数学表达式为?-?0?=?0273或?=?0(1+?273)。3.?-?图像和?-?图像1?-?图像：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，气体的体积?和热力学温度?的关系图线是过原点的倾斜直线，如图甲所示，且?1?2，即斜率越小，压强越大。2?-?图像：一定质量的某种气体，在等压过程中，体积?与摄氏温度?是线性函数关系，不是简单的正比例关系。如图乙所示，图像纵轴的截距?0是气体在 0时的体积，等压线是一条延长线通过横轴上?=-273.15 点的倾斜直线，且斜率越大，压强越小。探究应用例 2021 黑龙江大庆实验中学高三月考如下图，汽缸长?=1.0?m，固定在
7、水平地面上，汽缸中有横截面积?=100?cm2的光滑活塞，活塞封闭了一定质量的理想气体，大气压强?0=1.0 105Pa，当温度?=27时，气柱长度?=0.8?m，汽缸和活塞的厚度均可忽略不计。求：1如果温度保持不变，将活塞缓慢拉至汽缸右端口，此时水平拉力?的大小；2如果汽缸内气体温度缓慢升高，求活塞移至汽缸右端口时的气体温度。答案：1 200?N2375?K解析：1设活塞缓慢到达汽缸右端口时，被封气体压强为?1，那么由玻意耳定律?0?=?1?，解得?1=0.8 105Pa把活塞缓慢拉至汽缸右端口处有时?1?=?0?-?，解得?=200?N。2设汽缸内气体温度缓慢升高，使活塞移至汽缸右端口时的
8、气体温度为?2，?1=(27+273)K=300?K由盖-吕萨克定律得?1=?2，解得?2=375?K。解题感悟利用盖-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成立的条件，即是不是质量和压强保持不变。3分别找出初、末两状态的温度、体积。4根据盖-吕萨克定律列方程求解，并对结果进行讨论。迁移应用1.如下图，绝热汽缸倒扣放置，质量为?的绝热活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸间摩擦可忽略不计，活塞下部空间与外界连通，汽缸底部连接一U形细管管内气体的体积忽略不计。初始时，封闭气体温度为?0，活塞距离汽缸底部为?0，细管内两侧水银柱存在
9、高度差。水银密度为?，大气压强为?0，汽缸横截面积为?，重力加速度为?，那么：1U形细管内两侧水银柱的高度差；2通过加热装置缓慢提升气体温度使活塞下降?0，求此时的温度。答案：1?2?0+?0?0?0解析：1设封闭气体的压强为?，对活塞分析有?0?=?+?用水银柱表达气体的压强?=?0-?解得?=?2加热过程是等压变化?0?0=(?0+?0)?，解得?=?0+?0?0?0。探究点二气体的等容变化情境探究1.我国民间常用“拔火罐来治疗某些疾病，即先加热罐中气体，然后迅速将火罐开口端紧压在人体的皮肤上，待火罐冷却后，火罐就被紧紧地“吸在皮肤上。你知道其中的道理吗?答案：提示 火罐内的气体体积一定，
10、冷却后气体的温度降低，压强减小，故在大气压力的作用下火罐被“吸在皮肤上。探究归纳1.查理定律的推论1公式推导：由?1?1=?1+?1+?得，?1?1=?或?=?1?1，?=?1?1)。2意义：表示一定质量的某种气体从初状态(?1、?1)开始发生等容变化，其压强的变化量?与温度的变化量?成正比。2.查理定律在摄氏温标下的表述一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，气体温度每升高 或降低 1，增大或减小的压强等于气体在0时的压强的1273。用公式表示为?-?0?=1273?0或?=?0(1+?273)，其中?是温度为?时的压强，?0是0时的压强。3.?-?图像和?-?图像1?-?图像：一定质量的某
11、种气体，在等容变化过程中，气体的压强?和热力学温度?的关系图线是过原点的倾斜直线，如图甲所示，且?1?1。又如图乙所示，虚线为等温线，从?状态到?状态压强增大，体积一定减小，所以?2?1。探究应用例2021 重庆育才中学高三期中如下图，一粗细均匀的 U形管竖直放置，?侧上端封闭，?侧上端与大气相通，下端开口处开关K关闭，?侧空气柱的长度为?=10.0?cm，温度为 27；?侧水银面比?侧的高?=4.0?cm。大气压强?0=76.0?cmHg。为了使?、?两侧的水银面等高，可以用以下两种方法：1开关关闭的情况，改变?侧气体的温度，使?、?两侧的水银面等高，求此时?侧气体温度；2在温度不变的条件下
12、，将开关K翻开，从 U形管中放出局部水银，使?、?两侧的水银面等高，再闭合开关K。求 U形管中放出水银的长度。结果保存一位小数答案：1 228?K 25.1?cm解析：1初始状态：气体压强为?1=?0+4?cmHg=76?cmHg+4?cmHg=80?cmHg，气柱长度?=10?cm，?1=(27+273)K=300?K等高后：?2=76?cmHg?=8?cm由理想气体状态方程得?1?1?1=?2?2?2，?1?1=?2?2代入数据解得?2=228?K2温度不变，那么?1?1=?3?3即?1?=?0?3?，得?3=10.526?cm所以流出水银长度?=4?cm+0.526?cm+0.526?c
13、m 5.1?cm迁移应用1.如下图，?、?、?三点表示一定质量理想气体的三个状态，那么气体在?、?、?三个状态的热力学温度之比是()A.1:1:1B.1:2:1C.3:4:3D.1:2:3答案：C解析：根据理想气体状态方程?=?可知，?，所以?:?:?=(?):(?):(?)=3:4:3。探究点四气体实验定律的微观解释知识深化1.玻意耳定律1 宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大；体积增大，压强减小。2 微观解释：温度不变，分子的平均动能是一定的。体积减小，分子的数密度增大，单位时间、单位面积上碰撞器壁的分子数增多，气体的压强就增大，如下图。2.盖-吕萨克定律
14、1宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大；温度降低，体积减小。2微观解释：温度升高，分子的平均动能增大；只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变，如下图。3.查理定律1 宏观表现：一定质量的某种理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大；温度降低，压强减小。2 微观解释：体积不变，分子的数密度保持不变，温度升高，分子的平均动能增大，气体的压强就增大，如下图。题组过关1.2021 山东济南外国语学校高三月考关于一定质量的理想气体，以下说法正确的选项是()A.当分子热运动变剧烈且分子平均间距变大时，气体压强一定变大B.在完全失重的情况下，气体对容
15、器壁的压强为零C.一定质量的理想气体压强增大，其分子的平均动能一定增加D.气体在等压膨胀过程中，温度、内能一定变大答案：D解析：当分子热运动变剧烈时，气体分子的平均动能变大，当气体间的平均距离变大时，气体分子的数密度变小，压强不知道如何变化，故A项错误；气体对容器壁的压强是分子对容器壁的碰撞产生的，在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强不为零，故B项错误；一定质量的理想气体压强增大，可以通过减小体积或者升高温度来实现，如果保持温度不变，减小体积的话，其分子的平均动能保持不变，故C项错误；气体在等压膨胀过程中由理想气体状态方程可知，温度一定升高，内能也一定增大，故D项正确。2.在一定的温度下，一
16、定质量的气体体积减小时，气体的压强增大，这是由于()A.单位体积内的分子数增多，单位时间内、单位面积上分子对器壁碰撞的次数增多B.气体分子的数密度变大，分子对器壁的吸引力变大C.每个气体分子对器壁的撞击力都变大D.气体密度增大，单位体积内分子质量变大答案：A解析：气体的温度不变，分子的平均动能不变，对器壁的平均撞击力不变；体积减小，单位体积内的分子数目增多，气体压强增大。3.如下图，一定质量的理想气体由状态?沿平行纵轴的直线变化到状态?，那么对它的状态变化过程，以下说法正确的选项是()A.气体的温度不变B.气体的内能增加C.气体的分子平均速率减小D.气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数不变答案：B解析：从?-?图像中的?图线看，气体状态由?变到?为等容升压，根据查理定律，一定质量的气体，当体积不变时，压强跟热力学温度成正比，所以压强增大，温度升高，A项错误；一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，所以气体的温度升高，内能增加，B项正确；气体的温度升高，分子平均速率增大，C项错误；气体体积不变，温度升高压强增大，那么气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数增加，D项错误。
