【高中物理】气体的等压变化和等容变化 高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第三册）

2.3 气体的等气体的等压压变化和等变化和等容容变化变化盖盖吕萨克定律、吕萨克定律、查理定查理定律律 烧烧瓶瓶上上通通过过橡橡胶胶塞塞连连接接一一根根玻玻璃璃管管，向向玻玻璃璃管管中中注注入入一一段段水水柱柱。用用手手捂捂住住烧烧瓶瓶，会会观观察察到水柱缓慢向外移动，这说明了什么？到水柱缓慢向外移动，这说明了什么？新课导入一、气体的等压变化一、气体的等压变化 1等压过程：气体在压强不变的情况下发生的状态变化过程叫做等压过程猜想在等压变化中，气体的体积与温度可能存在着什么关系？2一定质量气体的等压变化实验设计：实验设计：如图所示，改变瓶中气体温度，上下移动A管使U型管中两水银面保持在同一水平位置（即使瓶中的气体压强保持等于外界大气压强不变）可得到，气体温度升高，体积增大；气体温度降低，体积减小 等压变化实验探究:3盖吕萨克定律：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积V与热力学温度成正比（V T）.可写成（1）是实验定律，由法国科学家盖吕萨克通过实验发现的（3）在 V/T=C 中的C与气体的种类、质量、压强有关 注意：V正比于T而不正比于t，但 V t（4）一定质量的气体发生等压变化时，升高（或降低）相同的温度，增加（或减小）的体积是相同的（5）解题时前后两状态的体积单位要统一盖吕萨克（17781850年）法国化学家、物理学家.或（2）成立条件：气体质量一定，压强不变4 4等压线等压线（1 1）等等压压线线：一一定定质质量量的的某某种种气气体体在在等等压压变变化化过过程程中中，体体积积V V与与热热力力学学温温度度T T的正比关系在的正比关系在V VT T直角坐标系中的图象叫做直角坐标系中的图象叫做等压线等压线0VT（2 2）结合盖吕萨克定律内容和）结合盖吕萨克定律内容和V-TV-T图象，你能否画出体积图象，你能否画出体积V V随摄氏温度随摄氏温度t t的图象？的图象？（3 3）同一气体，不同压强下）同一气体，不同压强下等压线等压线是不同的，你能判断那条等压线气体的压强比较是不同的，你能判断那条等压线气体的压强比较大吗？你是根据什么理由作出判断的？大吗？你是根据什么理由作出判断的？结论：等压线斜率越大，压强越小。结论：等压线斜率越大，压强越小。用什么方法可以使凹进的乒乓球恢复原状？5.应用1:相传三国时期著名的军事家、政治家诸葛亮被司马懿困于平阳相传三国时期著名的军事家、政治家诸葛亮被司马懿困于平阳,无法派兵出城无法派兵出城求救。就在此关键时刻求救。就在此关键时刻,诸葛亮发明了一种可以升空的信号灯诸葛亮发明了一种可以升空的信号灯孔明灯孔明灯,并成功进并成功进行了信号联络行了信号联络,其后终于顺利脱险。你知道孔明灯为什么能够升空吗其后终于顺利脱险。你知道孔明灯为什么能够升空吗?简答简答:孔明灯是利用火焰的热量使容器内的气体膨孔明灯是利用火焰的热量使容器内的气体膨胀胀,使部分气体从孔明灯内溢出使部分气体从孔明灯内溢出,进而使孔明灯内气进而使孔明灯内气体的质量减少体的质量减少,当大气对孔明灯的浮力恰好等于孔当大气对孔明灯的浮力恰好等于孔明灯的重力时明灯的重力时,即达到孔明灯升空的临界条件即达到孔明灯升空的临界条件,若继若继续升温续升温,孔明灯就能升空了。孔明灯就能升空了。二、气体的等容变化二、气体的等容变化 1等容过程：气体在体积不变的情况下发生的状态变化过程叫做等容过程猜想在等容变化中，气体的压强与温度可能存在着什么关系？2一定质量气体的等容变化 如图所示，研究瓶中一定质量的气体，先使U型管中两侧水银液面等高，在左侧液面处标上标记P，然后改变瓶内气体温度（可分别放入热水和冰水中），上下移动A管，使左侧水银面保持在P处（即使瓶中气体体积不变）可得到，气体温度升高，压强增大；气体温度降低，压强减小.实验设计：烧瓶（带软木塞），玻璃管，橡皮连接管，水银压强计，温度计，烧瓶（带软木塞），玻璃管，橡皮连接管，水银压强计，温度计，盛水容器，冰，冷水，（几种不同温度的）热水。盛水容器，冰，冷水，（几种不同温度的）热水。实验仪器：等容变化实验探究:3 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（p T）可写成（1）是实验定律，由法国科学家查理通过实验发现的（3）在p/T=C中的C与气体的种类、质量、体积有关 注意：p与热力学温度T成正比，不与摄氏温度成正比；但压强的变化 p与摄氏温度 t 的变化成正比查理（1746l823）（2）成立条件：气体质量一定，体积不变或查理定律：（4）一定质量的气体在等容时，升高（或降低）相同的温度，所增加（或减小）的压强是相同的（5）解题时前后两状态压强的单位要统一 4 4等容线等容线 （l l）等等容容线线：一一定定质质量量的的某某种种气气体体在在等等容容变变化化过过程程中中，压压强强p p跟跟热热力力学学温温度度T T的正比关系的正比关系p pT T在直角坐标系中的图象叫做等容线在直角坐标系中的图象叫做等容线（2 2）结合查理定律内容和）结合查理定律内容和P-TP-T图象，你能否画出体积图象，你能否画出体积P P随摄氏温度随摄氏温度t t的图象？的图象？0T/KABP0pt/0CAB-273.15（3 3）同一气体，不同体积下）同一气体，不同体积下等容线等容线是不同的，你能判断那条等容线气体的体积比较是不同的，你能判断那条等容线气体的体积比较大吗？你是根据什么理由作出判断的？大吗？你是根据什么理由作出判断的？结论：等容线斜率越大，体积越小。结论：等容线斜率越大，体积越小。（3）一定质量气体的等容线的物理意义图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等容线上各状态的体积相同。不同体积下的等容线，斜率越大，体积越小（同一温度下，压强大的体积小）如图所示，V2V1利用高压锅可以很快把饭煮熟。利用高压锅可以很快把饭煮熟。轮胎和高压锅都是气体轮胎和高压锅都是气体体积不变体积不变，温度升高，压强增大。，温度升高，压强增大。5.应用1:夏天汽车轮胎打气太足，容易爆胎。夏天汽车轮胎打气太足，容易爆胎。5.应用2:练习练习1 1、一定质量的气体，保持体积不变，温度从一定质量的气体，保持体积不变，温度从11升高到升高到55，压，压强的增量为强的增量为 2.0102.0103 3 Pa Pa，则，则 A A它从它从55升高到升高到1010，压强增量为，压强增量为2.0102.0103 3PaPaB B它从它从1515升高到升高到2020，压强增量为，压强增量为2.0102.0103 3PaPaCC它在它在00时，压强约为时，压强约为1.4101.4105 5PaPaAB练习练习2 2、密闭在容积不变的容器中的气体，当温度降低时、密闭在容积不变的容器中的气体，当温度降低时 A A、压强减小，密度减小；、压强减小，密度减小；B B、压强减小，密度增大；、压强减小，密度增大；C C、压强不变，密度减小；、压强不变，密度减小；D D、压强减小，密度不变、压强减小，密度不变D练习练习3 3、下列关于一定质量的气体的等容变化的说法中正确的是、下列关于一定质量的气体的等容变化的说法中正确的是 A A、气体压强的改变量与摄氏温度成正比；、气体压强的改变量与摄氏温度成正比；B B、气体的压强与摄氏温度成正比；、气体的压强与摄氏温度成正比；CC、气体压强的改变量与热力学温度成正比；、气体压强的改变量与热力学温度成正比；D D、气体的压强与热力学温度成正比。、气体的压强与热力学温度成正比。D 我国我国民间常用民间常用“拔火罐拔火罐”来治疗某些疾病，即用一个小罐，将纸燃烧后放来治疗某些疾病，即用一个小罐，将纸燃烧后放入罐内，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，火罐就入罐内，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，火罐就被紧紧地被紧紧地“吸吸”在皮肤上。你知道其中的道理吗？在皮肤上。你知道其中的道理吗？答案：答案：火罐内的气体体积一定，冷却后气体的温度降低，压强减小，故在大气压火罐内的气体体积一定，冷却后气体的温度降低，压强减小，故在大气压力作用下被力作用下被“吸吸”在皮肤上。在皮肤上。想一想【例题例题】某种某种气体在状态气体在状态A A时压强时压强2102105 5PaPa，体积为，体积为1m1m3 3，温度为，温度为200K200K，(1)(1)它在等温过程中由状态它在等温过程中由状态A A变为状态变为状态B B，状态，状态B B的体积为的体积为2m2m3 3，求状态，求状态B B的压强。的压强。(2)(2)随后，又由状态随后，又由状态B B在等容过程中变为状态在等容过程中变为状态C C，状态，状态C C的温度为的温度为300K300K，求状态，求状态C C的压强。的压强。A B C以气体为研究对象。以气体为研究对象。解：解：初态：初态：P PA A=210=2105 5PaPaV VA A=1m=1m3 3末态：末态：P PB B=？V VB B=2m=2m3 3等温变化，等温变化，根据根据 p pA AV VA A=p=pB BV VB B，代入得：代入得：2102105 5PaPa11m m3 3=P PB B2 2m m3 3解得：解得：（1 1）P PB B=10=105 5PaPaT TA A=200K=200KT TB B=200K=200K初态：初态：P PB B=10=105 5PaPaV VB B=2m=2m3 3末态：末态：P PC C=？V VC C=2=2m m3 3等容变化，根据等容变化，根据代入得：代入得：解得：解得：（2 2）P PC C=1.5=1.510105 5PaPaT TB B=200K=200KT TC C=300K=300K，1、确定研究对象，即被封闭的气体2、分析研究对象在状态变化时是否：质量一定，体积/压强不变3、确定初、末两个状态的压强/体积、温度（不是热力学温度先转化为热力学温度）4、根据查理定律/盖-吕萨克定律列式求解利用查理定律和盖利用查理定律和盖-吕萨吕萨克定律的克定律的解题思路解题思路查理定律与盖查理定律与盖吕萨克定律的比较吕萨克定律的比较气体实验定律气体实验定律玻意耳定律玻意耳定律查理定律查理定律盖盖-吕萨克定律吕萨克定律压强不太大压强不太大压强不太大压强不太大(相对大气压相对大气压相对大气压相对大气压)，温度不太低温度不太低温度不太低温度不太低(相对室温相对室温相对室温相对室温)这些定律的适用范围：这些定律的适用范围：p1V1=p2V2三、三、理想气体理想气体忽略忽略气体分子大小气体分子大小 在在温度不低于零下几十摄氏度温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时压强不超过大气压的几倍时，把实际气体当成，把实际气体当成理想气体来处理，理想气体来处理，误差很小误差很小。理想气体理想气体微观微观忽略忽略分子间相互作用力分子间相互作用力忽略忽略气体分子与器壁的动能损失气体分子与器壁的动能损失宏观：宏观：理想化理想化实物实物模型模型没有没有分子势能分子势能气体内能气体内能只只与温度与温度有关有关，与体积无关与体积无关。质点、点电荷、单摆、弹簧振子、质点、点电荷、单摆、弹簧振子、理想变压器、理想气体等。理想变压器、理想气体等。任何温度任何温度、任何压强任何压强下都遵从气下都遵从气体实验定律的体实验定律的气体气体。一定质量的理想气体，由初状态（p1、V1、T1）变化到末状态（p2、V2、T2）时，两个状态的状态参量之间的关系为：拓展学习（理想气体状态方程）：方程具有普遍性四、四、气体实验定律的微观解释气体实验定律的微观解释波意耳定律：一定质量的某种气体，在波意耳定律：一定质量的某种气体，在温度不变温度不变的情况下，压强的情况下，压强P与体积与体积V成反比。成反比。不变不变V分子密集程度分子密集程度P四、四、气体实验定律的微观解释气体实验定律的微观解释盖盖吕萨克定律：吕萨克定律：一定质量的某种气体，在一定质量的某种气体，在压强不变压强不变的情况下，其体积的情况下，其体积V与与热力学热力学温度温度T成正比。成正比。V分子密集