2.4 气体实验定律的图像表示及微观解释

第4节气体实验定律的图像表示及微观解释一、气体实验定律的图像表示1．气体等温变化的p－V图像为了直观地描述压强p跟体积V的关系,通常建立______坐标系，如图2－4－1所示．图线的形状为_________．由于它描述的是温度不变时的p－V关系，因此称它为_______线．一定质量的气体,不同温度下的等温线是______的．图2－4－1p－V双曲线等温不同2．气体等容变化的p－T图像从图甲可以看出，在等容过程中，压强p与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的______关系.但是，如果把图甲中直线AB延长至与横轴相交，把交点当作坐标原点．建立新的坐标系(如图乙所示)，那么这时的压强与温度的关系就是正比例关系了．图乙坐标原点的意义为气体压强为___时，其温度为___.可以证明，当气体的压强不太大,温度不太低时,坐标原点代表的温度就是_____.正比000K3．气体等压变化的V－T图像由V＝CT可知在V－T坐标系中，等压线是一条通过坐标原点的倾斜的______．对于一定质量的气体，不同等压线的斜率不同．斜率越小,压强越_____,如图所示，p2＞p1.直线大二、气体实验定律的微观解释1．玻意耳定律一定质量的气体，温度保持不变时，分子的___________是一定的．在这种情况下，体积减小时，分子的___________增大,气体的压强就增大．平均动能密集程度2．查理定律一定质量的气体，体积保持不变时，分子的___________保持不变．在这种情况下，温度升高时，分子的___________增大,气体的压强就增大．3．盖吕萨克定律一定质量的气体，温度升高时，分子的___________增大．只有气体的体积同时增大，使分子的___________减小，才能保持压强不变．密集程度平均动能平均动能密集程度核心要点突破一、对气体等温变化图像的理解1．对两种等温变化图像的理解和应用两种图像内容p－1V图像p－V图像图像特点两种图像内容p－1V图像p－V图像物理意义一定质量的气体，温度不变时，pV＝常量，p与1V成正比，在p－1V图上的等温线应是过原点的直线一定质量的气体，在温度不变的情况下p与V成反比，因此等温过程的p－V图像是双曲线的一支两种图像内容p－图像p－V图像温度高低直线的斜率为p与V的乘积，斜率越大，pV乘积越大，温度就越高，图中t2＞t1一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积的乘积必然越大，在p－V图上的等温线就越高，图中t1＜t2特别提醒：(1)图像上的一点代表气体的一个状态，每一点都对应气体的一个确定的状态(p、V、T表示)．(2)温度不同，一定质量的同一气体的等温线不同．同一气体的等温线比较，在p－V图中，双曲线顶点离坐标原点远的等温线对应的温度高．在p－1V图中，斜率大的等温线对应的温度高．(3)分析问题时一定注意区分是p－V图线还是p－1V图线，并对应好各自的图线形状．即时应用(即时突破，小试牛刀)1．如图所示，为一定质量的气体在不同温度下的两条p－1V图线．由图可知()A．一定质量的气体在发生等温变化时其压强与体积成正比B．一定质量的气体在发生等温变化时其p－1V图线的延长线是经过坐标原点的C．T1T2D．T1T2解析：选BD.这是一定质量的气体在发生等温变化时的p－1V图线．由图线可知p÷1V＝恒量，即斜率，所以p与V应该成反比，故A错；由图可以看出，p－1V图线的延长线是过坐标原点的，故B对；根据p－1V图线斜率的物理意义可知C错，D对．二、对p－T图像和V－T图像的理解1．p－T图像和V－T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，即V4＜V3＜V2＜V1压强的倒数，斜率越大压强越小，即p4＜p3＜p2＜p1相同点①都是一条通过原点的倾斜直线②横坐标都是热力学温度T③都是斜率越大，气体的另外一个状态参量越小2.对于p－T图像与V－T图像的注意事项(1)首先要明确是p－T图像还是V－T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特别提醒：(1)在图像的原点附近要用虚线表示，因为此处实际不存在，但还要表示出图线过原点．(2)如果坐标上有数字则坐标轴上一定要标上单位,没有数字的坐标轴可以不标单位．2．如图所示，甲、乙为一定质量的某种气体的等容或等压变化图像，关于这两个图像的正确说法是()A．甲是等压线，乙是等容线B．乙图中p－t线与t轴交点对应的温度是－273.15℃，而甲图中V－t线与t轴的交点不一定是－273.15℃C．由乙图可知，一定质量的气体，在任何情况下都是p与t成直线关系D．乙图表明随温度每升高1℃，压强增加相同，但甲图随温度的升高压强不变解析：选AD.V－t线或p－t线特点，可先由V－T、p－T及T＝t＋273.15推出V－t及p－t的函数关系，再加以判定．由查理定律p＝CT＝C(t＋273.15)及盖吕萨克定律V＝CT＝C(t＋273.15)可知，甲图是等压线，乙图是等容线，故A正确；由“外推法”可知两种图线的反向延长线与t轴的交点温度为－273.15℃，即热力学温度的0K，故B错；查理定律及盖吕萨克定律是气体的实验定律，都是在温度不太低、压强不太大的条件下得出的，当压强很大,温度很低时,这些定律就不成立了,故C错；由于图线是直线，故D正确．三、对气体实验定律的微观解释用分子动理论可以很好地解释气体的实验定律．1．玻意耳定律的微观解释(1)一定质量的气体，温度保持不变，从微观上看表示气体分子的总数和分子的平均动能保持不变，因此气体压强只跟单位体积的分子数有关．(2)气体发生等温变化时，体积增大到原来体积的几倍，单位体积内的分子数就减小到原来的几分之一，压强就会减少到原来的几分之一；体积减小到原来的几分之一，单位体积内的分子数就增大为原来的几倍，压强就会增大为原来的几倍．2．查理定律的微观解释(1)一定质量的理想气体，体积保持不变时，从微观上表示单位体积内的分子数保持不变，因此气体的压强只跟气体分子的平均动能有关．(2)气体发生等容变化时，温度升高，气体分子的平均动能增大，气体的压强会增大；温度降低，气体分子的平均动能减小，气体压强就减小．3．盖吕萨克定律的微观解释(1)一定质量的理想气体，压强保持不变时，从微观上看是单位体积内分子数的变化引起的压强变化与由分子的平均动能变化引起的压强变化相互抵消．(2)气体发生等压变化时，气体体积增大，单位体积内的分子数减少，会使气体压强减小，此时气体温度升高，气体分子的平均动能增大，从而使气体压强增大来抵消由气体体积增大而造成的气体压强的减小．相反，气体体积减小，单位体积内的分子数增多，会使气体压强增大,只有气体的温度降低,气体分子的平均动能减小，才能使气体的压强减小来抵消由气体体积减小而造成的气体压强的增大．3．封闭在汽缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变,当温度升高时，以下说法正确的是()A．气体的密度增大B．气体的压强增大C．气体分子的平均动能减小D．每秒撞击器壁单位面积的气体分子数增多解析：选BD.由查理定律可知，当体积不变时，pT＝常数，T升高时，压强增大，B正确．由于体积不变，分子密度不变，而温度升高，分子的平均动能增加，所以单位时间内，气体分子对容器器壁碰撞次数增多，D对，A、C错．气体实验定律和微观解释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，压强和体积都可能不变例1【精讲精析】根据气体压强、体积、温度的关系可知，体积不变，压强增大时，气体的温度增大，气体分子的平均动能增大，选项A正确；温度不变，压强减小时，气体体积增大,气体的密集程度减小,B正确；压强不变，温度降低时，体积减小，气体的密集程度增大，C错误；温度升高，压强、体积中至少有一个发生改变，D错误．【答案】AB如图所示为一定质量的气体在不同温度下的两条等温线，则下列说法不正确的是()A．从等温线可以看出，一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成反比B．一定质量的气体，在不同温度下的等温线是不同的C．由图可知T1T2D．由图可知T1T2例2气体状态变化的图像问题【思路点拨】对同一质量不变的气体,温度越高，p、V之积越大．【自主解答】由等温线的物理意义可知，A、B正确，对于一定质量的气体，温度越高，等温线的位置就越高，C错，D对．【答案】C【规律总结】一定质量的气体，温度不变时，压强与体积成反比，温度升高后，压强与体积的乘积变大，等温线表现为远离原点．变式训练一定质量的某种气体自状态A经状态C变化到状态B，这一过程在V－T图上表示如图所示，则()A．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，气体的压强最大图解析：选AD.气体的AC变化过程是等温变化，由pV＝C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p/T＝C可知，温度升高，压强增大，故B错误．综上所述，在ACB过程中气体的压强始终增大，所以气体在状态B时的压强最大,故C错误,D正确．