2019-2020学年高中物理 第八章 气体 第2节 气体的等容变化和等压变化课件 新人教版选修3-

第八章气体第2节气体的等容变化和等压变化第八章气体1.知道什么是等容变化，知道查理定律的内容和公式，以及利用定律求解有关问题．2．知道什么是等压变化，知道盖－吕萨克定律的内容和公式，以及利用定律求解有关问题．3．了解等容变化的p－T图象和等压变化的V－T图象的物理意义，并会运用其分析处理具体问题．一、气体的等容变化1．等容变化：__________的某种气体在体积不变时______随______的变化，叫做等容变化．2．查理定律(1)内容：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____比．(2)公式：p＝______或________．p1T1＝p2T2．一定质量压强温度正CT(3)适用条件：气体的______不变，______不变．(4)图象一定质量的气体，在体积不变时，其p－T图象是一条过______的直线，即等容线．质量体积原点(1)一定质量的气体做等容变化时，气体的压强与温度成正比．()(2)公式pT＝C中C与体积有关．()(3)一定质量的气体在体积不变的情况下，压强p与摄氏温度t成线性关系．()√×√二、气体的等压变化1．等压变化：一定质量的某种气体，在______不变时，______随______的变化，叫做等压变化．2．盖—吕萨克定律(1)内容：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T成______．(2)表达式：V＝______或VT＝C或V1T1＝V2T2.压强体积温度正比CT(3)适用条件：①气体的______不变；②气体的______不变．(4)图象：一定质量的气体，在压强不变时，其V－T图象是一条过原点的______，即等压线．质量压强直线在p－T图象或V－T图象中，靠近原点的部分要用虚线表示．这是为什么？提示：气体温度不可能等于0K，只能无限接近于0K，当温度太低时，气体实验定律不再成立．查理定律和等容线1．查理定律的表述(1)恒量式：p1T1＝p2T2＝C(恒量)(2)分比式：pT＝ΔpΔT2．p－T图中的等容线(1)p－T图中的等容线是一条通过原点的倾斜直线．(2)斜率k＝pT＝C(常数)与气体体积有关，斜率越大，体积越小．如图所示，四条等容线的关系为：V1＞V2＞V3＞V4.命题视角1p－T图象的分析(多选)一定质量理想气体的状态经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过程，其中bc的延长线通过原点，cd垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平行．则气体体积在()A．ab过程中不断增加B．bc过程中保持不变C．cd过程中不断增加D．da过程中保持不变[思路点拨]分别作出过a、d点的等容线，根据等容线斜率大小判断体积变化情况．[解析]首先，因为bc的延长线通过原点，所以bc是等容线，即气体体积在bc过程中保持不变，B正确；ab是等温线，压强减小则体积增大，A正确；cd是等压线，温度降低则体积减小，C错误；连接aO交cd于e，则ae是等容线，即Va＝Ve，因为Vd＜Ve，所以Vd＜Va，所以da过程中体积不是保持不变，D错误．[答案]AB命题视角2查理定律公式的应用有人设计了一种测温装置，其结构如图所示．玻璃泡A内封有一定量气体，与管A相连的B管插在水银槽中，管内水银面的高度x即可反映泡内气体的温度，即环境温度，并可由B管上的刻度直接读出．设B管的体积与A泡的体积相比可略去不计．(1)在标准大气压下对B管进行温度标度(1标准大气压相当于76cm水银柱的压强)．已知当温度t＝27℃时的刻度线在x＝16cm处，问t＝0℃的刻度线在x为多少厘米处？(2)若大气压已变为相当于75cm水银柱的压强，利用该测温装置测量温度时所得读数仍为27℃，问此时实际温度为多少？[解析](1)玻璃泡A内气体的初始状态：T1＝300K，p1＝(76－16)cmHg＝60cmHg末态即t＝0℃的状态：T0＝273K，p＝？由查理定律：pT0＝p1T1得：p＝54.6cmHg所以t＝0℃时水银面高度，即刻度线的位置是：x0＝(76－54.6)cm＝21.4cm.(2)此时A泡内气体的压强：p2＝(75－16)cmHg＝59cmHg由查理定律：p2T2＝p1T1得：T2＝295K＝22℃.[答案](1)21.4cm(2)22℃应用查理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的适用条件：质量一定，体积不变．(3)确定初、末两个状态的温度、压强．(4)根据查理定律列式求解．(5)求解结果并分析、检验．【通关练习】1.(多选)如图所示，是一定质量的理想气体的三种升温过程，那么，以下四种解释中正确的是()A．a→d的过程气体体积增大B．b→d的过程气体体积不变C．c→d的过程气体体积增大D．a→d的过程气体体积减小解析：选AB．在p－T图线上等容线的延长线是过坐标原点的直线，且体积越大，直线的斜率越小．如图所示，过O点作a、c两点的等容线，可知：a状态对应的体积最小，c状态对应的体积最大．所以选项A、B正确．2．一高压气体钢瓶，容积为V，用绝热材料制成，开始时封闭的气体压强为p0，温度为T1＝300K，内部气体经加热后温度升至T2＝400K，求：(1)温度升至T2时气体的压强；(2)若气体温度保持T2＝400K不变，缓慢地放出一部分气体，使气体压强再回到p0，此时钢瓶内剩余气体的质量与原来气体总质量的比值为多少？解析：(1)设升温后气体的压强为p，由于气体做等容变化，根据查理定律得p0T1＝pT2，又T1＝300K，T2＝400K解得p＝43p0.(2)钢瓶内气体的温度不变，43p0V＝p0V′则剩余气体的质量与原来总质量的比值为mm0＝VV′＝34.答案：(1)43p0(2)3∶4盖—吕萨克定律和等压线1．盖—吕萨克定律的表述(1)恒量式：V1T1＝V2T2＝C(恒量)(2)分比式：VT＝ΔVΔT2．V－T图中的等压线(1)V—T图中的等压线，这是一条通过原点的倾斜直线．(2)斜率k＝VT＝C(常数)与气体压强有关，斜率越大，压强越小．在图中给出的四条等压线的关系为：p1＞p2＞p3＞p4.命题视角1V－T图象的分析(多选)一定质量的理想气体经历如图所示的一系列过程，ab、bc、cd和da这四段过程在V－T图上都是直线段，ab和cd的延长线通过坐标原点O，bc垂直于ab，由图可以判断()A．ab过程中气体压强不断减小B．bc过程中气体压强不断减小C．cd过程中气体压强不断增大D．da过程中气体压强不断增大[解题探究](1)在V－T图象中，过原点的直线表示_____变化；(2)V－T图象的斜率越大，表示压强越________．[解析]由图象知，pa＝pb＞pc＝pd，因此ab过程压强不变，bc过程压强减小，cd过程压强不变，da过程压强增大，故B、D正确，A、C错误．[答案]BD命题视角2盖—吕萨克定律公式的应用如图所示，两端开口的汽缸水平固定，A、B是两个厚度不计的活塞，可在汽缸内无摩擦滑动，面积分别为S1＝20cm2，S2＝10cm2.它们之间用一根细杆连接，B通过水平细绳绕过光滑的定滑轮与质量M＝2kg的重物C连接，静止时汽缸中的气体温度T1＝600K，汽缸两部分的气柱长均为L，已知大气压强p0＝1×105Pa，取g＝10m/s2，缸内气体可看成理想气体．(1)活塞静止时，求汽缸内气体的压强．(2)若降低汽缸内气体的温度，当活塞A缓慢向右移动12L时，求汽缸内气体的温度．[解析](1)设静止时汽缸内气体压强为p1，活塞受力平衡，有：p1S1＋p0S2＝p0S1＋p1S2＋Mg代入数据解得压强p1＝1.2×105Pa.(2)由活塞A受力平衡可知缸内气体压强没有变化，设开始时的温度为T1，变化后的温度为T2，则根据盖—吕萨克定律，有：S1L＋S2LT1＝S1L2＋S23L2T2代入数据解得T2＝500K.[答案](1)1.2×105Pa(2)500K盖—吕萨克定律解题的一般步骤(1)确定研究对象，即某被封闭气体．(2)分析状态变化过程，明确初、末状态，确认在状态变化过程中气体的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．(5)分析所求结果是否合理．【通关练习】1．(多选)如图所示为一定质量的某种气体的等容或等压变化图象，关于这两个图象的正确说法是()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．乙图表明温度每升高1℃，压强增加相同，但甲图表明随温度的升高压强不变解析：选AD.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错误；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错误；由于图线是直线，故D正确．2．在如图所示的汽缸中封闭着温度为100℃的空气，一重物用绳索经滑轮与缸中活塞相连接，重物和活塞均处于平衡状态，这时活塞离缸底的高度为10cm，如果缸内空气变为0℃，问：(1)重物是上升还是下降？(2)这时重物将从原处移动多少距离？(设活塞与汽缸壁间无摩擦)解析：(1)缸内气体温度降低，压强减小，故活塞下移，重物上升．(2)根据题意分析可知缸内气体做等压变化．设活塞截面积为S(cm2)，气体初态体积V1＝10S(cm3)，温度T1＝373K，末态温度T2＝273K，体积设为V2＝hS(cm3)(h为活塞到缸底的距离)根据V1V2＝T1T2可得10S(cm3)hS(cm3)＝373K273K，解得h≈7.3cm则重物上升高度Δh＝(10－7.3)cm＝2.7cm.答案：(1)上升(2)2.7cm按ESC键退出全屏播放本部分内容讲解结束