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2气体的等容变化和等压变化学习目标素养提炼1.知道什么是等压变化和等容变化.2.知道查理定律和盖—吕萨克定律的内容和表达式.3.知道p-T图象和V-T图象及其物理意义.4.能够利用查理定律和盖—吕萨克定律处理有关的气体问题.物理观念:气体的等压变化和等容变化.科学思维:气体的体积、压强随温度的变化关系.科学探究:探究一定质量的气体,分别在压强和体积不变时,体积和压强随温度的变化规律.01课前自主梳理02课堂合作探究03课后巩固提升04课时跟踪训练一、气体的等容变化1.概念:一定质量的某种气体,在________不变时,压强随温度的变化叫作等容变化.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____________成正比.(2)公式:________=C(C是比例常数)或p1T1=________.(3)条件:气体________一定,________不变.体积热力学温度TpTp2T2质量体积3.图象(1)pT图象一定质量的某种气体,在等容变化过程中,气体的压强p与热力学温度T的图线是过________的__________,如图所示.(2)pt图象一定质量的某种气体,在等容变化过程中,气体的压强p与摄氏温度t的图线是一条延长线通过横轴上____________的点的倾斜直线,如图所示,图象在纵轴的截距p0是气体在________时的压强.原点倾斜直线-273.15℃0℃[思考]当气体发生等容变化时,它的压强与摄氏温度t成正比吗?提示:不成正比,是一次函数关系.二、气体的等压变化1.概念:一定质量的某种气体,在________不变时,体积随温度的变化叫作等压变化.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,其体积V与____________成正比.(2)公式:______=C(C为比例常数)或V1T1=_______.(3)条件:气体________一定,压强________.压强热力学温度TVTV2T2质量不变3.图象(1)VT图象一定质量的某种气体,在等压变化过程中,气体的体积V与热力学温度T的图线是过________的__________,如图所示.原点倾斜直线(2)Vt图象一定质量的某种气体,在等压变化过程中,气体的体积V与摄氏温度t的图线是一条延长线通过横轴上____________的点的倾斜直线,如图所示.-273.15℃[判断辨析](1)气体的温度升高,气体体积一定增大.()(2)一定质量的气体,体积与温度成正比.()(3)一定质量的某种气体,在压强不变时,其VT图象是过原点的直线.()(4)pt图象中,等容线是一条过原点的直线.()(5)VT图象中,等压线是一条过原点的直线.()××√×√要点一对查理定律和盖—吕萨克定律的理解及应用[探究导入]为什么汽车爆胎往往发生在高温路面上或高速行驶中?提示:在高温路面上或高速行驶中会使轮胎内气体的温度升高,压强增大,造成爆胎.[探究归纳]1.查理定律和盖—吕萨克定律的比较定律查理定律盖—吕萨克定律表达式p1T1=p2T2=恒量V1T1=V2T2=恒量成立条件气体的质量一定,体积不变气体的质量一定,压强不变定律查理定律盖—吕萨克定律图线表达应用直线的斜率越大,体积越小,如图,V2<V1直线的斜率越大,压强越小,如图,p2<p12.两个重要的推论3.“外推法”与热力学温标通过对一定质量气体等容变化的pt图线“外推”得到的气体压强为零时对应的温度(-273.15℃),称为热力学温标的零度(0K).[特别提醒]查理定律和盖—吕萨克定律中若温度单位为摄氏度,则它们的表达式分别为p273+t=p0273(p0为0℃时气体压强),V273+t=V0273(V0为0℃时气体体积).[典例1]如图,一竖直放置的汽缸上端开口,汽缸壁内有卡口a和b,a、b间距为h,a距缸底的高度为H;活塞只能在a、b间移动,其下方密封有一定质量的理想气体.已知活塞质量为m,面积为S,厚度可忽略;活塞和汽缸壁均绝热,不计它们之间的摩擦.开始时活塞处于静止状态,上、下方气体压强均为p0,温度均为T0.现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体,直至活塞刚好到达b处.求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功.重力加速度大小为g.[思路点拨](1)封闭气体先做等容变化再做等压变化.(2)等压膨胀过程,气体对做的功W=pSh.[解析]开始时活塞位于a处,加热后,汽缸中的气体先经历等容过程,直至活塞开始运动,设此时汽缸中气体的温度为T1,压强为p1,根据查理定律有p0T0=p1T1①根据力的平衡条件有p1S=p0S+mg②联立①②式可得T1=1+mgp0ST0③此后,汽缸中的气体经历等压过程,直至活塞刚好到达b处,设此时汽缸中气体的温度为T2;活塞位于a处和b处时气体的体积分别为V1和V2.根据盖—吕萨克定律有V1T1=V2T2④式中V1=SH⑤V2=S(H+h)⑥联立③④⑤⑥式解得T2=1+hH1+mgp0ST0⑦从开始加热到活塞到达b处的过程中,汽缸中的气体对外做的功为W=(p0S+mg)h.⑧[答案]1+hH1+mgp0ST0(p0S+mg)h利用查理定律和盖—吕萨克定律解题的一般步骤(1)确定研究对象,即被封闭气体.(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律成立条件.(3)分别找出初、末两状态的参量.(4)根据相应定律列方程求解,并对结果进行讨论.1.如图,竖直放置、开口向上的试管内用水银封闭一段理想气体,若大气压强不变,管内气体()A.温度升高,则体积增大B.温度升高,则体积减小C.温度降低,则压强增大D.温度降低,则压强减小解析:由盖—吕萨克定律知:V1T1=V2T2,T2增大,则V2增大,T2减小,则V2减小,故A正确.答案:A2.北方某地的冬天室外气温很低,吹出的肥皂泡会很快冻结.若刚吹出时肥皂泡内气体温度为T1,压强为p1,肥皂泡冻结后泡内气体温度降为T2.整个过程中泡内气体视为理想气体,不计体积和质量变化,大气压强为p0.求冻结后肥皂膜内外气体的压强差.解析:肥皂泡内气体的变化可视为等容变化,由查理定律可得p1T1=p2T2,解得p2=T2T1p1故冻结后肥皂膜内外气体的压强差Δp=p2-p0=T2T1p1-p0.答案:T2T1p1-p0要点二pT图象与VT图象[探究导入]1.双手捂住瓶体时瓶内气体的温度升高,封闭气体的红色液柱上升,说明气体的体积如何变化?提示:气体的体积变大.2.封闭气体做什么变化?V-T图象有什么特征?提示:封闭气体做等压变化,V-T图象为一条过原点的倾斜直线.[探究归纳]pT图象与VT图象的比较图象纵坐标压强p体积V不同点斜率意义体积的倒数,斜率越大,体积越小,V4V3V2V1压强的倒数,斜率越大,压强越小,p4p3p2p1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T(3)都是斜率越大,气体的另外一个状态参量越小[特别提醒]对于pT图象与VT图象的注意事项(1)首先要明确是pT图象还是VT图象.(2)不是热力学温标的先转换为热力学温标.(3)解决问题时要将图象与实际情况相结合.[典例2]图甲是一定质量的气体由状态A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1.5×105Pa.(1)说出A→B过程中压强变化的情形,并根据图象提供的信息,计算图中TA的值.(2)请在图乙所示坐标系中,作出由状态A经过状态B变为状态C的pT图象,并在图象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.[思路点拨](1)首先要确定横、纵坐标表示的物理量,其次根据图象的形状判断各物理量的变化规律.(2)图线上一个点表示一定质量气体的一个平衡状态,一个线段表示气体状态变化的一个过程.[解析](1)由图象可知A→B为等压过程,根据盖—吕萨克定律可得VATA=VBTB,所以TA=VAVBTB=0.40.6×300K=200K.(2)根据查理定律得pBTB=pCTC,pC=TCTBpB=400300pB=43pB=43pA=43×1.5×105Pa=2.0×105Pa.则可画出由状态A→B→C的pT图象如图所示.[答案](1)压强不变200K(2)图见解析3.如图为一定质量理想气体的压强p与体积V关系图象,它由状态A经等容过程到状态B,再经等压过程到状态C.设A、B、C状态对应的温度分别为TA、TB、TC,则下列关系式中正确的是()A.TATB,TBTCB.TATB,TB=TCC.TATB,TBTCD.TA=TB,TBTC解析:气体从状态A经等容过程到状态B,pT=常量,压强减小,温度降低,即TATB;从状态B到状态C为等压变化,VT=常量,体积增加,温度升高,则TBTC,故选C.答案:C4.如图所示是一定质量的气体从状态A经B到状态C的VT图象,由图象可知()A.pApBB.pCpBC.VAVBD.TATB解析:由VT图可以看出由A→B是等容过程,TBTA,故pBpA,A、C错误,D正确;由B→C为等压过程,pB=pC,故B错误.答案:D1.此类问题的特点是:当气体的状态参量p、V、T都发生变化时,直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难,通常先进行气体状态的假设,然后应用查理定律可以简单地求解.查理定律在判断液柱(或活塞)移动问题中的应用2.液柱移动方向的判断方法(1)假设法如图所示,水银柱原来处于平衡状态,所受合力为零,即此时两部分气体的压强差Δp=p1-p2,温度升高后,两部分气体的压强都增大,假设水银柱不动,两部分气体都为等容变化,分别可推得Δp=ΔTT·p,若Δp1>Δp2,水银柱所受合力方向向上,应向上移动;若Δp1<Δp2,水银柱向下移动,若Δp1=Δp2,水银柱不动.(2)图象法在同一pT坐标系中画出两段气柱的等容线,如图所示.在温度相同时p1>p2,上段气柱等容线的斜率较大,当两气柱升高相同的温度ΔT时,其压强的增量Δp1>Δp2,水银柱向上移动.5.如图所示,A、B两容器容积相等,用粗细均匀的细玻璃管连接,两容器内装有不同气体,细管中央有一段水银柱,在两边气体作用下保持平衡时,A中气体的温度为0℃,B中气体温度为20℃,如果将它们的温度都降低10℃,则水银柱将向哪移动?解析:由Δp=ΔTTp,可知Δp∝1T,所以A部分气体压强减小的多,水银将向左移动.答案:左1.(查理定律的应用)剩有半瓶热水的暖水瓶经过一个夜晚后,第二天拔瓶口的软木塞时感觉很紧,不易拔出来,这主要是因为()A.软木塞受潮膨胀B.瓶口因温度降低而收缩变小C.白天气温升高,大气压强变大D.瓶内气体因温度降低而压强变小解析:冬季气温较低,瓶中的气体在V不变时,因T减小而使p减小,这样瓶外的大气压力将瓶塞下推,使瓶塞盖得紧紧的,所以拔起来就感到很吃力,故正确答案为D.答案:D2.(pT图象的应用)如图所示是一定质量的气体从状态A经过状态B到状态C,再到状态A的pT图象,由图可知()A.VA=VBB.VBVCC.VB=VCD.VAVC解析:A沿直线到B是等容过程,因此VA=VB,故A项正确;连接OC可知,直线OC的斜率比直线OB的斜率小,因此VBVC,VAVC,故B、C、D均错误.答案:A3.(查理定律的应用)容积为2L的烧瓶,在压强为1.0×105Pa时,用塞子塞住,此时温度为27℃,当把它加热到127℃时,塞子被打开了,稍过一会儿,重新把盖子塞好,停止加热并使它逐渐降温到27℃,求:(1)塞子打开前的最大压强;(2)降温至27℃时剩余空气的压强.解析:(1)塞子打开前,选瓶中气体为研究对象初态:p1=1.0×105Pa,T1=300K末态:T2=400K,压强为p2由查理定律可得p2=T2T1×p1=400300×1.0×105Pa≈1.33×105Pa.(2)塞子重新塞紧后,选瓶中剩余气体为研究对象初态:p1′=1.0×105Pa,T1′=400K末态:T2
本文标题:2019-2020学年高中物理 第八章 气体 2 气体的等容变化和等压变化课件 新人教版选修3-3
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