江蘇專版2018版高中物理第八章氣體2氣體的等容變化和等壓變化學案新人教版選修3_32018042513.doc

2氣體的等容變化和等壓變化學習目標 1.掌握查理定律和蓋呂薩克定律的內容、表達式及適用條件.2.會用氣體變化規(guī)律解決實際問題.3.理解pT圖象與VT圖象的物理意義一、氣體的等容變化導學探究(1)為什么擰上蓋的水杯(內盛半杯熱水)放置一段時間后很難打開杯蓋？(2)打足氣的自行車在烈日下曝曬，常常會爆胎，原因是什么？答案(1)放置一段時間后，杯內的空氣溫度降低，壓強減小，外界的大氣壓強大于杯內空氣壓強，所以杯蓋很難打開(2)車胎在烈日下曝曬，胎內的氣體溫度升高，氣體的壓強增大，把車胎脹破知識梳理1等容變化：一定質量的某種氣體，在體積不變時，壓強隨溫度的變化叫做等容變化2查理定律(1)內容：一定質量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強p與熱力學溫度T成正比(2)表達式：pCT或.推論式：.(3)適用條件：氣體的質量和體積不變(4)圖象：如圖1所示圖1pT圖象中的等容線是一條過原點的傾斜直線pt圖象中的等容線不過原點，但反向延長線交t軸于273.15 .無論是pT圖象還是pt圖象，其斜率都能判斷氣體體積的大小，斜率越大，體積越小二、氣體的等壓變化1等壓變化：一定質量的某種氣體，在壓強不變時，體積隨溫度的變化叫做等壓變化2蓋呂薩克定律(1)內容：一定質量的某種氣體，在壓強不變的情況下，其體積V與熱力學溫度T成正比(2)表達式：VCT或.推論式：.(3)適用條件：氣體的質量和壓強不變(4)圖象：如圖2所示圖2VT圖象中的等壓線是一條過原點的傾斜直線Vt圖象中的等壓線不過原點，反向延長線交t軸于273.15 .無論VT圖象還是Vt圖象，其斜率都能判斷氣體壓強的大小，斜率越大，壓強越小.一、查理定律的應用例1氣體溫度計結構如圖3所示，玻璃測溫泡A內充有氣體，通過細玻璃管B和水銀壓強計相連開始時A處于冰水混合物中，左管C中水銀面在O點處，右管D中水銀面高出O點h114 cm，后將A放入待測恒溫槽中，上下移動D，使C中水銀面仍在O點處，測得D中水銀面高出O點h244 cm.求恒溫槽的溫度(已知外界大氣壓為1個標準大氣壓，1個標準大氣壓相當于76 cmHg)圖3答案364 K(或91 )解析設恒溫槽的溫度為T2，由題意知T1273 KA內氣體發(fā)生等容變化，根據查理定律得p1p0ph1p2p0ph2聯立式，代入數據得T2364 K(或91 )明確研究對象，找準初、末狀態(tài)，正確確定初、末狀態(tài)的壓強和溫度，是運用查理定律的關鍵二、蓋呂薩克定律的應用例2如圖4所示，把一個小燒瓶和一根彎成直角的均勻玻璃管用橡皮塞連成如圖所示的裝置在玻璃管內引入一小段油柱，將一定質量的空氣密封在容器內，被封空氣的壓強跟大氣壓強相等如果不計大氣壓強的變化，利用此裝置可以研究燒瓶內空氣的體積隨溫度變化的關系已知1 mol任何氣體的壓強p01105 Pa，溫度t00 時，體積約為V022.4 L瓶內空氣的平均摩爾質量M29 g/mol，體積V12.24 L，溫度為t125 .試求：圖4(1)瓶內空氣在標準狀態(tài)下的體積；(2)估算瓶內空氣的質量答案(1)2.05 L(2)2.65 g解析(1)氣體做等壓變化，由蓋呂薩克定律：，其中T0273 K，T1(27325) K298 K代入數據得V22.05 L(2)瓶內空氣的質量mM2.65 g.判斷出氣體的壓強不變是運用蓋呂薩克定律的關鍵三、pT圖象與VT圖象的比較不同點圖象縱坐標壓強p體積V斜率意義斜率越大，體積越小，V4V3V2V1斜率越大，壓強越小，p4p3p2p1相同點(1)都是一條通過原點的傾斜直線(2)都是斜率越大，氣體的另外一個狀態(tài)參量越小(填“大”或“小”)例3圖5所示是一定質量的氣體從狀態(tài)A經B到狀態(tài)C的VT圖象，由圖象可知()圖5ApApBBpCpBCVAVBDpATA，所以pBpA.故D選項正確例4一定質量的氣體的狀態(tài)經歷了如圖6所示的ab、bc、cd、da四個過程，其中bc的延長線通過原點，cd垂直于ab且與水平軸平行，da與bc平行，則氣體體積在()圖6Aab過程中不斷增加Bbc過程中保持不變Ccd過程中不斷增加Dda過程中保持不變答案AB解析首先，因為bc的延長線通過原點，所以bc是等容線，即氣體體積在bc過程中保持不變，B正確；ab是等溫線，壓強減小則體積增大，A正確；cd是等壓線，溫度降低則體積減小，C錯誤；如圖所示，連接aO交cd于e，則ae是等容線，即VaVe，因為VdVe，所以VdVa，所以da過程中氣體體積不是保持不變，D錯誤1(查理定律的應用)一定質量的氣體，在體積不變的條件下，溫度由0 升高到10 時，其壓強的增量為p1，當它由100 升高到110 時，所增壓強為p2，則p1與p2之比是()A101 B373273C11 D383283答案C解析由查理定律得pT，一定質量的氣體在體積不變的條件下C，溫度由0 升高到10 和由100 升高到110 ，T10 K相同，故所增加的壓強p1p2，C項正確2. (蓋呂薩克定律的應用)如圖7所示，汽缸中封閉著溫度為100 的空氣，一重物用輕質繩索經光滑滑輪跟缸中活塞相連接，重物和活塞都處于平衡狀態(tài)，這時活塞離汽缸底的高度為10 cm.如果缸內空氣溫度變?yōu)? ，重物將上升多少厘米？(繩索足夠長，結果保留三位有效數字)圖7答案2.68 cm解析這是一個等壓變化過程，設活塞的橫截面積為S.初狀態(tài)：T1(273 100) K373 K，V110S末狀態(tài)：T2273 K，V2LS由蓋呂薩克定律得LSV1，L10 cm7.32 cm重物上升高度為10 cm7.32 cm2.68 cm3(pT圖象)如圖8所示，是一定質量的氣體的三種變化過程，下列四種解釋中，說法正確的是() 圖8Aad過程氣體體積增加Bbd過程氣體體積不變Ccd過程氣體體積增加Dad過程氣體體積減小答案AB解析在pT圖象中等容線是延長線過原點的直線，且體積越大，直線的斜率越小因此，a狀態(tài)對應的體積最小，c狀態(tài)對應的體積最大，b、d狀態(tài)對應的體積相等，故A、B正確4(VT圖象)一定質量的理想氣體，從圖中9所示的A狀態(tài)開始，經歷了B、C狀態(tài)，最后到D狀態(tài)，下列判斷中不正確的是(BC與橫軸平行，CD與縱軸平行)()圖9AAB溫度升高，壓強不變BBC體積不變，壓強變大CCD體積變小，壓強變大DD點的壓強比A點的壓強小答案B解析AB過程V與T成線性關系，是等壓線，A正確；BC是等容過程，溫度降低，壓強減小，B錯誤；CD是等溫過程，體積變小，壓強變大，C正確；D點與坐標原點連線的斜率大于OA的斜率，在VT圖象中斜率越大，壓強越小，所以D點的壓強比A點的壓強小，D正確故選B.題組一查理定律的應用1一定質量的氣體，體積保持不變，下列過程可以實現的是()A溫度升高，壓強增大B溫度升高，壓強減小C溫度不變，壓強增大D溫度不變，壓強減小答案A解析由查理定律pCT得溫度和壓強只能同時升高或同時降低，故A項正確2民間常用“拔火罐”來治療某些疾病，方法是將點燃的紙片放入一個小罐內，當紙片燃燒完時，迅速將火罐開口端緊壓在皮膚上，火罐就會緊緊地“吸”在皮膚上其原因是，當火罐內的氣體()A溫度不變時，體積減小，壓強增大B體積不變時，溫度降低，壓強減小C壓強不變時，溫度降低，體積減小D質量不變時，壓強增大，體積減小答案B解析紙片燃燒時，罐內氣體的溫度升高，將罐壓在皮膚上后，封閉氣體的體積不再改變，溫度降低時，由pT知封閉氣體壓強減小，罐緊緊“吸”在皮膚上，B選項正確3在密封容器中裝有某種氣體，當溫度從50 升高到100 時，氣體的壓強從p1變到p2，則()A. B.C. D12答案C解析由于氣體做等容變化，所以，故C選項正確題組二蓋呂薩克定律的應用4一定質量的氣體保持其壓強不變，若熱力學溫度降為原來的一半，則氣體的體積變?yōu)樵瓉淼?)A四倍 B二倍 C一半 D四分之一答案C5房間里氣溫升高3 時，房間內的空氣將有1%逸出到房間外，由此可計算出房間內原來的溫度是()A7 B7 C17 D27 答案D解析以升溫前房間里的氣體為研究對象，由蓋呂薩克定律：，解得：T300 K，t27 .所以答案選D.6. 如圖1所示，上端開口的圓柱形汽缸豎直放置，截面積為5104 m2，一定質量的氣體被質量為2.0 kg的光滑活塞封閉在汽缸內，其壓強為 Pa(大氣壓強取1.01105 Pa，g取10 m/s2)若從初溫27 開始加熱氣體，使活塞離汽缸底部的高度由0.5 m緩慢變?yōu)?.51 m，則此時氣體的溫度為 .圖1答案1.4110533解析氣體的壓強pp01.41105 Pa加熱氣體時做等壓變化，根據，代入數據得：T2306 K，t233 .題組三pT圖象和VT圖象的考查7. 如圖2所示是一定質量的氣體從狀態(tài)A經B到狀態(tài)C的pT圖象，則下列判斷正確的是()圖2AVAVBBVBVCCVBVC答案AC解析由題圖和查理定律可知VAVB，故A正確；由B到C，溫度不變，壓強減小，說明體積增大，故C正確8. 如圖3所示，a、b、c分別是一定質量的氣體的三個狀態(tài)點，設a、b、c狀態(tài)的氣體體積分別為Va、Vb、Vc，則下列關系中正確的是()圖3AVaVbVcBVaVbVcCVaVbVcDVaVbVc答案C9. 如圖4所示，一向右開口的汽缸放置在水平地面上，活塞可無摩擦移動且不漏氣，汽缸中間位置有小擋板初始時，外界大氣壓為p0，活塞緊壓小擋板，現緩慢升高缸內氣體溫度，則如圖所示的pT圖象能正確反映缸內氣體壓強變化情況的是()圖4答案B解析初始時刻，活塞緊壓小擋板，說明汽缸中的氣體壓強小于外界大氣壓強；在緩慢升高汽缸內氣體溫度時，氣體先做等容變化，溫度升高，壓強增大，當壓強等于大氣壓時活塞離開小擋板，氣體做等壓變化，溫度升高，體積增大，A、D錯誤；在pT圖象中，等容線為過原點的直線，所以C錯誤，B正確10. 一定質量的某種氣體自狀態(tài)A經狀態(tài)C變化到狀態(tài)B，這一過程在VT圖上如圖5所示，則()圖5A在過程AC中，氣體的壓強不斷變大B在過程CB中，氣體的壓強不斷變小C在狀態(tài)A時，氣體的壓強最大D在狀態(tài)B時，氣體的壓強最大答案AD解析氣體的AC變化過程是等溫變化，由pVC可知，體積減小，壓強增大，故A正確在CB變化過程中，氣體的體積不發(fā)生變化，即為等容變化，由C可知，溫度升高，壓強增大，故B錯誤綜上所述，在ACB過程中氣體的壓強始終增大，所以氣體在狀態(tài)B時的壓強最大，故C錯誤，D正確題組四綜合應用11如圖6所示，一足夠高圓柱形容器豎直放置，通過活塞封閉著攝氏溫度為t的理想氣體活塞的質量為m，橫截面積為S，與容器底部相距h.現通過電熱絲給氣體加熱一段時間，結果活塞緩慢上升了h，已知大氣壓強為p0，重力加速度為g，不計器壁向外散失的熱量及活塞與器壁間的摩擦，求：圖6(1)氣體的壓強；(2)這段時間內氣體的溫度升高了多少度？答案見解析解析(1)對活塞受力分析，如圖所示pSp0Smg則pp0(2)氣體做等壓變化初狀態(tài)：V1hS，T1273t末狀態(tài)：V22hS，T2？由得T22(273t)故tT2T1273t.12. 一圓柱形汽缸，質量M為10 kg，總高度L為40 cm，內有一厚度不計的活塞，質量m為5 kg，截面積S為50 cm2，活塞與汽缸壁間摩擦不計，且不漏氣當外界大氣壓強p0為1105 Pa，溫度t0為7 時，如果用繩子系住活塞將汽缸懸掛起來，如圖7所示，汽缸內氣體柱的高L1為35 cm，g取10 m/s2.求：圖7(1)此時汽缸內氣體的壓強；(2)當溫度升高到多少攝氏度時，活塞將與汽缸分離答案(1)8104 Pa(2)47 解析(1)以汽缸為研究對象，受力分析，根據平衡條件有p0SpSMg，解得pp08104 Pa.(2)由于汽缸內氣體的壓強