氣體的等壓變化和等容變化習(xí)題課課件-高二下學(xué)期物理人教版(2019)選擇性必修第三冊(cè)_第1頁
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文檔簡介

1、選擇性必修三第二章 氣體、固體、液體第3節(jié) 氣體的等壓變化和等容變化習(xí)題課復(fù)習(xí):1.氣體等壓變化的內(nèi)容、公式、條件以及對(duì)應(yīng)的圖像是什么?2.氣體等容變化的內(nèi)容、公式、條件以及對(duì)應(yīng)的圖像是什么?(1)內(nèi)容:一定質(zhì)量的某種氣體,在壓強(qiáng)不變的情況下,其體積V與熱力學(xué)溫度T成正比。(2)公式: (C為比例常數(shù))或 。(3)條件:氣體質(zhì)量一定,壓強(qiáng)不變。(1)內(nèi)容:一定質(zhì)量的某種氣體,在體積不變的情況下,其壓強(qiáng)P與熱力學(xué)溫度T成正比。(2)公式: (C為比例常數(shù))或 。(3)條件:氣體質(zhì)量一定,體積不變。3.理想氣體狀態(tài)方程是?條件:一定質(zhì)量的理想氣體一、氣體的等壓變化情境1:如圖所示,空的飲料罐中插入

2、一根粗細(xì)均勻的透明吸管,接口處密封,吸管內(nèi)注入一小段油柱(長度可以忽略),制成簡易氣溫計(jì),已知飲料罐的容積為V,吸管內(nèi)部橫截面積為S,接口外吸管長度為L0。當(dāng)溫度為T1時(shí),油柱與接口相距L1,不計(jì)大氣壓的變化。問題1:研究對(duì)象是哪部分氣體?問題2:溫度升高,油柱再次穩(wěn)定時(shí),研究氣體的壓強(qiáng)和體積相比溫度升高前,如何變化?問題3:溫度改變時(shí),體積隨溫度變化的圖像如何?油柱左邊的密封氣體壓強(qiáng)不變,體積變大問題4:簡要說明吸管上標(biāo)示的氣溫刻度是否均勻;根據(jù)蓋呂薩克定律: ,則 ,所以VCT,即體積的變化量與溫度的變化量成正比,吸管上標(biāo)的刻度是均勻的;一、氣體的等壓變化情境1:如圖所示,空的飲料罐中插入

3、一根粗細(xì)均勻的透明吸管,接口處密封,吸管內(nèi)注入一小段油柱(長度可以忽略),制成簡易氣溫計(jì),已知飲料罐的容積為V,吸管內(nèi)部橫截面積為S,接口外吸管長度為L0。當(dāng)溫度為T1時(shí),油柱與接口相距L1,不計(jì)大氣壓的變化。問題6:求氣溫計(jì)能測(cè)量的最高溫度Tm。問題7:若已知罐的容積是360cm3,橫截面積為0.2cm2,吸管有效長度為20cm,當(dāng)溫度為250C時(shí),油柱離管口10cm。若給吸管上標(biāo)刻溫度值,試估算這個(gè)氣溫計(jì)的測(cè)量范圍。溫度最低時(shí):溫度最高時(shí):測(cè)溫范圍:問題5:溫度最低和最高時(shí),吸管中的油柱在哪個(gè)位置?溫度最低:吸管最左端;溫度最高:吸管最右端。一、氣體的等壓變化一、氣體的等壓變化情境變式1-

4、1:溫度計(jì)是生活、生產(chǎn)中常用的測(cè)溫裝置。右圖為一個(gè)簡單溫度計(jì),一根裝有一小段有色水柱的細(xì)玻璃管穿過橡皮塞插入燒瓶內(nèi),封閉一定質(zhì)量的氣體。當(dāng)外界溫度發(fā)生變化時(shí),水柱位置將上下變化。已知A、D間的測(cè)量范圍為2080,A、D間刻度均勻分布。由圖可知,A、D及有色水柱下端所示的溫度分別是 ( ) A20、80、64 B20、80、68 C80、20、32 D80、20、34CDBA設(shè)D點(diǎn)下容器的體積為V, 一小格玻璃管的體積為V0。C解得 t=32A處,氣體體積最大,溫度最高,為80;D處,氣體體積最小,溫度最低,為20;D刻度:V,T=(273+20)KA刻度:V+15V0,T=(273+80)KD

5、刻度:V,T=(273+20)K油柱所在刻度:V+3V0,T=(273+t)K一、氣體的等壓變化情境變式1-2:房間里氣溫升高3 時(shí),房間內(nèi)的空氣將有1%逸出到房間外,由此可計(jì)算出房間內(nèi)原來的溫度是()A7 B7 C17 D27 解析:以升溫前房間里的氣體為研究對(duì)象,大氣壓強(qiáng)不變:初狀態(tài):房間內(nèi)的空氣體積為V0,溫度為T0;末狀態(tài):空氣體積為V0(1+1%),溫度為T0+3;由蓋呂薩克定律:二、氣體的等容變化情境2:汽車行駛時(shí)輪胎的胎壓太高容易造成爆胎事故,太低會(huì)造成耗油上升已知某型號(hào)輪胎能在40 90 正常工作,為使輪胎在此溫度范圍內(nèi)工作時(shí)的最高胎壓不超過3.5 atm,最低胎壓不低于1.6

6、 atm。(設(shè)輪胎容積不變)問題1:研究對(duì)象是哪部分氣體?胎內(nèi)氣體問題2:胎內(nèi)氣體溫度升高,穩(wěn)定后,胎內(nèi)氣體的壓強(qiáng)和體積與升溫前相比,如何變化?體積不變,壓強(qiáng)變大。問題3:胎內(nèi)氣體溫度改變時(shí),壓強(qiáng)隨溫度變化的圖像如何?問題4:輪胎能在40 90 正常工作時(shí),哪個(gè)溫度胎壓最低?哪個(gè)溫度胎壓最高?壓強(qiáng)與絕對(duì)溫度T成正比。故40 時(shí),胎壓最低;90 時(shí),胎壓最高。二、氣體的等容變化情境2:汽車行駛時(shí)輪胎的胎壓太高容易造成爆胎事故,太低會(huì)造成耗油上升已知某型號(hào)輪胎能在40 90 正常工作,為使輪胎在此溫度范圍內(nèi)工作時(shí)的最高胎壓不超過3.5 atm,最低胎壓不低于1.6 atm。(設(shè)輪胎容積不變)設(shè)在t

7、20 時(shí),即T0=293K時(shí),充氣后胎壓為Pmin,t40 ,即T1=233K時(shí),壓強(qiáng)為P1=1.6 atm.問題5:為保證最低胎壓不低于1.6 atm,那么t20 時(shí)給該輪胎充氣,充氣后的胎壓應(yīng)滿足什么條件?問題6:為保證最高胎壓不超過3.5 atm,那么t20 時(shí)給該輪胎充氣,充氣后的胎壓應(yīng)滿足什么條件?設(shè)在t20 時(shí),即T0=293K時(shí),充氣后胎壓為Pmax,t90 ,即T2=363K時(shí),壓強(qiáng)為P2=3.5 atm.即,t20 時(shí)給該輪胎充氣,充氣后的胎壓范圍為二、氣體的等容變化二、氣體的等容變化情境變式2-1:燈泡內(nèi)充有氮?dú)寤旌蠚怏w,如果要使燈泡內(nèi)的混合氣體在500時(shí)的壓強(qiáng)不超過1at

8、m,在20下充氣,燈泡內(nèi)氣體的壓強(qiáng)至多能充到多少?解析:以燈泡內(nèi)氣體為研究對(duì)象,溫度升高時(shí)體積不變。初狀態(tài):溫度為t120,故T1(273+20) K,壓強(qiáng)為p1;末狀態(tài):溫度為t2500,故T2(273+500) K,壓強(qiáng)為p2=1atm.應(yīng)用查理定律即可求出初狀態(tài)的壓強(qiáng)二、氣體的等容變化情境變式2-2:某登山運(yùn)動(dòng)員在一次攀登珠穆朗瑪峰的過程中,在接近山頂時(shí)他裸露在手腕上的防水手表的表盤玻璃突然爆裂了,而手表沒有受到任何撞擊。該手表出廠時(shí)給出的參數(shù)為:27 時(shí)表內(nèi)氣體壓強(qiáng)為1.0105 Pa(常溫下的大氣壓強(qiáng)值),當(dāng)內(nèi)外壓強(qiáng)差超過6.0104 Pa時(shí)表盤玻璃將爆裂。當(dāng)時(shí)登山運(yùn)動(dòng)員攜帶的溫度計(jì)

9、的讀數(shù)是21 ,表內(nèi)氣體體積的變化可忽略不計(jì)。(1)通過計(jì)算判斷手表的表盤玻璃是向外爆裂還是向內(nèi)爆裂?(2)當(dāng)時(shí)外界的大氣壓強(qiáng)為多少?解析:(1)以表內(nèi)氣體為研究對(duì)象,則初狀態(tài):p11.0105 Pa,T1300 K,末狀態(tài):壓強(qiáng)為p2,溫度為T2252 K如果是向內(nèi)爆裂,則外界大氣壓強(qiáng)為p08.4104 Pa+6104 Pa=1.44105 Pa,大于山腳下大氣壓(即常溫大氣壓),這是不可能的,所以表盤玻璃是向外爆裂的解析:(2)當(dāng)時(shí)外界大氣壓強(qiáng)為p0p2-6104 Pa=8.4104 Pa-6104 Pa=2.4104 Pa二、氣體的等容變化情境變式2-3:1697年法國物理學(xué)家帕平發(fā)明了

10、高壓鍋,高壓鍋與普通鋁鍋不同,鍋蓋通過幾個(gè)牙齒似的鍋齒與鍋體鑲嵌旋緊,加上鍋蓋與鍋體之間有橡皮制的密封圈,所以鍋蓋與鍋體之間不會(huì)漏氣,在鍋蓋中間有一排氣孔,上面再套上類似砝碼的限壓閥,將排氣孔堵住當(dāng)加熱高壓鍋,鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)增加到一定程度時(shí),氣體就把限壓閥頂起來,這時(shí)蒸氣就從排氣孔向外排出由于高壓鍋內(nèi)的壓強(qiáng)大,溫度高,食物容易煮爛若已知排氣孔的直徑為0.3cm,外界大氣壓為1.0105Pa,溫度為20,要使高壓鍋內(nèi)的溫度達(dá)到120,則限壓閥的質(zhì)量應(yīng)為多少?解析:選鍋內(nèi)氣體為研究對(duì)象,則初狀態(tài):T1293 K,p11.0105 Pa,末狀態(tài):T2393 K.由查理定律得對(duì)限壓閥受力分析,得所以限壓

11、閥質(zhì)量應(yīng)為 m=0.024kg三、理想氣體狀態(tài)方程情境變式2-4:某人用打氣筒給閑置很久的電動(dòng)自行車打氣,電動(dòng)自行車內(nèi)胎的容積為V=1.8L,胎內(nèi)原來空氣壓強(qiáng)等于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng) ,溫度為室溫27,設(shè)每打一次可打入壓強(qiáng)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的空氣120cm3。打氣過程中由于壓縮氣體做功和摩擦生熱,打了30次后胎內(nèi)溫度升高到33。假設(shè)車胎因膨脹而增大的體積可以忽略不計(jì),則此時(shí)車胎內(nèi)空氣壓強(qiáng)為多少;解析:為保證氣體質(zhì)量不變,研究對(duì)象為胎內(nèi)氣體與30次打氣筒內(nèi)氣體的總和初狀態(tài):T1300 K,p11.0105 Pa,V1=1.8L+30*0.12L=5.4L末狀態(tài):T2306 K,p2, V2=1.8L研究氣體的溫度、體積和壓強(qiáng)都發(fā)生了改變,不再適用蓋呂薩克定律和查理定律可由理想氣體狀態(tài)方程可得一、氣體的等壓變化1.條件:氣體質(zhì)量一定,壓強(qiáng)不變。2.公式: (C為比例常數(shù))或 二、氣體的等容變化1.條件:氣體質(zhì)量一定,體積不變。2.公式: (C為比例常數(shù))或 三、理想氣體狀態(tài)方程1.條件:一定質(zhì)量的理想氣體。2.公式:

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