《氣體的等容變化和等壓變化》-完整版課件

氣體的等容變化和等壓變化1.知道什么是等容變化和等壓變化.2.知道查理定律、蓋—呂薩克定律的內(nèi)容及表達(dá)式，并會(huì)用此定律處理問題.3.知道p-T圖象，V-T圖象的物理意義，并會(huì)運(yùn)用其分析處理等容、等壓變化過程.重點(diǎn)：1.查理定律和蓋—呂薩克定律.2.p-T圖象和V-T圖象.難點(diǎn)：用p-T圖象和V-T圖象分析處理等容、等壓變化.一、氣體的等容變化1.概念：一定質(zhì)量的某種氣體在體積不變時(shí)，_____隨_____的變化.2.查理定律（1）內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T成_____.壓強(qiáng)溫度正比（2）表達(dá)式：p=___或（3）圖象表達(dá)：（4）適用條件：氣體的_____不變，_____不變.CT質(zhì)量體積【想一想】一定質(zhì)量的某種氣體，溫度降得足夠低時(shí)，是否會(huì)發(fā)生物態(tài)（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)）的變化？此時(shí)是否還遵守查理定律？提示：當(dāng)氣體的溫度降得足夠低時(shí)可由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或固態(tài)，發(fā)生物態(tài)變化時(shí)將不再遵守查理定律.二、氣體的等壓變化1.概念:一定質(zhì)量的某種氣體,在_________的條件下,體積隨溫度的變化.2.蓋—呂薩克定律（1）內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體,在壓強(qiáng)不變時(shí),其體積V與熱力學(xué)溫度T_______.（2）表達(dá)式:V=___或或.______

壓強(qiáng)不變成正比CT（3）圖象表達(dá)：（4）適用條件：氣體_____不變，_____不變.質(zhì)量壓強(qiáng)【判一判】（1）氣體的溫度升高，氣體體積一定增大.（）（2）一定質(zhì)量的氣體，體積與溫度成正比.（）（3）一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，其V-T圖象是過原點(diǎn)的直線.（）提示：（1）氣體的溫度升高，其體積不一定增大，（1）錯(cuò)誤.（2）、（3）一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，其體積與熱力學(xué)溫度成正比，V-T圖象是過原點(diǎn)的直線，（2）錯(cuò)誤、（3）正確.查理定律和蓋—呂薩克定律的應(yīng)用【探究導(dǎo)引】用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來研究氣體等容變化的規(guī)律.A、B管下端由軟管相連，注入一定量的水銀，燒瓶中封有一定量的理想氣體，開始時(shí)A、B兩管中水銀面一樣高.請(qǐng)思考以下問題：（1）為了保持瓶中氣體體積不變，將燒瓶浸入熱水中時(shí)，瓶中氣體的壓強(qiáng)怎樣變化？應(yīng)將A管向上還是向下移動(dòng)？（2）若將燒瓶浸入冰水中時(shí)，瓶中氣體的壓強(qiáng)怎樣變化？應(yīng)將A管向上還是向下移動(dòng)?【要點(diǎn)整合】1.查理定律和蓋—呂薩克定律的比較定律查理定律蓋—呂薩克定律表達(dá)式成立條件氣體的質(zhì)量一定，體積不變氣體的質(zhì)量一定，壓強(qiáng)不變定律查理定律蓋—呂薩克定律圖線表達(dá)定律查理定律蓋—呂薩克定律應(yīng)用直線的斜率越大，壓強(qiáng)越小，如圖p2<p1直線的斜率越大，體積越小，如圖V2<V12.兩個(gè)重要的推論推論推論?查理定律?蓋一呂薩克定律3.“外推法”與熱力學(xué)溫標(biāo)通過對(duì)一定質(zhì)量氣體等容變化的p-t圖線“外推”得到的氣體壓強(qiáng)為零時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度（-273.15℃），稱為熱力學(xué)溫標(biāo)的零度（0K）.【特別提醒】（1）“外推法”是科學(xué)研究的一種方法，“外推”并不表示定律適用范圍的擴(kuò)展.（2）熱力學(xué)溫標(biāo)是一種理論溫標(biāo)，與測(cè)溫物質(zhì)無關(guān).【典例1】（2012·泉州高二檢測(cè)）有一塊防水儀表，密封性能良好，表內(nèi)外壓強(qiáng)差超過6.0×104Pa時(shí)表盤玻璃將爆裂.某運(yùn)動(dòng)員攜帶此表攀登珠峰，山下溫度為27℃，表內(nèi)氣壓為1.0×105Pa.氣體的摩爾體積為V.登上珠峰時(shí)，表盤玻璃發(fā)生爆裂，此時(shí)山上氣溫為-23℃，表內(nèi)氣體體積的變化可忽略不計(jì).分析說明表盤玻璃是向外還是向內(nèi)爆裂，并求山頂大氣壓強(qiáng)是多少？（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：關(guān)鍵點(diǎn)（1）確定表內(nèi)氣體始末狀態(tài)的參量，求出氣體的壓強(qiáng).（2）比較表內(nèi)外氣體的壓強(qiáng)大小，判斷表盤玻璃是向外還是向內(nèi)爆裂.【規(guī)范解答】以表內(nèi)氣體為研究對(duì)象，初狀態(tài)壓強(qiáng)為p1=1.0×105Pa,T1=300K其末狀態(tài)的壓強(qiáng)為p2，溫度為T2=（273-23）K=250K根據(jù)查理定律得解得：若表盤向內(nèi)爆裂，則山上氣壓為p=p2+Δp=1.43×105Pa因?yàn)樯缴蠚鈮盒∮谏侥_下氣壓，故向內(nèi)爆裂是不可能的，所以表盤是向外爆裂由p2-p=Δp，得p=2.3×104Pa.即山上大氣壓為2.3×104Pa答案：向外爆裂2.3×104Pa【總結(jié)提升】應(yīng)用查理定律和蓋—呂薩克定律解題五步走（1）確定研究對(duì)象，即被封閉的氣體.（2）分析被研究氣體在狀態(tài)變化時(shí)是否符合定律的適用條件.（3）確定初、末兩個(gè)狀態(tài)的溫度、壓強(qiáng)或溫度、體積.（4）根據(jù)查理定律或蓋—呂薩克定律公式列式求解.（5）求解結(jié)果并分析、檢驗(yàn).【變式訓(xùn)練】用易拉罐盛裝碳酸飲料非常衛(wèi)生和方便，但如果劇烈碰撞或嚴(yán)重受熱會(huì)導(dǎo)致爆炸.我們通常用的可樂易拉罐容積V=355mL.假設(shè)在室溫（17℃）下罐內(nèi)裝有0.9V的飲料，剩余空間充滿CO2氣體，氣體壓強(qiáng)為1atm.若易拉罐能承受的最大壓強(qiáng)為1.2atm，則保存溫度不能超過多少？【解析】取CO2氣體為研究對(duì)象，則：初態(tài)：p1=1atm，T1=（273+17）K=290K，末態(tài)：p2=1.2atm，T2未知.氣體發(fā)生等容變化，由查理定律得：t=（348-273）℃=75℃.答案：75℃【變式備選】某學(xué)?？萍寂d趣小組，利用廢舊物品制作了一個(gè)簡(jiǎn)易氣溫計(jì)：在一個(gè)空葡萄酒瓶中插入一根兩端開口的玻璃管，玻璃管內(nèi)有一段長(zhǎng)度可忽略的水銀柱，接口處用蠟密封，將酒瓶水平放置，如圖所示．已知：該裝置密封氣體的體積為560cm3,玻璃管內(nèi)部橫截面積為0.5cm2，瓶口外的有效長(zhǎng)度為48cm．當(dāng)氣溫為7℃時(shí)，水銀柱剛好處在瓶口位置．求該氣溫計(jì)能測(cè)量的最高氣溫．【解析】當(dāng)水銀柱到達(dá)管口時(shí)，所測(cè)氣溫最高，設(shè)為T2，此時(shí)氣體體積為V2,初狀態(tài)：T1=（273+7）K=280K；V1=560cm3，末狀態(tài)V2=（560+48×0.5）cm3=584cm3,由等壓變化知：代入數(shù)據(jù)得T2=292K，即19℃.答案：19℃

p-T圖象與V-T圖象的應(yīng)用技巧【探究導(dǎo)引】利用圖象描述物理量的變化規(guī)律，是物理學(xué)中常用的方法，當(dāng)一定質(zhì)量的氣體做等容變化或等壓變化時(shí)，如何用圖象描述氣體的變化規(guī)律，請(qǐng)思考以下問題:（1）如何比較p-T圖象中不同等溫線的體積大??？（2）如何比較V-T圖象中不同等壓線的壓強(qiáng)大小？（3）p-T圖象與V-T圖象有什么相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？【要點(diǎn)整合】1.p-T圖象與V-T圖象的比較不同點(diǎn)圖象縱坐標(biāo)壓強(qiáng)p體積V不同點(diǎn)斜率意義相同點(diǎn)體積的倒數(shù)，斜率越大體積越小，V4<V3<V2<V1壓強(qiáng)的倒數(shù)，斜率越大，壓強(qiáng)越小，p4<p3<p2<p1①都是一條通過原點(diǎn)的傾斜直線②橫坐標(biāo)都是熱力學(xué)溫度T③都是斜率越大，氣體的另外一個(gè)狀態(tài)參量越小

2.對(duì)于p-T圖象與V-T圖象的注意事項(xiàng)（1）首先要明確是p-T圖象還是V-T圖象.（2）不是熱力學(xué)溫標(biāo)的先轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)溫標(biāo).（3）解決問題時(shí)要將圖象與實(shí)際情況相結(jié)合.【特別提醒】（1）在圖象的原點(diǎn)附近要用虛線表示，因?yàn)榇颂帉?shí)際不存在，但還要表示出圖線過原點(diǎn).（2）如果坐標(biāo)上有數(shù)字則坐標(biāo)軸上一定要標(biāo)上單位，沒有數(shù)字的坐標(biāo)軸可以不標(biāo)單位.【典例2】（2012·濰坊高二檢測(cè)）一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，如圖所示，圖中BC是平行于橫軸的直線，已知?dú)怏w在狀態(tài)A時(shí)的體積為VA=0.2m3.（1）求氣體在狀態(tài)B時(shí)的壓強(qiáng)pB.（2）求氣體在狀態(tài)C時(shí)的體積VC.【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：關(guān)鍵點(diǎn)（1）確定橫、縱坐標(biāo)所表示的物理量及圖象的意義.（2）根據(jù)圖象判斷氣體的狀態(tài)變化并確定氣體的狀態(tài)參量.【規(guī)范解答】（1）A→B氣體做等容變化所以（2）B→C氣體做等壓變化答案：（1）1.33×105Pa（2）0.25m3

【變式訓(xùn)練】如圖所示，甲、乙為一定質(zhì)量的某種氣體的等容或等壓變化圖象，關(guān)于這兩個(gè)圖象的正確說法是（）A.甲是等壓線，乙是等容線B.乙圖中p-t線與t軸交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度是-273.15℃，而甲圖中V-t線與t軸的交點(diǎn)不一定是-273.15℃C.由乙圖可知，一定質(zhì)量的氣體，在任何情況下都是p與t成直線關(guān)系D.乙圖表明溫度每升高1℃，壓強(qiáng)增加相同，但甲圖表明隨溫度的升高壓強(qiáng)不變

【解析】選A、D.由查理定律p=CT=C（t+273.15）及蓋—呂薩克定律V=CT=C（t+273.15）可知，甲圖是等壓線，乙圖是等容線，故A正確；由“外推法”可知兩種圖線的反向延長(zhǎng)線與t軸的交點(diǎn)溫度為-273.15℃，即熱力學(xué)溫度的0K，故B錯(cuò)；查理定律及蓋—呂薩克定律是氣體的實(shí)驗(yàn)定律，都是在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大的條件下得出的，當(dāng)壓強(qiáng)很大，溫度很低時(shí)，這些定律就不成立了，故C錯(cuò)；由于圖線是直線，故D正確.【溫馨提示】應(yīng)用查理定律、蓋-呂薩克定律解題是本節(jié)的重點(diǎn)，而變質(zhì)量問題是難點(diǎn)，解答此類問題的關(guān)鍵是確定一定質(zhì)量的氣體，可用等效法將變質(zhì)量轉(zhuǎn)化為不變的質(zhì)量來處理.考查內(nèi)容等效法解決氣體問題【典例】有一個(gè)敞口的玻璃瓶，當(dāng)瓶?jī)?nèi)空氣溫度由27℃升高到127℃時(shí)，瓶?jī)?nèi)剩余的空氣是原來的幾分之幾？【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：關(guān)鍵點(diǎn)（1）變化前后瓶?jī)?nèi)氣體的質(zhì)量發(fā)生了變化，不能應(yīng)用蓋—呂薩克定律求解.（2）選擇瓶?jī)?nèi)初狀態(tài)氣體為研究對(duì)象，假設(shè)氣體未逸出而只是體積增大，氣體的質(zhì)量無變化.【規(guī)范解答】以27℃時(shí)瓶?jī)?nèi)的空氣為研究對(duì)象，因?yàn)槠靠诔ㄩ_，故瓶?jī)?nèi)空氣壓強(qiáng)恒等于外界大氣壓，假設(shè)溫度升高時(shí)，瓶?jī)?nèi)逸出的空氣進(jìn)入另一個(gè)與瓶子相通的真空容器內(nèi)，氣體狀態(tài)變化如圖所示.根據(jù)蓋—呂薩克定律有：答案：

由溫度變化引起的水銀柱移動(dòng)定性判斷（1）假設(shè)法（基本方法）如圖所示，水銀柱原來處于平衡狀態(tài)，所受合外力為零，即此時(shí)兩部分氣體的壓強(qiáng)差Δp=p1-p2,溫度升高后，兩部分氣體的壓強(qiáng)都增大，假設(shè)水銀柱不動(dòng)，兩部分氣體都為等容變化，可推得由p1>p2，則Δp1＞Δp2，水銀柱所受合外力方向向上，應(yīng)向上移動(dòng)；若降溫,水銀柱向下移動(dòng).（2）圖象法：在同一p-T坐標(biāo)系中畫出兩段氣體的等容線，如圖所示，在溫度相同時(shí)，p1>p2,得出氣柱l1等容線的斜率較大，當(dāng)兩氣體升高相同的溫度ΔT時(shí)，兩邊氣體其壓強(qiáng)的增加量Δp1＞Δp2，水銀柱上移；反之，降溫時(shí)，水銀柱向下移動(dòng).（3）極限法：對(duì)上部的氣體壓強(qiáng)進(jìn)行極限推理，認(rèn)為p2→0上部為真空，升溫時(shí)，p1增大，水銀柱上移.降溫時(shí)，p1減小，水銀柱向下移動(dòng).【案例展示】如圖所示,兩端封閉粗細(xì)均勻、豎直放置的玻璃管內(nèi)有一段長(zhǎng)為h的水銀柱,將管內(nèi)氣體分為兩部分.已知l2=2l1,若使兩部分氣體同時(shí)升高相同的溫度,管內(nèi)水銀柱將（設(shè)原來溫度相同）（）A.不動(dòng)B.向上運(yùn)動(dòng)C.向下運(yùn)動(dòng)D.無法確定【規(guī)范解答】選B.此類問題的解答方法一般有“假設(shè)法”、“圖象法”和“極限法”三種.（1）假設(shè)法:先假設(shè)管內(nèi)水銀柱相對(duì)玻璃管不動(dòng),即兩段空氣柱體積不變,用查理定律求得兩氣柱壓強(qiáng)增量Δp1和Δp2,進(jìn)而比較壓強(qiáng)增量的大小.若Δp1=Δp2,水銀柱不會(huì)移動(dòng);若Δp1>Δp2,水銀柱向上移動(dòng);若Δp1<Δp2,水銀柱向下移動(dòng).（注意:若降溫時(shí),當(dāng)Δp1>Δp2,即p1比p2減小得快時(shí),水銀柱向下