物理人教版選修3-3課件第八章2氣體的等容變化和等壓變化

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氣體的等容變化和等壓變化課標闡釋思維脈絡1.明確什么是等容變化,什么是等壓變化。2.理解查理定律和蓋—呂薩克定律,并學會解決相關(guān)實際問題。3.理解p-T圖上等容變化的圖線及其物理意義,知道p-T圖上不同體積的等容線。4.理解V-T圖上等壓變化的圖線及其物理意義,知道V-T圖上不同壓強的等壓線。

一、氣體的等容變化1.等容變化:一定質(zhì)量的氣體,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(nèi)容:一定質(zhì)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。必備知識

二、氣體的等壓變化1.氣體的等壓變化:一定質(zhì)量的某種氣體,在壓強不變時,體積隨溫度的變化叫等壓變化。2.蓋—呂薩克定律:(1)內(nèi)容:一定質(zhì)量的某種氣體,在壓強不變的情況下,其體積V與熱力學溫度成正比。自我檢測1.判斷正誤,對的畫“√”,錯的畫“×”。

(1)氣體的溫度升高,氣體的體積一定增大。(

)解析:氣體的溫度升高,氣體壓強未知的情況下,其體積不一定增大。答案:×(2)一定質(zhì)量的氣體,壓強與溫度成正比。(

)解析:一定質(zhì)量的某種氣體,在體積不變時,其壓強與熱力學溫度成正比。答案:×(3)一定質(zhì)量的某種氣體,在壓強不變時,其V-T圖象是過原點的直線。(

)解析:根據(jù)蓋—呂薩克定律知V與T成正比,其圖象是過原點的直線。答案:√2.探究討論。(1)在p-T圖象和V-T圖象中,靠近原點的部分為什么要用虛線表示?答案:絕對零度不可達到,原點代表的溫度是絕對零度。(2)冬季,剩有半瓶熱水的暖水瓶經(jīng)過一個夜晚后,第二天拔瓶口的軟木塞時覺得很緊,不易拔出來,這是為什么呢?答案:冬季氣溫較低,瓶中的氣體在體積不變時,因溫度降低而使壓強減小,瓶內(nèi)氣壓小于瓶外氣壓,所以拔起來就感到很吃力。(3)炎熱的夏天,給汽車輪胎充氣時,一般都不會充得太足(如圖所示);給自行車輪胎打氣時,也不能打得太足。這是什么原因呢?答案:輪胎體積一定,由查理定律知,氣體壓強與熱力學溫度成正比,當輪胎打足氣后,溫度升高車胎內(nèi)壓強增大,車胎易脹破。探究一探究二氣體的等容變化問題探究某登山運動員在一次攀登珠穆朗瑪峰的過程中,在接近山頂時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。(1)表盤沒爆裂之前,內(nèi)部氣體的體積是否變化?(2)攀登珠穆朗瑪峰的時候,隨著高度的增加,溫度怎樣變化?壓強怎樣變化?(3)你認為表盤是向內(nèi)爆裂還是向外爆裂的?理論依據(jù)是什么?探究一探究二要點提示(1)手表表殼可以看成一個密閉容器,出廠時封閉著一定質(zhì)量的氣體,登山過程中氣體體積基本上沒有發(fā)生變化,可認為是等容過程。(2)因為高山山頂附近的溫度低很多,壓強比山腳處小很多。(3)向外爆裂。內(nèi)外壓力差超過表盤玻璃的承受限度,便會發(fā)生爆裂。探究一探究二名師精講1.查理定律的兩種表述(1)熱力學溫標下的表述:一定質(zhì)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,即p∝T。其表達式為

寫成等式的形式就是p=CT。探究一探究二(在以后計算中,如沒特別說明,0℃對應的熱力學溫度一般取273K)2.查理定律的適用條件(1)氣體質(zhì)量一定,體積不變。(2)(實際)氣體的壓強不太大(小于幾個標準大氣壓),溫度不太低(不低于零下幾十攝氏度)。探究一探究二3.利用查理定律解題的一般步驟(1)確定研究對象,即被封閉的氣體。(2)分析被研究氣體在狀態(tài)變化時是否符合定律成立的條件,即是否是質(zhì)量和體積保持不變。(3)確定初、末兩個狀態(tài)的溫度、壓強。(4)按查理定律公式列式求解,并對結(jié)果進行討論。4.查理定律的重要推論一定質(zhì)量的某種氣體從初狀態(tài)(p、T)開始發(fā)生等容變化,其壓強的變化量Δp與溫度的變化量ΔT之間的關(guān)系為探究一探究二5.等容過程的p-T圖象和p-t圖象(1)p-T圖象:一定質(zhì)量的某種氣體,在等容過程中,氣體的壓強p和熱力學溫度T的關(guān)系圖線是過原點的傾斜直線,如圖所示,且V1<V2,即體積越大,斜率越小。探究一探究二(2)p-t圖象:一定質(zhì)量的某種氣體,在等容過程中,壓強p與攝氏溫度t是一次函數(shù)關(guān)系,不是簡單的正比例關(guān)系,如圖所示,等容線是一條延長線通過橫軸-273.15℃的點的傾斜直線,且斜率越大,體積越小。圖象縱軸的截距p0是氣體在0℃時的壓強。等容線在p-T圖象中是一條經(jīng)過原點的直線,而在p-t圖象中不過原點,其延長線與橫軸的交點為-273.15℃。探究一探究二典例剖析【例題1】氣體溫度計結(jié)構(gòu)如圖所示。玻璃測溫泡A內(nèi)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h1=14cm,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,此時測得D中水銀面高出O點h2=44cm。求恒溫槽內(nèi)的溫度(已知外界大氣壓相當于76cm高水銀柱產(chǎn)生的壓強。探究一探究二【思考問題】

(1)A中氣體的體積發(fā)生變化了嗎?提示兩次C中水銀面都在O點處,因此A中氣體的體積不變。(2)A中氣體的壓強發(fā)生變化了嗎?提示D中水銀液面相對于O點發(fā)生了變化,因此A中氣體壓強也發(fā)生了變化。解析:設恒溫槽的溫度為T2,由題意知T1=273

K。又知p1=p0+ph1,p2=p0+ph2,則T2=364

K(或91

℃)。答案:364K(或91℃)探究一探究二探究一探究二變式訓練1電燈泡內(nèi)充有氦氬混合氣體,如果要使電燈泡內(nèi)的混合氣體在500℃時的壓強不超過一個大氣壓,則在20℃的室溫下充氣,電燈泡內(nèi)氣體壓強至多能充到多大?解析:由于電燈泡容積不變,故氣體為等容變化,設500

℃時壓強為p1,t2=20

℃時的壓強為p2。由題意可知:T1=(500+273)K=773

Kp1=1

atm

T2=(20+273)K=293

K

p2=?答案:0.38atm探究一探究二氣體的等壓變化問題探究熱氣球是一個比空氣輕,上半部是一個大氣球狀,下半部是吊籃的飛行器。氣球的內(nèi)部加熱空氣,這樣相對于外部冷空氣具有更低的密度,氣球的浮力使整體發(fā)生位移;吊籃可以攜帶乘客和熱源(大多是明火)?，F(xiàn)代運動氣球通常由尼龍織物制成,開口處用耐火材料制成。(1)熱氣球內(nèi)部和外部之間相同的狀態(tài)參量是什么?(2)加熱熱氣球使其內(nèi)部空氣密度減小的原因是什么?要點提示(1)內(nèi)部和外部之間是聯(lián)通的,所以壓強相等。(2)加熱氣體,要想使內(nèi)部氣體的壓強不變,根據(jù)蓋—呂薩克定律,溫度升高,會使體積增大,從而排出一部分氣體使之總質(zhì)量減小。探究一探究二名師精講1.蓋—呂薩克定律的兩種表述(1)熱力學溫標下的表述:一定質(zhì)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,即V∝T,其表達式為

。探究一探究二探究一探究二2.蓋—呂薩克定律的適用條件(1)氣體質(zhì)量一定,壓強不變。(2)(實際)氣體的壓強不太大(小于幾個標準大氣壓),溫度不太低(不低于零下幾十攝氏度)。3.利用蓋—呂薩克定律解題的一般步驟(1)確定研究對象,即被封閉氣體。(2)分析被研究氣體在狀態(tài)變化時是否符合定律成立的條件,即是不是質(zhì)量和壓強保持不變。(3)分別找出初、末兩狀態(tài)的溫度、體積。(4)根據(jù)蓋—呂薩克定律列方程求解,并對結(jié)果進行討論。4.蓋—呂薩克定律的重要推論一定質(zhì)量的氣體從初狀態(tài)(V、T)開始發(fā)生等壓變化,其體積的改變量ΔV與溫度的變化量ΔT之間的關(guān)系是ΔV=V。探究一探究二5.等壓變化的V-T圖象和V-t圖象(1)V-T圖象:一定質(zhì)量的某種氣體,在等壓過程中,氣體的體積V與熱力學溫度T的圖線是過原點的傾斜直線,如圖所示,且p1<p2,即壓強越大,斜率越小。探究一探究二(2)V-t圖象:一定質(zhì)量的某種氣體,在等壓過程中,體積V與攝氏溫度t是一次線性函數(shù),不是簡單的正比例關(guān)系,如圖所示,圖象縱軸的截距V0是氣體在0℃時的體積,等壓線是一條延長線通過橫軸上-273.15℃的點的傾斜直線,且斜率越大,壓強越小。等壓變化中的V-T圖線是過原點的一條直線,而V-t圖線不過原點,其反向延長線與橫軸的交點為-273.15℃。探究一探究二典例剖析【例題2】

一定質(zhì)量的空氣,27℃時的體積為1.0×10-2m3,在壓強不變的情況下,溫度升高100℃時體積是多大?【思考問題】

(1)蓋—呂薩克定律表述中

的溫度為攝氏溫度還是熱力學溫度?提示熱力學溫度。(2)溫度升高前后空氣的熱力學溫度分別是多少?提示溫度升高前300

K,溫度升高后400

K。探究一探究二解析:空氣的初、末狀態(tài)參量分別為初狀態(tài):T1=(273+27)

K=300

K,V1=1.0×10-2m3。末狀態(tài):T2=(273+27+100)

K=400

K。答案:1.33×10-2m3探究一探究二變式訓練2如圖所示是一定質(zhì)量的氣體從狀態(tài)A經(jīng)B到狀態(tài)C的

V-T圖象,由圖象可知(

)A.pA>pBB.pC<pBC.AB過程的變化遵循查理定律D.BC過程的變化遵循玻意耳定律解析:A→B是等容升壓過程,B→C是等壓壓縮過程,故只有選項C正確。答案:C123451.

對于一定質(zhì)量的氣體,在體積不變時,壓強增大到原來的2倍,則氣體溫度的變化情況是

(

)A.氣體的攝氏溫度升高到原來的2倍B.氣體的熱力學溫度升高到原來的2倍C.氣體的攝氏溫度降為原來的一半D.氣體的熱力學溫度降為原來的一半解析:一定質(zhì)量的氣體體積不變時,壓強與熱力學溫度成正比,即答案:B123452.

(多選)圖中描述一定質(zhì)量的氣體做等容變化的圖線是(

)解析:由查理定律知,一定質(zhì)量的氣體,在體積不變時,其壓強和熱力學溫度成正比,選項C正確,選項A、B錯誤;在p-t圖象中,直線與橫軸的交點表示熱力學溫度的零度,選項D正確。答案:CD123453.

圖示為0.3mol的某種氣體的壓強和溫度關(guān)系的p-t圖線。p0表示標準大氣壓,則在狀態(tài)B時氣體的體積為(

).6L .2L .2L .4L解析:此氣體在0

℃時,壓強為標準大氣壓,所以它的體積應為22.4×0.3

L=6.72

L,根據(jù)圖線所示,從0

℃到A狀態(tài)的127

℃,氣體是等容變化,則A狀態(tài)的體積為6.72

L。從A狀態(tài)到B狀態(tài)的等壓變化,A狀態(tài)的溫度為127

K+273

K=400

K,B狀態(tài)的溫度為227

K+273

K=500

K,根據(jù)蓋—呂薩克定律

=8.4

L,D項正確。答案:D123454.

(多選)一定質(zhì)量的某種氣體自狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)C變化到狀態(tài)B,這一過程如圖所示,則(

)A.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,氣體的壓強最大解析:氣體在過程AC中發(fā)生等溫變化,由pV=C(恒量)可知,體積減小,壓強增大,故選項