高中物理选修3-3教案《气体的等容变化和等压变化》

1、气体的等容变化和等压变化目标导航1、知道什么是等容变化，什么是等压变化。2、掌握查理定律，盖吕萨克定律的内容和公式表达。3、理解p-T图上等容变化的图线及物理意义。4、理解V-T图上等压变化的图线及物理意义。5、会用查理定律、盖吕萨克定律解决有关问题。诱思导学1、概念：（1）等容变化：气体在体积不变的情况下发生的状态变化叫等容变 化。（2）等压变化：气体在压强不变的情况下发生的状态变化叫等压变 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，压强与热力学温度成正比。（2）公式：E=C 或 比二比TT1 T2点拨：查理定律是实验定律，由法国科学家查理发现成立条件：气体质量一

2、定，体积不变一定质量的气体在等容变化时，升高（或降低）相同的温度增加（或减小）的压强是相同的，即 卫二上T T解题时，压强的单位要统一C与气体的种类、质量和体积有关3、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,体积与热力学温度成正比。（2）公式：V1=运或V=CT1 T2 T点拨：盖吕萨克定律是通过实验发现的成立条件：气体质量一定，压强不变一定质量的气体在等压变化时，升高（或降低）相同的温度增加（或减小）的体积是相同的C与气体的种类、质量和压强有关4、等容线:(1)等容线：一定质量的气体在等容变化过程中，压强P与热力学温度T成正比关系，在pT直角坐标系中的图象叫等容线(

3、2) 一定质量的气体的pT图线其延长线过原点，斜率反映体积的大小点拨：等容线的物理意义：图象上每一点表示气体一个确定的状态。同一等容线上，各气 体的体积相同 不同体积下的等温线，斜率越大，体积越小(见图8.2 1)5、等压线：(1)定义：一定质量的气体在等压变化过程中，体积 V与热力学 温度T成正比关系，在V-T直角坐标系中的图象叫等压线(2) 一定质量的气体的V T图线其延长线过原点点拨：等压线的物理意义：图象上每一点表示气体一个确定的状态。同一等压线上，各气体 的压强相同不同压强下的等压线，斜率越大，压强越小(见图 8.22)探究1、查理定律的另一种表达式；设温度为0c时，一定质量的气体压

4、强为pc此时T=273K当温度为t C时, 气体压强为p,则有po/273=p/ (273+t) 即 p= po (1+t/273 )同样对盖吕萨克定律：V= Vo (1+t/273 )典型探究例1 .一定质量的气体在0C时压强为po,在27c时压强为p,则当气体从27c 升高到28c时，增加的压强为A.1/273 p oB.1/273PC.1/300PoD.1/300P【解析】本题只要灵活应用查理定律的各种表达式即可求得。根据 p/T=C 可得 pt=p0 ( 1+t/273 ),所以 p=p0 ( 1+27/273) , p =3(1+28/273), .p=p' p=1/273

5、p 0根据 pi/Ti=p2/T2得 pi/ (273+27) =p' / (273+28)从而 p' =301/300p p=p' p=1/300p故正确答案为A D例2、如图8.2-3所示，两端封闭的粗细均匀的、竖直放置的玻璃管内有 长为h的水银柱，将管内气体分为两部分，已知l 2=211,开始两部翁寂体温度相同,若使两部分气体同时升高相同的温度，管内水银柱将如何运3J ?【解析】判断两容器间液柱移动方向常用“假设法”图 8.2 3先假设水银柱不移动，即假设两端空气柱体积不变,用查理定律分别对上、下两部分气体列式，求得两气柱升高温度前后压强的增量 piftA p2.

6、若Ap产p2,则水银柱不移动;若piV4p2,则水银住下移，若 pi>Ap2,则水银住上移由p产工 pi, p2=p2,以及 pi>p2可得 pi>p2,所以水银柱上移。TT例3.容积为2L的烧瓶，在压强为1.0 X 105Pa时，用塞子塞住，此时温度为 27C,当把它加热到127c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27C,求：(1) 塞子打开前的最大压强(2) 27 C时剩余空气的压强【解析】案子打开前，瓶内气体的状态变化为等容变化。塞子打开后，瓶内 有部分气体会逸出，此后应选择瓶中剩余气体为研究对象，再利用查理定律求解。(1)案子打开

7、前：选瓶中气体为研究对象，初态：p1=1.0 X 105Pa, T1=273+27=300K末态：p2=? , T2=273+127=400K由查理定律可得：p2=T2/T 1 Xp1=400/300 X 1.0 X 105 Pa=1.33 X 105Pa(3) 塞子塞紧后，选瓶中剩余气体为研究对象。初态：p=1.0X105Pa, T=400K末态：e' =? T2' =300K由查理定律可得： 6' =丁2' /Ti' XpJ =300/400 X 1.0 X 105 = 0.75 X 105Pa例4. 一定质量的理想气体的Pt图象，如图8.24所示，

8、在状态A到状 态B的过程中，体积：A. 一定不变B.定减小 C. 一定增加D. 不能判定怎样变化【解析】正确答案是 d很多同学错选C原因是他们“死记”等容线通过原 点，因此连接OA OB得两条等容线，:斜率大而 V小，故V<VB,这是不看横轴而 造成的错误。正确的分析是：题目中给出的图线是 pt （摄氏）图，而不是pT图， 请看图8.25, p-t图中的等容线的反向延长线通过-273 C,而没有通过0c （即 原点），只有在pT图中的等容线才能通过0K即原点。因该题中的AB反向延长线是否通过-273 C ,或是在-273 C的左侧还 是右侧？题设条件中无法找到，故 D正确。友情提示：对于

9、此类问题，应注意根据条件选择一定质量的气体为研究对象， 并列出初末状态参量，选择恰当的规律进行求解。课后问题与练习点击：1、解析：对原来瓶中的气体：初状态 p1=9.31 X106Pa T 1=290K设瓶子不漏气，在T2=260K时的压强为p2,由查理定律，得 Pi/Ti=P2/T2 p 2= T2 Pi/T 1=8.35 x 106Pa>8.15 x 106Pa 所以已漏气。2、解析：选管内气体为研究对象，L为油柱离管口的距离，初状态：V=360+2=362crm T i=298K末状态：V2=360+LX 0.2T2=?由盖吕萨克定律，Vi/T i=V/T2T2= V2 Ti/Vi

10、=298 (360+lx 0.2)/36A T=T2-Ti=298X 0.2 X ( L-10) /362=298 X 0.2 X A L/362AT与AL成正比，刻度均匀。当 l=0 时 T=298 X 360/362=296.4K当 L=20 时 T=298 X 364/362=299.6K测量范围为；23.4 C26.6 C3、解析：(1) 2 B过程中为等压变化，压强不变：0.4/T a=0.6/300 Ta=200K=-730C(2)B- C过程中为等容变化，Pb/Tb=p/Tc , p c=2X 105Pa图略.多维链接1、解释下列现象：(1)、炎热的夏天，打了气的自行车胎，在日光

11、爆晒下，有时会胀破。解释这个现象解析：自行车胎在炎热的夏天被日光爆晒，车胎里气体的温度上升，车胎里 的气在打足了之后已不能再大。由查理定律，气体压强与热力学温度成正比，气 体的压强将增大。当压强达到车胎能承受的最大压强时，温度再高车胎就会胀破。(2)、乒乓球挤瘪后，放在热水里泡一会，有时会重新鼓起来。解释这个现解析：挤瘪的乒乓球放在热水里泡时，乒乓球内空气温度升高，在一极短的 时间内可认为体积不变，由查理定律，球内空气的压强增大，当球内压强达到一 定值时，乒乓球就会鼓起一点，温度再高，会再鼓起一点，一会乒乓球就会 重新鼓起来。2、判断两容器间液柱移动方向的问题。问题 如图8.2-12所示，两端

12、封闭，粗细均匀的玻璃管竖直放置，管内的空 气被一段水银柱隔成两部分，A部分长度为L1, B部分长度为它们温度相等， 并且处于平衡状态。现将两部分空气的温度都升高20°C,忽略水银柱网的热膨向上移动胀，则水银柱向哪一个方向移动？A图 8.212向下移动G不移动D条件不足，移动方向不能判断解析： （ 1）假设法：解决这类问题的一般思路是先假定水银柱不动，看条件变化后（如温度升高后）水银柱两边的压力哪个变的较大，于是液柱就向压力较小的方向移动，以求得新的平衡。由于管的内径均匀，只需看条件变化后液柱两 边的压强哪个变的较大，液柱就向压强小的方向移动。先假定水银柱暂时不动，A， B 两部分空气

13、都做等容变化，由查理定律，有Pa/T A= A p" A Ta, Pb/T b=A Pb/ATb,得 '昕' Ta p a/ T a, A Pb= A TbPb/ T b,依题 意得，Ta=Tb, ATa=ATb=200C。但A Pb>A Pa,即温度升高后，B部分气体增加的压强 较A大，故水银柱向上移动，选 A项正确。（2）极限法：由于上部气体压强pa较小，设想pa=0,即上部几乎是真空，于 是立即得到T增大时，水银柱上移。3、一个瓶子里装有某种气体，瓶上一个小孔跟外面的大气相通，瓶中原来气体的温度为150C， 如果把它加热到2070C， 瓶中气体的质量是原来质量的几分之几？解析：选原瓶中气体为研究对象