第4章-第1节 气体实验定律

1、教育精选第1节气体实验定律学 习 目 标知 识 脉 络1.知道描述气体状态的三个物理量.2.掌握控制变量法探究气体实验定律(重点)3.会从图象上描述气体的状态变化(难点)4.掌握运用气体实验定律解题的基本思路.玻 意 耳 定 律1状态参量研究气体的性质时，常用气体的压强、温度和体积描述气体的状态2探究方法控制变量法，控制其中1个量不变，研究另外2个量之间的变化关系3等温变化一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，压强和体积的关系4探究等温变化的规律(1)实验装置(如图4­1­1所示)图4­1­1研究对象：针筒内被封闭的气体气体初态压强和体积：从气压计上直

2、接读出气体压强；从针筒刻度直接读出气体体积(2)实验方法缓慢地向前推或向后拉活塞(保持气体温度不变)待气压计示数稳定后，记下气体的压强(p)和体积(V)按步骤中的方法，测出几组对应的压强和体积值(3)处理数据：作p­图象(4)探究结果：压强与体积成反比5玻意耳定律(1)内容：一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，压强与体积成反比(2)公式：p，也可写作p1V1p2V2或pV恒量(3)条件：气体的质量一定，温度保持不变6气体等温变化的图象(即等温线)(1)图象(如图4­1­2所示)图4­1­2(2)特点：一定质量的气体在温度不变时，由于压强与体

3、积成反比，在p­V图象上等温线应为双曲线，在p­图象上等温线应为过原点的直线1玻意耳定律的成立条件是一定质量的气体，温度保持不变()2气体的三个状态参量是指压强、温度和体积()3在p­V图象上，等温线为直线(×)处理实验数据时，为什么不直接画p­V图象，而是画p­图象？【提示】p­V图象是曲线，不易直接判定气体的压强和体积的关系而p­图象是直线，很容易判定其关系图4­1­3如图4­1­3所示也是“探究气体等温变化规律”的装置，试根据实验探究以下问题：探讨1：本实验的研究对象是

4、什么？【提示】注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起封闭在玻璃管中的空气柱探讨2：实验过程中如何保证气体的质量和温度不变？【提示】(1)实验前在柱塞上涂好润滑油，保证气体质量不变(2)缓慢下拉或上压柱塞，不用手接触注射器，保证气体的温度不变1对玻意耳定律的理解(1)适用条件：一定质量的某种气体，温度不太低，压强不太大(2)定律也可以表述为pV常量或p1V1p2V2，其中的常量与气体所处温度高低有关，温度越高，常量越大2p­V图象与p­图象(1)一定质量的气体的p­V图象如图4­1­4甲所示，图线为双曲线的一支，且温度t1<t2.甲 乙图4

5、­1­4(2)一定质量的气体p­图象如图乙所示，图线的延长线为过原点的倾斜直线，且温度t1<t2.3应用玻意耳定律的思路和方法 (1)确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律成立的条件(2)确定始末状态及状态参量(p1、V1，p2、V2)(3)根据玻意耳定律列方程p1V1p2V2代入数值求解(注意各状态参量要统一单位)(4)注意分析题目中的隐含条件，必要时还应由力学或几何知识列出辅助方程(5)有时要检验结果是否符合实际，对不符合实际的结果要舍去1一定质量的气体，在做等温变化的过程中，下列物理量发生变化的有()A气体的体积B单位体积内的分子数C气体的压强D分子总

6、数 E气体分子的平均动能【解析】等温过程中，p、V发生相应变化，单位体积内的分子数也随之发生相应变化温度不变，分子的平均动能不变，故选A、B、C.【答案】ABC2如图4­1­5所示为一定质量的气体在不同温度下的两条等温线，则下列说法中正确的是()图4­1­5A从等温线可以看出，一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成反比B一定质量的气体，在不同温度下的等温线是不同的C由图可知T1>T2D由图可知T1<T2E由图可知T1T2【解析】一定质量的气体的等温线为双曲线，由等温线的物理意义可知，压强与体积成反比，且在不同温度下等温线是不同的，所以

7、A、B正确；对于一定质量的气体，温度越高，等温线离坐标原点的位置就越远，故C、E错误，D正确【答案】ABD3如图4­1­6，一气缸水平固定在静止的小车上，一质量为m、面积为S的活塞将一定量的气体封闭在气缸内，平衡时活塞与气缸底相距L.现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动，稳定时发现活塞相对于气缸移动了距离d.已知大气压强为p0，不计气缸和活塞间的摩擦，且小车运动时，大气对活塞的压强仍可视为p0，整个过程中温度保持不变，求小车加速度的大小. 【导学号：30110038】图4­1­6【解析】选气缸内被封闭的气体为研究对象小车静止时为状态1，系统处于平衡状

8、态，则有p1Sp0S气体的压强p1p0，气体的体积V1SL设小车加速度为a时为状态2，由牛顿第二定律得p2Sp0Sma气体的压强p2p0，气体的体积V2S(Ld)由玻意耳定律得p1V1p2V2联立各式得a.【答案】解题时的注意事项(1)压强的确定方面：应用玻意耳定律解题时，确定气体的压强是解题的关键，无论是液柱、活塞、气缸，还是封闭在液面下的气柱，都不要忘记大气压强产生的影响(2)统一单位方面：列方程时，由于等式两边是对应的，因此各物理量的单位可以不是国际单位，但等式两边必须统一例如，体积可以都用升，压强可以都用大气压查 理 定 律1等容变化一定质量的气体，在体积不变时，压强和温度的关系2探究

9、等容变化的规律(1)实验装置(如图4­1­7所示)图4­1­7研究对象：烧瓶内被封闭的气体压强和温度：从气压计上读出气体的压强，从温度计上读出气体的温度(2)实验方法加热烧杯，待气压计示数稳定后，记下气体的压强和温度按步骤的方法继续做实验，测出几组对应的压强和温度值处理数据，作p­T图象(3)探究结果：压强与热力学温度成正比3查理定律(1)内容：一定质量的气体，在体积保持不变的条件下，压强与热力学温度成正比(2)公式：pT或.(3)条件：气体的质量一定，体积保持不变4热力学温度T(1)单位是开尔文，简称为开，符号为K.(2)与摄氏温度t的关系：

10、Tt2731在体积不变的条件下，压强与热力学温度成正比(×)2热力学温度Tt273，且Tt.()3一定质量的气体，压强与摄氏温度成正比(×)如果横轴用摄氏温度，则等容变化的p­t图象是怎样的？【提示】根据Tt273，pCTC(t273)当p0时，t273 ，故p­t图象为直线，但不通过坐标原点甲 乙图4­1­8如图4­1­8为一定质量的气体在体积不变的条件下，压强随摄氏温度(图甲)及热力学温度(图乙)的变化关系，探讨1：如图甲，压强与摄氏温度成正比吗？图象与纵轴的截距表示什么？ 【提示】p与t是线性关系，不成正比，

11、与纵轴的截距表示0 时气体的压强探讨2：在压强不太大，温度不太低时，图象的延长线与横轴的交点表示什么？压强与热力学温度有怎样的关系？【提示】表示绝对零度，p与T成正比1查理定律(1)成立条件：气体的质量和体积不变(2)表达式热力学温度下：C.摄氏温度下：ptp0p0.(3)查理定律表达式C中的C与气体的种类、质量、体积有关2查理定律的推论或pT表示一定质量的某种气体从初状态(p、T)开始发生等容变化，其压强的变化量p与温度的变化量T成正比3等容过程的p­T和p­t的图象(1)p­T图象：一定质量的某种气体，在等容过程中，气体的压强p和热力学温度T的关系图线的延长线

12、是过原点的倾斜直线，如图4­1­9所示，且V1<V2，即体积越大，斜率越小图4­1­9(2)p­t图象：一定质量的某种气体，在等容过程中，压强p与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的正比例关系，如图4­1­10所示，等容线是一条延长线通过横轴273.15 的点的倾斜直线，且斜率越大，体积越小图象纵轴的截距p0是气体在0 时的压强图4­1­104如图4­1­11所示为一定质量气体的等容线，下面说法中正确的是()图4­1­11A直线AB的斜率是B0 时气体的压强为

13、p0C温度在接近0 K时气体的压强为零DBA延长线与横轴交点为273 E压强p与温度t成正比【解析】在p­t图象上，等容线的延长线与t轴的交点坐标为273 ，从图中可以看出，0 时气体压强为p0，因此直线AB的斜率为，A、B、D正确；在接近0 K时，气体已液化，因此不满足查理定律，压强不为零，C错误；压强p与温度t的关系是线性关系而不是成正比，E错误【答案】ABD5用易拉罐盛装碳酸饮料非常卫生和方便，但如果剧烈碰撞或严重受热会导致爆炸我们通常用的可乐易拉罐容积V335 mL.假设在室温(17 )下罐内装有0.9V的饮料，剩余空间充满CO2气体，气体压强为1 atm.若易拉罐能承受的最

14、大压强为1.2 atm，则保存温度不能超过多少？【解析】本题为一定质量的气体发生等容变化，取CO2气体为研究对象初态：p11 atm，T1(27317)K290 K，末态：p21.2 atm，T2待求由查理定律得T2 K348 K.t(348273) 75 .【答案】75 利用查理定律解题的一般步骤(1)明确研究对象，并判断是否满足其适用条件(2)确定始末状态参量(p1、T1，p2、T2)(3)根据查理定律列方程求解(注意p1和p2、T1和T2统一单位)盖 · 吕 萨 克 定 律1等压变化一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积和温度的关系2探究等压变化的规律(1)实验装置(如图4&

15、#173;1­12所示)图4­1­12研究对象：毛细管中被水银柱封闭的气体体积和温度：从温度计上直接读出气体的温度，用空气柱的长度表示气体的体积(毛细管的截面积不变)，由刻度尺直接读出(2)实验方法加热烧杯，待温度计示数稳定后，记下气体的温度和体积按步骤a的方法继续做实验，求出几组对应的温度和体积处理数据，作V­T图象(3)探究结果体积与热力学温度成正比3盖·吕萨克定律(1)内容：一定质量的气体，在压强保持不变的条件下，体积与热力学温度成正比(2)公式：VT或.(3)条件：气体的质量一定，压强保持不变4理想气体的状态方程(1)实验定律的成立条件

16、：压强不太大、温度不太低(2)三个参量都变化时的关系：C1一定质量的气体，若压强保持不变，则体积与热力学温度成正比()2一定质量的气体，若压强和体积保持不变，温度可能会发生变化(×)等压线的斜率大小与气体压强大小之间有怎样的对应关系？【提示】一定质量的气体在不同压强下做等压变化时，在V­T坐标系中得到的是通过坐标原点的一倾斜直线，直线的斜率越大，压强越小甲 乙图4­1­13如图4­1­13甲、乙为一定质量的不同压强的气体，在发生等压变化时的V­T图象和V­t图象，探讨1：(1)气体的体积V与热力学温度T成什么关系？

17、【提示】气体的体积V与热力学温度T成正比探讨2：图象中p1和p2表示不同压强下的两条等压线，从图象来分析，等压线的斜率大小与气体压强大小之间有怎样的对应关系？ 【提示】从图象可以看出，无论是V­T图象还是V­t图象，都是等压线的斜率越大，压强越小，因此，p1>p2.1盖·吕萨克定律(1)成立条件：气体的质量和压强不变(2)表达式热力学温度下：C.摄氏温度下：VtV0V0.(3)表达式C中的C与气体的种类、质量、体积有关2盖·吕萨克定律的推论或VT一定质量的某种气体从初状态(V、T)开始发生等压变化，其体积的变化量V与温度的变化量T成正比3V

18、3;T和V­t图象(1)V­T图象：一定质量的某种气体，在等压过程中，气体的体积V和热力学温度T图线的延长线是过原点的倾斜直线，如图4­1­14甲所示，且p1<p2，即压强越大，斜率越小甲 乙图4­1­14(2)V­t图象：一定质量的某种气体，在等压过程中，体积V与摄氏温度t是一次线性函数，不是简单的正比例关系，如图4­1­14乙所示，图象纵轴的截距V0是气体在0 时的体积，等压线是一条延长线通过横轴上t273.15 的倾斜直线，且斜率越大，压强越小6如图4­1­15所示，一圆柱形容器竖直放置，通过活塞封闭着摄氏温度为t的理想气体活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距h.现通过电热丝给气体加热一段时间，结果活塞缓慢上升了h，已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计器壁向外散失的热量及活塞与器壁间的摩擦，求： 【导学号：30110039】图4