新教材鲁科版选择性必修第三册-1.5-气体实验定律-课件(83张)

1、第5节气体实验定律 必备知识素养奠基一、玻意耳定律1.内容:一定质量的气体,在_保持不变的条件下,压强与体积成_。2.公式: ,也可写作p1V1=p2V2或pV=恒量。3.条件:气体的质量一定,温度保持不变。反比温度4.气体等温变化的图像(即等温线)(1)图像 (2)特点:一定质量的气体在温度不变时,由于压强与体积成反比,在p-V图像上等温线应为双曲线,在p- 图像上等温线应为过原点的倾斜直线。5.微观角度:一定质量的气体分子总数不变,温度保持不变时,分子平均动能_。当气体体积_时,单位体积内的分子数_,气体的压强也就_;当气体体积_时,单位体积内的分子数_,气体的压强也就_。6.下列说法正确

2、的是_。玻意耳定律的成立条件是一定质量的气体,温度保持不变。气体的三个状态参量是指压强、温度和体积。在p-V图像上,等温线为双曲线。保持不变减小增多增大增大减少减小二、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,_与_成正比。2.公式及图像:_或 。 3.条件:气体的_一定,_保持不变。压强热力学温度质量体积pT4.热力学温度T:(1)单位是_,简称为开,符号为K。(2)与摄氏温度t的关系:T=_。5.微观角度:一定质量的气体,在体积保持不变时,单位体积内的_保持不变。当温度升高时,分子平均动能_;当温度降低时,分子平均动能_。开尔文t+273.15分子数增大减小6.下列说法正确

3、的是_。在体积不变的条件下,压强与热力学温度成正比。热力学温度T=t+273.15,且T=t。一定质量的气体,压强与摄氏温度成正比。三、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,_与_成正比。2.公式:_或 。3.条件:气体的质量一定,_保持不变。4.图像: 体积热力学温度VT压强5.微观角度:一定质量的气体,当温度升高时,分子平均动能_,为了保持压强不变,单位体积的分子数相应_,气体的体积必然相应_。反之,当气体的温度降低时,气体的体积必然减小。增大减少增大关键能力素养形成一玻意耳定律的应用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

4、。(2)定律也可以表述为pV=常量或p1V1=p2V2,其中的常量与气体所处温度高低有关,温度越高,常量越大。2.p-V图像与p- 图像:(1)一定质量的气体的p-V图像如图甲所示,图线为双曲线的一支,且温度t1t2。 (2)一定质量的气体p- 图像如图乙所示,图线的延长线为过原点的倾斜直线,且温度t1T2D.由图可知T1(M+m)g,钢筒将竖直向上做加速运动,根据牛顿第二定律,有F-(M+m)g=(M+m)a,a= m/s2=2.5 m/s2。设这时筒内气体压强为p2、气柱长为l2。选钢筒为研究对象,根据牛顿第二定律,有:p0S-p2S-Mg=Ma,则p2= =5104 Pa。再选钢筒内封闭

5、气体为研究对象,根据玻意耳定律,有:plS=p2l2S,l2= cm=24 cm。答案:(1)20 cm(2)24 cm【补偿训练】(2018全国卷)如图,容积为V的气缸由导热材料制成,面积为S的活塞将气缸分成容积相等的上下两部分,气缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连,细管上有一阀门K。开始时,K关闭,气缸内上下两部分气体的压强均为p0。现将K打开,容器内的液体缓慢地流入气缸,当流入的液体体积为 时,将K关闭,活塞平衡时其下方气体的体积减小了 。不计活塞的质量和体积,外界温度保持不变,重力加速度大小为g。求流入气缸内液体的质量。【解析】设活塞再次平衡后,活塞上方气体的体积为V1,压强为p1

6、;下方气体的体积为V2,压强为p2。在活塞下移的过程中,活塞上、下方气体的温度均保持不变,由玻意耳定律得p0 =p1V1p0 =p2V2由已知条件得V1= + - = VV2= - = 设活塞上方液体的质量为m,由力的平衡条件得p2S=p1S+mg联立以上各式得m= 答案: 二查理定律的理解1.查理定律:(1)成立条件:气体的质量和体积不变。(2)表达式pT下: =C。摄氏温度下:pt=p0+ p0。(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: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p

7、 -T和p -t的图像:(1)p -T图像: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是过原点的倾斜直线,如图所示,且V1p2,即压强越大,斜率越小。(2)V-t图像: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,如图乙所示,图像纵轴的截距V0是气体在0 时的体积,等压线是一条延长线通过横轴上t=-273.15 的倾斜直线,且斜率越大,压强越小。【思考讨论】如图甲、乙为一定质量的不同压强的气体,在发生等压变化时的V-T图像和V-t图像。 (1)气体的体积V与热力学温度T成什么关系?提示:气体的体积V与热力学温度T成

8、正比。(2)图像中p1和p2表示不同压强下的两条等压线,从图像来分析,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:从图像可以看出,无论是V -T图像还是V -t图像,都是等压线的斜率越大,压强越小,因此,p1p2。【典例示范】体积为100 cm3的空心球带有一根有刻度的均匀玻璃长管,管上共有N=101个刻度线,设长管与球连接处为第一个刻度线,以后顺次往上排列,相邻两刻度间管的容积为0.2 cm3,水银液滴将球内空气与大气隔开,如图所示,当温度t=5 时,水银液滴底端在刻度为n=20的地方,在此大气压下,求其测量温度的范围。(不计玻璃管的热膨胀) 【解题探究】(1)球内空气的体积

9、范围如何?提示:100120 cm3。(2)球内空气遵循什么定律?提示:球内空气压强不变,遵循盖吕萨克定律。【解析】测量温度的范围应该为:气体的体积从V1=100 cm3等压变化到V2=100 cm3+1000.2 cm3=120 cm3,这个范围所对应的气体温度为T1T2之间,根据题意,当T0=273 K+5 K=278 K时,气体的体积V0=100 cm3+200.2 cm3=104 cm3根据盖吕萨克定律有: 得T1= K=267.3 K同理有, 得T2= K=320.8 K因t1=T1-273 =-5.7 ,t2=T2-273=47.8 ,所以利用该装置能测量温度的范围是-5.747.

10、8 。答案:-5.747.8 【素养训练】1.一定质量的理想气体在等压变化中体积增大了 ,若气体原来的温度为27 ,则温度变化是()A.升高450 KB.升高150 C.升高40.5 D.升高450 【解析】选B。根据盖吕萨克定律得: ,所以T2= T1=450 K,所以T=150 K,即t=150 。则B正确,A、C、D错误。2.如图所示,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: (1)气

11、体的压强;(2)这段时间内气体的温度升高了多少?【解析】(1)以活塞为研究对象,受力分析得:pS=p0S+mg解得气体的压强为p=p0+ 。(2)以被封闭气体为研究对象,气体经历等压变化,初状态:V1=hST1=273+t末状态:V2=2hST2=273+t由盖吕萨克定律 得: 解得:t=273+2tt=t-t=273+t。答案:(1)p0+ (2)273+t【补偿训练】1.一定质量的气体保持其压强不变,若热力学温度降为原来的一半,则气体的体积变为原来的()A.四倍B.二倍C.一半 D.四分之一【解析】选C。压强不变,应用盖吕萨克定律得知温度减半,体积也减半。则C正确,A、B、D错误。2.一定

12、质量的气体,如果保持它的压强不变,降低温度,使它的体积为0 时体积的 倍,则此时气体的温度为()【解析】选C。根据盖吕萨克定律,在压强不变的条件下,根据题意 ,t=T-273,整理后得t= ,则C正确,A、B、D错误。【拓展例题】考查内容:玻意耳定律在相关联两部分气体中的应用【典例】如图所示,内径均匀的U形管中装入水银,两管中水银面与管口的距离均为l=10.0 cm,大气压强 p0取75.8 cmHg,将右侧管口封闭,然后从左侧管口处将一活塞缓慢向下推入管中,直到左右两侧水银面高度差达h=6.0 cm为止。求:(1)右侧管内气体此时的压强。(2)活塞在左侧管内移动的距离。(结果均保留一位小数)

13、【解析】(1)设U形管横截面积为S,则右侧气体的体积为(l- )S。取右侧气体为研究对象,根据玻意耳定律有p0lS=p2(l- )S,解得p2= =108.3 cmHg。(2)设活塞在管内移动的距离为x,则左侧气体的体积为(l+ -x)S。左侧气体的压强为p1=p2+h取左侧气体为研究对象,由玻意耳定律得p0lS=p1(l+ -x)S,解得x=6.4 cm。答案:(1)108.3 cmHg(2)6.4 cm【课堂回眸】1.2020年3月15日,为援助一线抗疫,某集团向上海捐赠杀菌洗衣机50台。如图所示,自动洗衣机进水时,与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气,通过压力传感器感知管中的空气压力

14、,从而控制进水量。设温度不变,洗衣缸内水位升高,则细管中被封闭的空气()A.体积不变,压强变小B.体积变小,压强变大C.体积不变,压强变大 D.体积变小,压强变小课堂检测素养达标【解析】选B。细管中封闭的气体,可以看成一定质量的理想气体,洗衣缸内水位升高,细管中封闭气体压强增大,因温度不变,故做等温变化,由玻意耳定律pV=C得,气体体积减小,则B正确,A、C、D错误。2.为了将空气装入气瓶内,现将一定质量的空气等温压缩,空气可视为理想气体。下列图像能正确表示该过程中空气的压强p和体积V的关系的是() 【解析】选B。根据玻意耳定律,pV=C,则p与 成正比,故p- 图像为过原点的倾斜直线,则B正

15、确,A、C、D错误。【补偿训练】 (多选)如图,固定的导热气缸内用活塞密封一定质量的理想气体,气缸置于温度不变的环境中。现用力使活塞缓慢地向上移动,密闭气体的状态发生了变化。下列图像中p、V分别表示该气体的压强、体积, 表示该气体分子的平均动能,n表示单位体积内气体的分子数,a、d为双曲线,b、c为直线。能正确反映上述过程的是()【解析】选A、B、D。气缸置于温度不变的环境中说明气体做等温变化,其p-V图像是双曲线的一支,A正确;理想气体的内能由分子平均动能决定,温度不变,分子的平均动能不变,气体的内能不变,B正确,C错误;单位体积内气体的分子数与体积的乘积为容器内分子总数,容器内分子总数不变

16、,D正确。3.一定质量的气体,在体积不变时,温度由50 升高到100 ,气体的压强变化情况是()A.气体的压强是原来的2倍B.气体的压强比原来增加了C.气体压强是原来的 倍D.气体压强比原来增加了 【解析】选D。由于气体体积不变,所以满足查理定律 ,所以有 ,T=T2-T1=50 K。 。则D正确,A、B、C错误。4.一定质量的气体保持压强不变,它从0 升高到5 的体积增量为V1,从10 升到15 的体积增量为V2,则()A.V1=V2B.V1V2C.V1V2D.无法确定【解析】选A。由于气体压强不变,所以满足盖吕萨克定律,由盖吕萨克定律 可知V1=V2。则A正确,B、C、D错误。【补偿训练】

17、一定质量的理想气体V-t图像如图所示,在气体由状态A变化到状态B的过程中,气体的压强()A.一定不变B.一定减小C.一定增加D.不能判定怎样变化【解析】选D。若BA的延长线交于t轴上-273.15 ,则是等压变化,气体压强一定不变;若与t轴交点位于-273.15 的右方,则气体的压强一定减小;若与t轴交点位于-273.15 的左方,则气体的压强一定增大。5.如图所示,粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U形管竖直放置,右端与大气相通,左端封闭气柱长l1=20 cm(可视为理想气体),两管中水银面等高。现将右端与一低压舱(未画出)接通。稳定后右管水银面高出左管水银面h=10 cm。环境温度不变,大气压强p0=75 cmHg。求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)。【解析】设U形管横截面积为S,右端与大气相通时左管中封闭气体压强为p1,右端与一低压舱接通后左管中封闭气体压强为p2,气柱长度为l2,稳定后低压舱内的压强为p。左管中封闭气体发生等温变化,根据玻意耳定律得p1V1=p2V2p1=p0p2=p+phV1=l1S V2=l2S由几何关系得h=2(l2-l1)联立式,代入数据得p=50 cmHg。答案:50 cmHg【新思维新考向】情境:体检已经越来越多地受到人们的重视,在体检中抽血化验是常规项目,将有针头的一端插入胳膊上的静脉,将另一端通过胶管与封