高中物理鲁科版3第四章气体第1节气体实验定律 第4章第1节气体实验定律

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eq\a\vs4\al([先填空])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4­1­1①研究对象：针筒内被封闭的气体．②气体初态压强和体积：从气压计上直接读出气体压强；从针筒刻度直接读出气体体积．(2)实验方法①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)．②按步骤①中的方法，测出几组对应的压强和体积值．(3)处理数据：作p­eq\f(1,V)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∝eq\f(1,V)，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．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，由于压强与体积成反比，在p­V图象上等温线应为双曲线，在p­eq\f(1,V)图象上等温线应为过原点的直线．eq\a\vs4\al([再判断])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．(×)eq\a\vs4\al([后思考])处理实验数据时，为什么不直接画p­V图象，而是画p­eq\f(1,V)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p­eq\f(1,V)图象是直线，很容易判定其关系．eq\a\vs4\al([合作探讨])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．eq\a\vs4\al([核心点击])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．p­V图象与p­eq\f(1,V)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4­1­4(2)一定质量的气体p­eq\f(1,V)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p1V1＝p2V2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T1＝T2【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，系统处于平衡状态，则有p1S＝p0S气体的压强p1＝p0，气体的体积V1＝SL设小车加速度为a时为状态2，由牛顿第二定律得p2S－p0S＝ma气体的压强p2＝p0＋eq\f(ma,S)，气体的体积V2＝S(L－d)由玻意耳定律得p1V1＝p2V2联立各式得a＝eq\f(p0Sd,m（L－d）).【答案】eq\f(p0Sd,m（L－d）)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eq\a\vs4\al([先填空])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．探究等容变化的规律(1)实验装置(如图4­1­7所示)图4­1­7①研究对象：烧瓶内被封闭的气体．②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①加热烧杯，待气压计示数稳定后，记下气体的压强和温度．②按步骤①的方法继续做实验，测出几组对应的压强和温度值．③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：p∝T或eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2).(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：T＝t＋273．eq\a\vs4\al([再判断])1．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T＝t＋273，且ΔT＝Δt.(√)3．一定质量的气体，压强与摄氏温度成正比．(×)eq\a\vs4\al([后思考])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T＝t＋273，p＝CT＝C(t＋273)．当p＝0时，t＝－273℃，故p­t图象为直线，但不通过坐标原点．eq\a\vs4\al([合作探讨])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，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．eq\a\vs4\al([核心点击])1．查理定律(1)成立条件：气体的质量和体积不变．(2)表达式①热力学温度下：eq\f(p,T)＝C.②摄氏温度下：pt＝p0＋eq\f(t,p0.(3)查理定律表达式eq\f(p,T)＝C中的C与气体的种类、质量、体积有关．2．查理定律的推论eq\x(查理定律\f(p1,T1)＝\f(p2,T2))eq\o(→,\s\up14(推论))eq\f(p,T)＝eq\f(Δp,ΔT)或Δp＝eq\f(p,T)ΔT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Δp与温度的变化量ΔT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－℃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eq\f(p0,273)B．0℃时气体的压强为p0C．温度在接近0K时气体的压强为零D．BA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eq\f(p0,273)，A、B、D正确；在接近0K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V＝335mL.假设在室温(17℃)下罐内装有的饮料，剩余空间充满CO2气体，气体压强为1atm.若易拉罐能承受的最大压强为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：p1＝1atm，T1＝(273＋17)K＝290K，末态：p2＝atm，T2待求．由查理定律eq\f(p1,p2)＝eq\f(T1,T2)得T2＝eq\f(T1p2,p1)＝eq\f(290×,1)K＝348K.t＝(348－273)℃＝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eq\a\vs4\al([先填空])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4­1­12所示)图4­1­12①研究对象：毛细管中被水银柱封闭的气体．②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①加热烧杯，待温度计示数稳定后，记下气体的温度和体积．②按步骤a的方法继续做实验，求出几组对应的温度和体积．③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：V∝T或eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2).(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：压强不太大、温度不太低．(2)三个参量都变化时的关系：eq\f(pV,T)＝C．eq\a\vs4\al([再判断])1．一定质量的气体，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．(×)eq\a\vs4\al([后思考])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．eq\a\vs4\al([合作探讨])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？【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.eq\a\vs4\al([核心点击])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①热力学温度下：eq\f(V,T)＝C.②摄氏温度下：Vt＝V0＋eq\f(t,V0.(3)表达式eq\f(V,T)＝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eq\o(\a\al(盖·吕萨克定律,\f(V1,T1)＝\f(V2,T2)))eq\o(→,\s\up14(推论))eq\f(V,T)＝eq\f(ΔV,ΔT)或ΔV＝eq\f(V,T)ΔT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ΔV与温度的变化量ΔT成正比．3．V­T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)V