第5节　气体实验定律　

第5节气体实验定律核心素养导学物理观念(1)知道气体的等温变化、等容变化、等压变化的概念。(2)知道玻意耳定律、查理定律和盖—吕萨克定律的内容、公式及适用条件。(3)能用分子动理论解释气体实验定律。科学思维会用控制变量法研究等温变化、等容变化、等压变化，能用图像分析各物理量的变化规律。科学探究探究等温变化、等容变化、等压变化的变化规律。科学态度与责任领悟物理探索的基本思路，培养严谨的科学态度与实事求是的科学精神。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______。3．条件：气体的_______一定，_______不变。温度反比质量温度4．气体等温变化的p-V图像气体的压强p随体积V的变化关系如图所示，图线的形状为_____________，它描述的是温度不变时的p-V关系，称为______。一定质量的气体，在不同温度下的等温线是不同的。5．微观解释：一定质量的气体_________不变，当温度保持不变时，_______________保持不变。当气体体积减小时，单位体积内的分子数____，气体的压强也就______。反之，气体的压强______。双曲线的一支等温线分子总数分子平均动能增多增大减小二、查理定律1．等容变化：一定质量的气体，在______保持不变时，压强随温度的变化。2．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______。3．等容线：一定质量的气体，在体积保持不变时，其p-T图像是一条_______的直线，这条直线称为等容线。4．微观解释：一定质量的气体，在体积保持不变时，单位体积内的分子数____________。当温度升高时，分子平均动能_____，气体的压强也就______。反之，气体的压强______。体积正比过原点保持不变增大增大减小三、盖—吕萨克定律1．等压变化：一定质量的气体，在______保持不变时，体积随温度的变化。2．盖—吕萨克定律(1)内容：一定质量的气体，在______保持不变的条件下，体积与热力学温度成______。3．等压线：一定质量的气体，在压强保持不变时，其V-T图像是一条_________的直线，这条直线称为等压线。4．微观解释：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，气体的体积必然______。压强压强正比过原点增大减少增大减小5．理想气体(1)定义：严格遵循_______________的气体。(2)内能：除了碰撞外，分子相互作用_________。因此，理想气体的分子势能可以_________，理想气体的内能只与气体的____有关，而与气体的____无关。三个实验定律忽略不计忽略不计温度体积请对以下说法作出判断：(1)在探究气体压强、体积两个状态参量之间关系时采用控制变量法。

()(2)在保持气体温度不变的情况下，气体的压强跟体积一定成反比。

()(3)要保证注射器内空气柱的温度不变，改变气柱体积时应缓慢操作。

()2．某登山运动员在一次攀登珠穆朗玛峰的过程中，在接近山顶时他裸露在手腕上的防水手表的表盘玻璃突然爆裂了，而手表没有受到任何撞击，你知道其中的原因吗？提示：手表表壳可以看成一个密闭容器，出厂时封闭着一定质量的气体，登山过程中气体发生等容变化，因为高山山顶的温度低，压强小，表壳内外压力差超过表盘玻璃的承受限度，便会发生爆裂。√×√3.如图所示，为一存有高压气体的储气罐，请对以下说法作出判断。.(1)储气罐内的高压气体可看作理想气体。

()(2)储气罐内的高压气体状态发生变化时，遵守气体实验定律。

()(3)储气罐在放气过程中，若温度不变，则罐内气体数密度减小，压强减小。()(4)储气罐内的高压气体，在温度很低的情况下可能变为液态。

()××√√新知学习(一)|对玻意耳定律的理解及应用[任务驱动](1)玻意耳定律成立的条件是气体的温度不太低、压强不太大，那么为什么在压强很大、温度很低的情况下玻意耳定律就不成立了呢？提示：当压强很大、温度很低时气体分子间的距离很小，分子间的作用力不可忽略，气体分子本身所占的体积也不可忽略，由玻意耳定律计算的结果与实际结果差别较大。(2)气体的质量变化时，还能使用玻意耳定律吗？提示：可以使用，可以把发生变化的所有气体作为研究对象，应用玻意耳定律列方程求解。

[重点释解]1．成立条件：玻意耳定律p1V1＝p2V2是实验定律，只有在气体质量一定、温度不变的条件下才成立。2．应用玻意耳定律的思路(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。[典例体验]/方法技巧/运用玻意耳定律的解题关键应用玻意耳定律求解时，要明确研究对象，确认温度不变，根据题目的已知条件和求解的问题，分别找出初、末状态的状态参量，其中正确确定压强是解题的关键。[针对训练]1.

如图，开口向下的玻璃管插入水银槽中，管内封闭了一段气体，气体长度为l，管内外水银面高度差为h，若保持玻璃管不动，从水银槽内舀出少许水银，则(

)A．l增大，h增大 B．l减小，h增大C．l增大，h减小 D．l减小，h减小解析：假设竖直管内水银柱不动，由p＋ρgh＝p0可知，因h增大，压强p减小，液柱向下移动，因此空气柱长度增大，即l增大，再次平衡时，因p减小，h必增大，选项A正确。答案：A

解析：以瓶内封闭气体为研究对象在水面时，p1＝p0＝1.0×105PaV1＝V总－V水＝300mL在水底时，p2＝pV2＝V总－V水′＝150mL对气体由玻意耳定律得p1V1＝p2V2代入数据解得p＝2.0×105Pa设该处水底水深为h，则p＝p0＋ρgh代入数据解得h＝10m。答案：2.0×105Pa

10m[重点释解]1．对p-V图像的理解一定质量的气体，其等温线是双曲线，双曲线上的每一个点均表示一定质量的气体在该温度下的一个状态，而且同一条等温线上每个点对应的p、V坐标的乘积都是相等的，如图甲所示。2．同一坐标系内不同p-V图线的比较玻意耳定律pV＝C(常量)，其中常量C不是一个普适常量，它随气体温度的升高而增大，温度越高，常量C越大，等温线离坐标轴越远。如图乙所示，4条等温线的关系为T4>T3>T2>T1。3．两种等温变化图像的比较[针对训练]

1.

(多选)如图所示为一定质量的气体在不同温度下的两条等温线，则下列说法正确的是

(

)A．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＜T2解析：因为等温线是双曲线的一支，说明压强与体积成反比，A正确；一定质量的气体，压强一定时，温度越高，体积越大，所以不同温度下的等温线是不同的，B、D正确，C错误。答案：ABD

2．如图所示，一定质量的封闭气体由状态A沿直线AB变化到状态B，在此过程中气体温度的变化情况是

(

)A．一直升高B．一直降低C．先升高后降低D．先降低后升高解析：由于同一等温线上的各点pV值相同，而pV值较大的点所在的双曲线离坐标原点较远，因而对应的温度也较高。由题图可知A、B两点的pV值相同，A、B两点应在同一等温线上，而AB直线中点C对应的pV值比气体在A、B状态时的pV值大，即温度比气体在A、B状态时高，故气体由状态A沿直线AB变化到状态B的过程中，温度先升高后降低，C正确。答案：C

新知学习(三)|对查理定律的理解及应用[重点释解]1．对查理定律的理解(1)查理定律是实验定律，是由法国科学家查理通过实验发现的。(2)适用条件：气体质量一定，体积不变，压强不太大(小于几个大气压)，温度不太低(不低于零下几十摄氏度)。(3)一定质量的某种气体在体积不变的情况下，升高(或降低)相同的温度，所增大(或减小)的压强是相同的。[典例体验][典例]用易拉罐盛装碳酸饮料非常卫生和方便，但如果盛有碳酸饮料的易拉罐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0.9V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1.2atm，则保存温度不能超过多少？/方法技巧/1．查理定律的推论2．应用查理定律解题的一般步骤(1)确定研究对象，即被封闭的气体。(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件：质量一定，体积不变。(3)确定初、末两个状态的温度、压强。(4)根据查理定律列式求解。(5)求解结果并分析、检验。[针对训练]1．一定质量的理想气体，保持体积不变，压强减为原来的一半，则其温度由原来的27℃变为

(

)A．127K

B．150KC．13.5℃ D．－23.5℃/方法技巧/应用盖—吕萨克定律解题的一般步骤(1)确定研究对象，即被封闭气体。(2)分析状态变化过程，明确初、末状态，确认在状态变化过程中气体的质量和压强保持不变。(3)分别找出初、末两状态的温度、体积。(4)根据盖—吕萨克定律列方程求解。(5)分析所求结果是否合理。2.

如图所示，圆柱形导热汽缸内有一光滑活塞，密封了一定质量的理想气体。用一弹簧测力计挂在活塞上，将整个汽缸悬挂在天花板上。测得此时弹簧测力计的示数为F，汽缸内气体的压强为p。若外界大气压始终保持不变，那么随着外界温度的升高

(

)A．F变大，p变大 B．F变大，p不变C．F不变，p变大 D．F不变，p不变解析：弹簧测力计上的拉力跟汽缸和活塞的总重力大小相等，当外界温度升高时，不影响弹簧弹力大小，所以示数F不变；以汽缸为研究对象，最终达到平衡时，汽缸的重力与汽缸内气体压力之和等于大气压力，因为重力和大气压力均不变，所以汽缸内气体压力不变，汽缸内气体压强p不变，故D正确。答案：D

新知学习(五)|V-T图像和p-T图像[任务驱动](1)对于一定质量的某种气体，p

T图中的等容线是一条通过原点的倾斜直线，怎样判断各等容线代表的体积大小关系？(2)V-T图中的等压线是一条通过原点的倾斜直线，怎样判断各等压线代表的压强大小关系？[重点释解]1．等压变化的图像(1)一定质量的气体等压变化的图线在V-T图上是一条(延长线)过原点的直线。如图一所示。①意义：反映了一定质量的气体在等压变化中体积V与热力学温度T成正比。②图像：过原点的直线。③特点：斜率越大，压强越小，即p1>p2。(2)一定质量的气体等压变化的图线在V-t图上是一条(延长线)与t轴交点为－273.15℃的直线。如图二所示。①意义：反映了一定质量的气体在等压变化中体积V与摄氏温度t成线性关系。②图像：倾斜直线，延长线与t轴交点为－273.15℃。③特点：连接图像中的某点与(－273.15,0)，连线的斜率越大，压强越小，即p1>p2。(3)V正比于T，而不正比于t，但ΔV与摄氏温度的变化量Δt成正比，一定质量的气体发生等压变化时，升高(或降低)相同的温度，增大(或减小)的体积是相同的。2．等容变化的图像(1)一定质量的气体，其等容线在p-T图像上是一条(延长线)过原点的直线。如图一所示。①意义：反映了一定质量的气体在等容变化中，压强p与热力学温度T成正比。②图像：过原点的直线。③特点：斜率越大，体积越小，即V1>V2。(2)一定质量的气体，其等容线在p-t图像上是一条(延长线)过t轴上坐标点－273.15℃的直线。如图二所示。①意义：反映了一定质量的气体在等容变化中，压强p与摄氏温度t成线性关系。②图像：倾斜直线，延长线与t轴交点为－273.15℃。③特点：连接图像中的某点与(－273.15,0)，连线的斜率越大，体积越小，即V1>V2。[典例体验][典例]如图甲是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的V-T图像，已知气体在状态A时的压强是1.5×105Pa。(1)说出A→B过程中压强变化的情形，并根据图像提供的信息，计算图中TA的值。(2)请在图乙所示坐标系中，作出由状态A经过状态B变为状态C的p-T图像，并在图像相应位置上标出字母A、B、C。如果需要计算才能确定有关坐标值，请写出计算过程。[针对训练]1．(多选)一定质量的气体的状态经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过程，其中bc的延长线通过原点，cd垂直于ab且与横轴平行，da与bc平行，则气体体积在

(

)A．ab过程中不断减小B．bc过程中保持不变C．cd过程中不断减小D．da过程中保持不变一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养

科学思维——等压变化规律的应用1．(选自粤教版新教材课后练习)如图所示，一个敞口的瓶子被放在空气中，气温为27℃