物理人教版选修3-3课件第八章2气体的等容变化和等压变化

2

气体的等容变化和等压变化课标阐释思维脉络1.明确什么是等容变化,什么是等压变化。2.理解查理定律和盖—吕萨克定律,并学会解决相关实际问题。3.理解p-T图上等容变化的图线及其物理意义,知道p-T图上不同体积的等容线。4.理解V-T图上等压变化的图线及其物理意义,知道V-T图上不同压强的等压线。

一、气体的等容变化1.等容变化:一定质量的气体,在体积不变时,压强随温度的变化叫做等容变化。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p与热力学温度T成正比。必备知识

二、气体的等压变化1.气体的等压变化:一定质量的某种气体,在压强不变时,体积随温度的变化叫等压变化。2.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,其体积V与热力学温度成正比。自我检测1.判断正误,对的画“√”,错的画“×”。

(1)气体的温度升高,气体的体积一定增大。(

)解析:气体的温度升高,气体压强未知的情况下,其体积不一定增大。答案:×(2)一定质量的气体,压强与温度成正比。(

)解析:一定质量的某种气体,在体积不变时,其压强与热力学温度成正比。答案:×(3)一定质量的某种气体,在压强不变时,其V-T图象是过原点的直线。(

)解析:根据盖—吕萨克定律知V与T成正比,其图象是过原点的直线。答案:√2.探究讨论。(1)在p-T图象和V-T图象中,靠近原点的部分为什么要用虚线表示?答案:绝对零度不可达到,原点代表的温度是绝对零度。(2)冬季,剩有半瓶热水的暖水瓶经过一个夜晚后,第二天拔瓶口的软木塞时觉得很紧,不易拔出来,这是为什么呢?答案:冬季气温较低,瓶中的气体在体积不变时,因温度降低而使压强减小,瓶内气压小于瓶外气压,所以拔起来就感到很吃力。(3)炎热的夏天,给汽车轮胎充气时,一般都不会充得太足(如图所示);给自行车轮胎打气时,也不能打得太足。这是什么原因呢?答案:轮胎体积一定,由查理定律知,气体压强与热力学温度成正比,当轮胎打足气后,温度升高车胎内压强增大,车胎易胀破。探究一探究二气体的等容变化问题探究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。(1)表盘没爆裂之前,内部气体的体积是否变化?(2)攀登珠穆朗玛峰的时候,随着高度的增加,温度怎样变化?压强怎样变化?(3)你认为表盘是向内爆裂还是向外爆裂的?理论依据是什么?探究一探究二要点提示(1)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,登山过程中气体体积基本上没有发生变化,可认为是等容过程。(2)因为高山山顶附近的温度低很多,压强比山脚处小很多。(3)向外爆裂。内外压力差超过表盘玻璃的承受限度,便会发生爆裂。探究一探究二名师精讲1.查理定律的两种表述(1)热力学温标下的表述:一定质量的某种气体,在体积不变的情况下,压强p与热力学温度T成正比,即p∝T。其表达式为

写成等式的形式就是p=CT。探究一探究二(在以后计算中,如没特别说明,0℃对应的热力学温度一般取273K)2.查理定律的适用条件(1)气体质量一定,体积不变。(2)(实际)气体的压强不太大(小于几个标准大气压),温度不太低(不低于零下几十摄氏度)。探究一探究二3.利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成立的条件,即是否是质量和体积保持不变。(3)确定初、末两个状态的温度、压强。(4)按查理定律公式列式求解,并对结果进行讨论。4.查理定律的重要推论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之间的关系为探究一探究二5.等容过程的p-T图象和p-t图象(1)p-T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的关系图线是过原点的倾斜直线,如图所示,且V1<V2,即体积越大,斜率越小。探究一探究二(2)p-t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。等容线在p-T图象中是一条经过原点的直线,而在p-t图象中不过原点,其延长线与横轴的交点为-273.15℃。探究一探究二典例剖析【例题1】气体温度计结构如图所示。玻璃测温泡A内充有气体,通过细玻璃管B和水银压强计相连。开始时A处于冰水混合物中,左管C中水银面在O点处,右管D中水银面高出O点h1=14cm,后将A放入待测恒温槽中,上下移动D,使C中水银面仍在O点处,此时测得D中水银面高出O点h2=44cm。求恒温槽内的温度(已知外界大气压相当于76cm高水银柱产生的压强。探究一探究二【思考问题】

(1)A中气体的体积发生变化了吗?提示两次C中水银面都在O点处,因此A中气体的体积不变。(2)A中气体的压强发生变化了吗?提示D中水银液面相对于O点发生了变化,因此A中气体压强也发生了变化。解析:设恒温槽的温度为T2,由题意知T1=273

K。又知p1=p0+ph1,p2=p0+ph2,则T2=364

K(或91

℃)。答案:364K(或91℃)探究一探究二探究一探究二变式训练1电灯泡内充有氦氩混合气体,如果要使电灯泡内的混合气体在500℃时的压强不超过一个大气压,则在20℃的室温下充气,电灯泡内气体压强至多能充到多大?解析:由于电灯泡容积不变,故气体为等容变化,设500

℃时压强为p1,t2=20

℃时的压强为p2。由题意可知:T1=(500+273)K=773

Kp1=1

atm

T2=(20+273)K=293

K

p2=?答案:0.38atm探究一探究二气体的等压变化问题探究热气球是一个比空气轻,上半部是一个大气球状,下半部是吊篮的飞行器。气球的内部加热空气,这样相对于外部冷空气具有更低的密度,气球的浮力使整体发生位移;吊篮可以携带乘客和热源(大多是明火)。现代运动气球通常由尼龙织物制成,开口处用耐火材料制成。(1)热气球内部和外部之间相同的状态参量是什么?(2)加热热气球使其内部空气密度减小的原因是什么?要点提示(1)内部和外部之间是联通的,所以压强相等。(2)加热气体,要想使内部气体的压强不变,根据盖—吕萨克定律,温度升高,会使体积增大,从而排出一部分气体使之总质量减小。探究一探究二名师精讲1.盖—吕萨克定律的两种表述(1)热力学温标下的表述:一定质量的某种气体,在压强不变的情况下,其体积V与热力学温度T成正比,即V∝T,其表达式为

。探究一探究二探究一探究二2.盖—吕萨克定律的适用条件(1)气体质量一定,压强不变。(2)(实际)气体的压强不太大(小于几个标准大气压),温度不太低(不低于零下几十摄氏度)。3.利用盖—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)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律成立的条件,即是不是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,并对结果进行讨论。4.盖—吕萨克定律的重要推论一定质量的气体从初状态(V、T)开始发生等压变化,其体积的改变量ΔV与温度的变化量ΔT之间的关系是ΔV=V。探究一探究二5.等压变化的V-T图象和V-t图象(1)V-T图象:一定质量的某种气体,在等压过程中,气体的体积V与热力学温度T的图线是过原点的倾斜直线,如图所示,且p1<p2,即压强越大,斜率越小。探究一探究二(2)V-t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-273.15℃的点的倾斜直线,且斜率越大,压强越小。等压变化中的V-T图线是过原点的一条直线,而V-t图线不过原点,其反向延长线与横轴的交点为-273.15℃。探究一探究二典例剖析【例题2】

一定质量的空气,27℃时的体积为1.0×10-2m3,在压强不变的情况下,温度升高100℃时体积是多大?【思考问题】

(1)盖—吕萨克定律表述中

的温度为摄氏温度还是热力学温度?提示热力学温度。(2)温度升高前后空气的热力学温度分别是多少?提示温度升高前300

K,温度升高后400

K。探究一探究二解析:空气的初、末状态参量分别为初状态:T1=(273+27)

K=300

K,V1=1.0×10-2m3。末状态:T2=(273+27+100)

K=400

K。答案:1.33×10-2m3探究一探究二变式训练2如图所示是一定质量的气体从状态A经B到状态C的

V-T图象,由图象可知(

)A.pA>pBB.pC<pBC.AB过程的变化遵循查理定律D.BC过程的变化遵循玻意耳定律解析:A→B是等容升压过程,B→C是等压压缩过程,故只有选项C正确。答案:C123451.

对于一定质量的气体,在体积不变时,压强增大到原来的2倍,则气体温度的变化情况是

(

)A.气体的摄氏温度升高到原来的2倍B.气体的热力学温度升高到原来的2倍C.气体的摄氏温度降为原来的一半D.气体的热力学温度降为原来的一半解析:一定质量的气体体积不变时,压强与热力学温度成正比,即答案:B123452.

(多选)图中描述一定质量的气体做等容变化的图线是(

)解析:由查理定律知,一定质量的气体,在体积不变时,其压强和热力学温度成正比,选项C正确,选项A、B错误;在p-t图象中,直线与横轴的交点表示热力学温度的零度,选项D正确。答案:CD123453.

图示为0.3mol的某种气体的压强和温度关系的p-t图线。p0表示标准大气压,则在状态B时气体的体积为(

).6L .2L .2L .4L解析:此气体在0

℃时,压强为标准大气压,所以它的体积应为22.4×0.3

L=6.72

L,根据图线所示,从0

℃到A状态的127

℃,气体是等容变化,则A状态的体积为6.72

L。从A状态到B状态的等压变化,A状态的温度为127

K+273

K=400

K,B状态的温度为227

K+273

K=500

K,根据盖—吕萨克定律

=8.4

L,D项正确。答案:D123454.

(多选)一定质量的某种气体自状态A经状态C变化到状态B,这一过程如图所示,则(

)A.在过程AC中,气体的压强不断变大B.在过程CB中,气体的压强不断变小C.在状态A时,气体的压强最大D.在状态B时,气体的压强最大解析:气体在过程AC中发生等温变化,由pV=C(恒量)可知,体积减小,压强增大,故选项