新教材同步系列2024春高中物理第二章气体固体和液体3气体的等压变化和等容变化课件新人教版选择性必修第三册

第二章气体、固体和液体3气体的等压变化和等容变化学习目标学法与考法1．知道等压变化、等容变化过程，理解查理定律和盖­吕萨克定律的内容和公式(重点)2．掌握等容变化的p－T图线和等压变化的V－T图线的物理意义并会应用(重难点)学法：①通过演示实验，让学生理解气体的等容和等压变化，培养观察能力．②会用查理定律和盖­吕萨克定律解决问题考法：①考查查理定律和盖­吕萨克定律的理解和在实际中的应用．②通过图像考查对查理定律和盖­吕萨克定律的应用．③考查对理想气体模型的理解知识导图

课前•自主预习气体等压变化1．等压变化一定质量的某种气体，在____________的条件下，体积随温度的变化．2．盖­吕萨克定律(1)文字表述：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．压强不变CT

(3)适用条件：气体________一定；气体________不变．(4)等压变化的图像：由V＝CT可知在V－T坐标系中，等压线是一条通过坐标原点的倾斜的直线．对于一定质量的气体，不同等压线的斜率不同．斜率越小，压强越大，如图所示，p2_______p1．(填“＞”或“＜”)质量压强＞一定质量的某种气体，温度降得足够低时其状态是否发生变化？等压变化是否还遵守盖­吕萨克定律？【答案】温度降得足够低时，气体变成了液体，所以盖­吕萨克定律不再适用．

(多选)对于一定质量的气体，在压强不变时，若体积增大到原来的两倍，则正确的说法是

(

)A．气体的摄氏温度升高到原来的两倍B．气体的热力学温度升高到原来的两倍D．体积的变化量与温度的变化量成正比【答案】BD气体等容变化1．等容变化一定质量的某种气体，在体积不变时，_______随_______的变化．2．查理定律(1)文字表述：一定质量的某种气体，在____________的情况下，________与______________成正比．压强温度体积不变压强p

热力学温度T

CT

(3)图像：从图甲可以看出，在等容变化过程中，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．但是，如果把图甲中的直线AB延长至与横轴相交，把交点当作坐标原点，建立新的坐标系(如图乙所示)，那么这时的压强与温度的关系就是正比例关系了．图乙坐标原点的意义为气体压强为0时，其温度为0K．可以证明，新坐标原点对应的温度就是________．(4)适用条件：气体的________一定，气体的_______不变．0K

甲

乙

质量体积查理定律适用于质量不变，温度变化的任何气体吗？【答案】不是，查理定律只适用于温度不太低，压强不太大的气体．

(多选)一定质量的气体在体积不变时，下列有关气体状态变化的说法，正确的是 (

)C．气体的压强和热力学温度成正比D．气体的压强和摄氏温度成正比【答案】BC理想气体1．理想气体在任何温度、任何压强下都遵循_______________的气体．2．理想气体与实际气体在________不低于零下几十摄氏度、________不超过大气压的几倍的条件下，把实际气体当作理想气体来处理．气体实验定律温度压强理想气体在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律吗？【答案】理想气体在温度不太低，压强不太大的情况下都遵从气体实验定律．气体实验定律的微观解释1．玻意耳定律一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能一定，体积减小时，分子的____________增大，气体的压强就_______．密集程度增大2．查理定律一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的__________保持不变．在这种情况下，温度升高时，分子的__________增大，气体的________就增大．3．盖­吕萨克定律一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的__________增大．只有气体的________同时增大，使分子的____________减小，才能保持压强不变．密集程度平均动能压强平均动能体积密集程度从微观的角度分析气体体积不变，温度升高，压强一定变大？【答案】气体体积不变，单位体积的分子数不变，温度升高，分子的平均动能增大，对容器壁的碰撞力增大，压强一定变大．课堂•重难探究－探究气体等压变化规律1．盖­吕萨克定律的适用范围压强不太大，温度不太低．2．公式变式3．等压线(1)V－T图像．①意义：反映了一定质量的气体在等压变化中体积与热力学温度T成正比．②图像：过原点的直线．③特点：斜率越大，压强越小．(2)V－t图像．①意义：反映了一定质量的气体在等压变化中体积与摄氏温度t呈线性关系．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．对盖­吕萨克定律的理解和应用例1一开口向上直立的汽缸，被一质量为m的活塞压住一部分气体(不漏气)，大气压强为p0，当密闭气体的温度由T1升高到T2时，求：(1)温度为T2时气体的压强；(2)温度为T2时的气体体积．(汽缸的横截面积为S，忽略活塞与汽缸间的摩擦，温度T1时气体的体积为V1)变式1如图所示，

一端封闭的粗细均匀的玻璃管，开口向上竖直放置，管中用一段长度为4cm的水银柱封闭了一段长度为50cm的空气柱．已知环境的温度是27℃

，大气压强为76cmHg，问：(1)空气柱的压强多大？(2)现将玻璃管缓慢均匀地加热至87℃，此时空气柱的长度是多少？(玻璃管足够长)解：(1)设管内封闭空气压强为p1，水银柱自身高度表示液体压强，则根据液体压强平衡可得p1＝p0＋4cmHg，解得p1＝80cmHg．(2)若玻璃管缓慢地均匀加热，剩余气体变化为等压变化，设玻璃管的横截面积为S，变化后的高度为H，则可得利用盖­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条件，即是否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．－探究气体的等容变化规律1．查理定律的适用条件压强不太大，温度不太低的情况．当温度较低，压强较大时，气体会液化，定律不再适用．2．公式变式3．等容线(1)p－T图像．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．(2)p－t图像．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的线性关系．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．对查理定律的理解和应用例2

(2023年海南卷)某饮料瓶内密封一定质量理想气体，t＝27℃

时，压强p＝1.050×105Pa．(1)若温度t′＝37℃时，气压是多大？(2)保持温度不变，挤压气体，使之压强与(1)时相同时，气体体积为原来的多少倍？解：(1)瓶内气体的始末状态的热力学温度分别为T＝(27＋273)K＝300K，T′＝(37＋273)K＝310K，(2)保持温度不变，挤压气体，等温变化过程，由玻意耳定律pV＝p′V′，解得V′≈0.97V．变式2汽车行驶时轮胎的胎压太高容易造成爆胎事故，太低会造成耗油上升．已知某型号轮胎能在－40℃～90℃的环境中正常工作，为使轮胎在此温度范围内工作时的最高胎压不超过3.5atm，最低胎压不低于1.6atm，那么t＝20℃时给该轮胎充气，充气后的胎压在什么范围内都可以正常工作？(设轮胎容积不变，计算结果保留3位有效数字)解：由于轮胎容积不变，轮胎内气体做等容变化．设在T0＝293K充气后的最小胎压为pmin，最大胎压为pmax．依题意知，当T1＝233K时胎压为p1＝1.6atm．变式3如图所示，一开口向右的汽缸固定在水平地面上，活塞可无摩擦移动且不漏气，汽缸中间位置有一挡板，外界大气压强为p0．初始时，活塞紧压挡板处．现缓慢升高缸内气体温度，则图中能正确反映缸内气体压强变化情况的p－T图像是

(

)【答案】C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条件，即质量和体积是否保持不变．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．－探究理想气体1．理想气体理想气体是对实际气体的一种科学抽象，就像质点模型一样，是一种理想模型，实际并不存在．2．特点(1)严格遵守气体实验定律及理想气体状态方程．(2)理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可忽略不计，分子不占空间，可视为质点．(3)理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力．(4)理想气体分子无分子势能，内能等于所有分子热运动的动能之和，只和温度有关．对理想气体的理解例3

(多选)关于理想气体，下列说法正确的是 (

)A．理想气体能严格遵守气体实验定律B．实际气体在温度不太高、压强不太小的情况下，可看成理想气体C．实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下，可看成理想气体D．所有的实际气体在任何情况下，都可以看成理想气体【答案】AC【解析】理想气体是在任何温度、任何压强下都能遵守气体实验定律的气体，A正确．理想气体是实际气体在温度不太低、压强不太大情况下的抽象，B、D错误，C正确．变式4

(多选)下列对理想气体的理解，正确的有 (

)A．理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型B．只要气体压强不是很高就可视为理想气体C．一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关D．在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律【答案】AD【解析】理想气体是一种理想化模型，温度不太低，压强不太大的实际气体可视为理想气体；只有理想气体才遵循气体的实验定律，A、D正确，B错误．一定质量的理想气体的内能完全由温度决定，与体积无关，C错误．理想气体的内能仅与温度有关1．对于一切物体而言，物体的内能包括分子动能和分子势能．2．对于理想气体而言，其微观本质是忽略了分子力，即不存在分子势能，只有分子动能，故一定质量的理想气体的内能完全由温度决定．－探究气体实验定律的微观解释1．玻意耳定律(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大；体积增大，压强减小．(2)微观解释：温度不变，分子的平均动能不变．体积越小，分子越密集，单位时间内撞到容器壁单位面积上的分子数就越多，气体的压强就越大，如图所示．2．查理定律(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大；温度降低，压强减小．(2)微观解释：体积不变，则分子密度不变，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击容器壁单位面积的作用力变大，所以气体的压强增大，如图所示．3．盖­吕萨克定律(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大，温度降低，体积减小．(2)微观解释：温度升高，分子平均动能增大，撞击容器壁的作用力变大，而要保持压强不变，则影响压强的另一个因素需改变，即分子的密集程度减小，所以气体的体积增大，如图所示．对气体实验定律的微观解释的理解例4

一定质量的理想气体发生等容变化，从状态A变化到状态B，这一过程的p－t图像如图所示，AB为一条线段，图线的反向延长线与t轴相交于C点，下列说法正确的是

(

)A．p与t成正比B．气体的密度增大C．气体分子的平均动能减小D．气体从外界吸收了热量【答案】D【解析】一定质量的理想气体等容变化，

p与热力学温度T成正比，而T＝273＋t，与t并不成正比，A错误；等质量、等容，所以密度不变，B错误；温度为分子平均动能的标志，由于A→B温度升高，则分子平均动能增大，C错误；气体发生等容变化，无做功过程，又因为温度升高，内能增大，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，则气体从外界吸收了热量，D正确．变式5

(多选)如图所示，一定质量的理想气体由状态A沿平行纵轴的直线变化到状态B，则下列对于它的状态变化过程的说法，不正确的是

(

)A．气体的温度不变B．气体的内能增加C．气体的分子平均速率减小D．气体分子在单位时间内与容器壁单位面积上碰撞的次数不变【答案】ACD

【解析】从p－V图像中的AB图线看，气体状态由A变到B为等容升压，根据查理定律，一定质量的气体，当体积不变时，压强跟热力学温度成正比，所以压强增大，温度升高，A错误；一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，所以气体的温度升高，内能增加，B正确；气体的温度升高，分子平均速率增大，C错误；气体压强增大，则气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数增加，D错误．变式6

(2023年江苏卷)如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，该过程中

(

)A．气体分子的密度增大B．气体分子的平均动能增大C．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小【答案】B1．宏观量温度的变化对应着微观量分子动能平均值的变化．宏观量体积的变化对应着气体分子密集程度的变化．2．压强的变化可能由两个因素引起，即分子热运动的平均动能和分子的密集程度，可以根据气体变化情况选择相应的实验定律加以判断．1．三大气体实验定律(1)玻意耳定律(等温变化)：p1V1＝p2V2或pV＝C(常数)．气体实验定律的综合应用2．利用气体实验定律解决问题的基本思路例5

(多选)(2023年莆田阶段检测)如图所示，一定质量理想气体的状态沿1→2→3→1的顺序作循环变化．若用V－T或p－V图像表示这一循环，下图中可能正确的选项是

(

)【答案】AD变式7一气象探测气球，在充有压强为1.00atm(即76.0cmHg)、温度为27.0℃的氦气时，体积为3.50m3．在上升至海拔6.50km高空的过程中，气球内氦气的压强逐渐减小至此高度上的大气压36.0cmHg，气球内部因启动了持续加热设备而维持其温度不变．此后停止加热，保持高度不变．已知在这一海拔高度气温为－48.0℃．求：(计算结果均保留3位有效数字)(1)氦气在停止加热前的体积；(2)氦气在停止加热较长一段时间后的体积．解：(1)在气球上升至海拔6.50km高空的过程中，气球内氦气经历一个等温变化过程．根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2，

①式中p1＝76.0cmHg，V1＝3.50m3，p2＝36.0cmHg，V2是在此等温过程末氦气的体积．由①式得V2≈7.39m3．

②(2)在停止加热较长一段时间后，氦气的温度逐渐从T1＝300K下降到与外界气体温度相同，即T2＝225K．这是一等压过程．根据盖­吕萨克定律有式中V3是在此等压过程末氦气的体积．由③式得V3≈5.54m3．小练•随堂巩固1．如图所示为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 (

)A．5.6L B．3.2LC．1.2L D．8.4L【答案】D2．如图所示，一定质量的理想气体从状态A→状态B→状态C→状态D→状态A的循环过程，A、B、C、D这四个状态，体积最大的是(

)A．状态A B．状态BC．状态C D．状态D【答案】C3．(2023年南通阶段检测)如图所示，汽缸悬空而静止，设活塞和缸壁间无摩擦且可以在缸内自由移动，缸壁导热性能良好，使缸内气体温度总能与外界大气的温度相同，则

(

)A．气温降低，汽缸的上底面距地面的高度减小B．气温升高，汽缸中气体分子数的密度变大