新教材2025版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学生用书新人教版选择性必修第三册

3.气体的等压变更和等容变更素养目标1.知道什么是气体的等容和等压变更过程；驾驭查理定律和盖­吕萨克定律的内容；理解p­T和V­T图像的物理意义；知道查理定律的适用条件．知道什么是志向气体．会用气体分子动理论的学问说明气体试验定律．(物理观念)2．依据盖­吕萨克定律和查理定律的内容，理解p­T和V­T图像的物理意义．(科学思维)自主落实·必备学问全过关一、气体的等压变更1．等压变更肯定质量的某种气体，在________时，体积随温度变更的过程叫作气体的等压变更．2．盖­吕萨克定律(1)内容：肯定质量的某种气体，在压强不变的状况下，其体积V与热力学温度T不能是摄氏温度成正比．(2)公式：V＝________或V1T1(3)适用条件：气体________肯定，________不变．(4)等压变更的图像：由V＝CT可知在V­T坐标系中，等压线是一条过坐标原点的直线，如图所示．二、气体的等容变更1．等容变更肯定质量的某种气体，在体积不变时，________随________变更的过程叫作气体的等容变更．2．查理定律(1)内容：肯定质量的某种气体，在________的状况下，________与热力学温度T不能是摄氏温度成正比．(2)公式：p＝________或p1T1(3)适用条件：气体的________肯定，________不变．三、志向气体1．志向气体志向化模型在任何温度、任何压强下都遵从________的气体．2．志向气体与实际气体在________不低于零下几十摄氏度、________不超过大气压的几倍时，把实际气体当成志向气体来处理，误差很小．3．志向气体的状态方程(1)内容：肯定质量的某种志向气体，在从某一状态变更到另一状态时，尽管压强p、体积V、温度T都可能变更，但是________________的乘积与________之比保持不变．(2)表达式：①p1(3)成立条件：肯定质量的________．四、气体试验定律的微观说明用分子动理论可以定性说明气体的试验定律．1．玻意耳定律肯定质量的某种志向气体，温度保持不变时，分子的平均动能确定撞击力是__________的．在这种状况下，体积减小时，分子的________增大，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强由每个分子的撞击力和单位面积撞击的分子个数确定就________．这就是玻意耳定律的微观说明．2．盖­吕萨克定律肯定质量的某种志向气体，温度上升时，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．这就是盖­吕萨克定律的微观说明．3．查理定律肯定质量的某种志向气体，体积保持不变时，分子的________保持不变．在这种状况下，温度上升时，分子的________增大，气体的________就增大．这就是查理定律的微观说明．走进生活如图所示，燥热的夏天，给汽车轮胎充气时为什么不能充得太足，给自行车打气时也不能打得太足？合作探究·实力素养全提升探究一气体的等压变更情境探究如图所示，用红色液体封闭烧瓶内的气体，双手捂烧瓶时，红色液体怎样移动？为什么？核心归纳1.盖­吕萨克定律的适用条件肯定质量的志向气体，压强不变．2．公式变式由V1T1＝V1+ΔVT1+ΔT得V1T1应用体验例1如图所示为一简易火灾报警装置，其原理是竖直放置的试管中装有水银，当温度上升时，水银柱上升，使电路导通，蜂鸣器发出报警的响声.27℃时，被封闭的志向气体气柱长L1为20cm，水银柱上表面与导线下端的距离L2为5cm.问：(1)当温度变更时，封闭气柱的压强是否变更？(水银不会溢出试管)(2)当温度达到多少摄氏度时，报警器会报警？针对训练1.一圆柱形汽缸，质量M为10kg，总长度L为40cm，内有一活塞，质量m为5kg，横截面积S为50cm2，活塞与汽缸壁间摩擦可忽视，但不漏气(不计汽缸壁与活塞厚度)，当外界大气压强p0为1×105Pa，温度t0为7℃时，假如用绳子系住活塞将汽缸悬挂起来，如图所示，汽缸内气体柱的高L1为35cm，g取10m/s2.求：(1)此时汽缸内气体的压强；(2)当温度上升到多少摄氏度时，活塞与汽缸将分别？探究二气体的等容变更情境探究我国民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，即先加热罐中气体，然后快速将火罐开口端紧压在人体的皮肤上，待火罐冷却后，火罐就被紧紧地“吸”在皮肤上．你知道其中的道理吗？核心归纳1.查理定律的适用条件肯定质量的志向气体，体积不变．2．公式变式由p1T1＝p1+ΔpT1+ΔT得p1T1应用体验例2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．起先时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，测得D中水银面高出O点h2＝44cm.求恒温槽的温度(已知外界大气压为1个标准大气压，1标准大气压相当于76cmHg)．针对训练2.某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气，温度为27℃时，压强为3.0×103Pa.(1)当夹层中空气的温度升至37℃，求此时夹层中空气的压强；(2)当保温杯外层出现裂隙，静置足够长时间，求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值，设环境温度为27℃，大气压强为1.0×105Pa规律方法利用盖­吕萨克定律或查理定律解题的一般步骤(1)确定探讨对象，即被封闭的气体．(2)分析被探讨气体在状态变更时是否符合定律成立条件，即是否是质量和压强(或体积)保持不变．(3)确定初、末两个状态的温度、体积(压强)．(4)按盖­吕萨克定律或查理定律列式求解，并对结果进行探讨．探究三志向气体的状态方程核心归纳1．表达式p1V1T1＝p2．适用条件：该方程在志向气体质量不变的条件下才适用，表示肯定质量的志向气体三个状态参量的关系，与变更过程无关．3．志向气体的特点(1)志向气体严格遵守气体试验定律及志向气体状态方程．(2)志向气体分子本身不占有空间．(3)志向气体分子间无相互作用的引力和斥力．(4)志向气体分子无分子势能，内能等于全部分子热运动的动能之和，只和温度有关．应用体验题型1对志向气体的理解例3(多选)下列对志向气体的理解，正确的有()A．志向气体事实上并不存在，只是一种志向模型B．只要气体压强不是很高就可视为志向气体C．肯定质量的某种志向气体的内能与温度、体积都有关D．在任何温度、任何压强下，志向气体都遵循气体试验定律[试解]题型2志向气体状态方程的应用例1[2024·云南昆明一模]如图所示，柱形汽缸固定在水平地面上，汽缸内用轻质活塞封闭肯定质量的志向气体，活塞能沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气．劲度系数为k＝10N/cm的轻弹簧一端与活塞相连，另一端固定在汽缸底部．活塞静止时到汽缸底部的距离为100cm，气体温度为27℃，此时弹簧的压缩量为x1＝20cm.已知活塞的横截面积为S＝100cm2，取大气压强为p0＝1×105Pa，弹簧体积不计．(1)求缸内气体的压强．(2)若缓慢对缸内气体加热直到弹簧的伸长量为x2＝20cm，求此时气体的温度．针对训练3.如图所示，一端封闭、粗细匀称的U形玻璃管开口向上竖直放置，管内用水银将一段气体封闭在管中．当温度为280K时，被封闭的气柱长L＝22cm，两边水银柱高度差h＝16cm，大气压强p0＝76cmHg.(1)为使左端水银面下降3cm，封闭气体温度应变为多少？(2)封闭气体的温度重新回到280K后，为使封闭气柱长度变为20cm，需向开口端注入的水银柱长度为多少？学以致用·随堂检测全达标1.如图所示，容积肯定的测温泡，上端有感知气体压强的压力传感器．待测物体温度上升时，泡内封闭气体()A．内能不变，压强变大B．体积不变，压强变大C．温度不变，压强变小D．温度降低，压强变小2.如图所示，两端开口的U形管，右侧直管中有一部分空气被一段水银柱与外界隔开，若在左管中再注入一些水银，平衡后则()A．下部两侧水银面A、B高度差h减小B．h增大C．右侧封闭气柱体积变小D．水银面A、B高度差h不变3．肯定质量的某种气体在等压变更过程中体积增大了原来的12A．上升了450KB．上升了150℃C．上升了40.5℃D．上升了450℃4．肯定质量的气体，在体积不变的状况下，由50℃加热到100℃，气体的压强变更状况是()A．气体压强是原来的2倍B．气体压强比原来增大了50C．气体压强是原来的3倍D．气体压强比原来增大了505.如图甲所示，一支上端开口、粗细匀称的足够长玻璃管竖直放置，玻璃管内一段长度为10cm的水银柱封闭了一段长度为5cm的空气柱，环境温度为27℃，外界大气压强p0＝75cmHg.求：(1)管内封闭气体的压强为多大？(2)若将玻璃管插入某容器的液体中，如图乙所示，这时空气柱的长度增大了2cm，则该液体的温度为多少？3．气体的等压变更和等容变更自主落实·必备学问全过关一、1．压强不变2．(2)CT(3)质量压强二、1．压强温度2．(1)体积不变压强p(2)CT(3)质量体积三、1．气体试验定律2．温度压强3．(1)压强p跟体积V热力学温度T(2)p2V四、1．肯定数密度增大2．平均动能体积数密度3．数密度平均动能压强走进生活提示：夏天温度上升，轮胎内气体的压强增大，简单导致爆胎．合作探究·实力素养全提升探究一情境探究提示：红色液体向上移动．烧瓶内的压强保持不变，当温度上升时，烧瓶内气体体积增加，红色液体向上移动．应用体验[例1]解析：(1)封闭气柱的压强为p＝p0＋ρgh，当温度变更时，p0与h均不变，故封闭气柱的压强不变；(2)设试管横截面积为S，对水银封闭的气体，初状态：V1＝L1S＝20cm·S，T1＝(273＋27)K＝300K．末状态：V2＝(L1＋L2)S＝25cm·S，T2＝273K＋t2，由盖­吕萨克定律得V1T1＝V2答案：(1)不变(2)102℃针对训练1．解析：(1)对汽缸受力分析，受重力、外界大气的压力、汽缸内气体的压力，依据平衡条件得p0S＝pS＋Mg则p＝p0－MgS＝1×105Pa－10050×(2)温度上升，汽缸内气体的压强不变，体积增大，则有V1T1气柱的总长度为40cm，代入数据得35S280＝解得：T2＝320K＝(320－273)℃＝47℃.答案：(1)8×104Pa(2)47℃探究二情境探究提示：火罐内的气体体积肯定，冷却后气体的温度降低，压强减小，故在大气压力的作用下被“吸”在皮肤上．应用体验[例2]解析：设恒温槽的温度为T2，由题意知T1＝273K，A内气体发生等容变更，依据查理定律得p1T1p1＝p0＋ph1，p2＝p0十ph2联立并代入数据得T2＝364K(或91℃)．答案：364K(或91℃)针对训练2．解析：(1)初状态：p1＝3.0×103Pa，T1＝(273＋27)K＝300K，末状态：T2＝(273＋37)K＝310K，设压强为p2，依据查理定律得p1T1解得p2＝3.1×103Pa.(2)保温杯外层出现裂隙，静置足够长时间，以夹层中原有空气为探讨对象，由玻意耳定律得p1V＝p0V′，解得V′＝0.03V，夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值Δmm＝V-答案：(1)3.1×103Pa(2)97探究三应用体验[例3]解析：实际的气体在肯定的条件下都是志向气体的近似，所以A项正确；B项忽视了温度的条件，所以解除；肯定质量的某种志向气体的内能与温度有关，与体积无关，C项错误；气体试验定律的适用条件就是肯定质量的志向气体，D项正确．答案：AD[例4]解析：(1)活塞的横截面积为S＝100cm2＝0.01m2，此时弹簧的弹力为F＝kx1＝200N设缸内气体的压强为p1，对活塞分析由平衡条件得p0S＝F＋p1S解得p1＝0.8×105Pa.(2)初状态，汽缸内的体积为V1＝Sl气体温度为T1＝(273＋27)K＝300K若缓慢对缸内气体加热直到弹簧的伸长量为x2＝20cm，则有汽缸内的体积为V2＝S(l＋x1＋x2)此时汽缸内的压强满意p2S＝p0S＋kx2解得p2＝1.2×105Pa，依据志向气体状态方程得p1V联立解得T2＝630K气体的温度t＝(630－273)℃＝357℃.答案：(1)0.8×105Pa(2)357℃针对训练3