气体的等压变化和等容变化课件-高二下学期物理人教版选择性2

2.3气体的等压变化和等容变化

问题与思考：烧瓶上通过橡胶塞连接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱。用手捂住烧瓶，会观察到什么现象，这说明了什么？实验表明，温度升高时，为了保持气体的压强不变的情况下，气体的体积要随温度的升高而增大。气体的等压变化1.定义：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度变化的过程叫作气体的等压变化。2.V—T

图即等压线：一定质量的某种气体在等压变化过程中，体积随温度变化关系的直线，叫做等压线。VT0盖-吕萨克定律约瑟夫·路易·盖-吕萨克1778.12——1850.5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T成正比。注：适用条件：①

气体质量不变、压强不变。②

气体温度不太低、压强不太大。气体的等容变化1.定义：一定质量的某种气体在体积不变时，压强随温度变化的过程叫作气体的等容变化。2.气体等容变化的P—T图像查理定律查理1746～1823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。即p

T

或注：适用条件：①

气体质量不变、体积不变。②

气体温度不太低、压强不太大。【例题】某种气体的压强为2×105Pa，体积为1m3，温度为200K。它经过等温过程后体积变为2m3。随后，又经过等容过程，温度变为300K，求此时气体的压强。解：以该质量不变的气体为研究对象，根据玻意耳定律，有：根据查理定律，有:联立得:代入数据得：

理想气体

当压强很大、温度很低时，由气体实验定律计算的结果与实际测量结果有很大的差别。

不过，在通常的温度和压强下，很多实际气体，特别是那些不容易液化的气体，如氢气、氧气、氮气、氦气等，其性质与实验定律的结论符合的很好。

为了研究方便，可以设想一种气体：这种气体分子大小和相互作用力可以忽略不计，也不计气体分子与器壁碰撞的动能损失。这样的气体在任何温度、任何压强下都能严格地遵从气体实验定律，我们把这样的气体叫做“理想气体”。注：1.理想气体是不存在的，是一种理想模型。2.从能量上说：理想气体的微观本质是忽略了分子力，没有分子势能，理想气体的内能只有分子动能。理想气体的状态方程一定质量的理想气体，由初状态（p1、V1、T1）变化到末状态（p2、V2、T2）时，两个状态的状态参量之间的关系即理想气体的状态方程为：气体实验定律的微观解释一定质量的某理想气体，温度不变，分子的平均动能不变。体积减小，分子越密集，单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多，气体的压强就越大。1.玻意耳定律(等温变化)

p1V1=p2V22.查理定律(等容变化)

一定质量的某理想气体，体积不变，分子的密度程度不变，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击单位面积器壁的作用力变大，所以气体的压强增大。3.盖-吕萨克定律(等压变化)一定质量的某理想气体，温度升高，分子的平均动能增大，撞击单位面积器壁的作用力变大，而要使压强不变，则影响压强的另一个因素分子的密集程度需减小，所以气体的体积增大。如图所示，用水银柱封闭了一定量的气体，慢慢给封闭气体加热，能看到什么现象？封闭的气体发生的是什么变化？提示：看到水银柱向上移动。封闭气体在温度升高的过程中，压强始终等于p0+ρgh，所以气体发生的是等压变化。【例1】用绳子系住汽缸缸底，将汽缸倒过来悬挂，汽缸内用活塞封闭了一定质量的理想气体，达到平衡时如图，活塞到缸底的距离l1=36cm，已知活塞质量m=10kg、面积S=100cm2，不计活塞厚度及其与汽缸之间的摩擦，重力加速度g取10m/s2，大气压强为p0=1×105Pa，缸内气体初始温度为27℃。(1)求汽缸内气体的压强p1。(2)现缓慢升高汽缸内气体的温度，使活塞恰好到达缸口，此时活塞与缸底的距离为l=42cm，求此时缸内气体的温度。答案:(1)9×104Pa

(2)350K(或77℃)学以致用1.两位同学为了测量一个内部不规则容器的容积，设计了一个实验：在容器上插入一根两端开口的玻璃管，接口用蜡密封，如图所示。玻璃管内部横截面积S=0.2cm2，管内一静止水银柱封闭着长为l1=5cm的空气柱，水银柱长为l=4cm，此时外界温度为T1=27℃，现把容器浸入温度为T2=47℃的热水中，水银柱静止时，下方的空气柱长度变为l2=8.7cm，实验时大气压强的大小相当于76cm高的水银柱产生的压强的大小。根据以上数据可以估算出容器的容积约为(

)A.5cm3 B.7cm3C.10cm3 D.12cm3答案:C我国民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，即先加热罐中气体，然后迅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?提示：火罐内的气体体积一定，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。【例2】一定质量的气体在等容变化过程中，温度每升高1℃，压强的增加等于它在300K时压强的(

)答案:C【例3】有人设计了一种测温装置，其结构如图所示，玻璃泡A内封有一定量气体，与A相连的B管插在水槽中，管内水银面的高度x即可反映泡内气体的温度，即环境温度，并可由B管上的刻度直接读出。设B管的体积与A玻璃泡的体积相比可忽略不计。在标准大气压下对B管进行温度刻度标记(标准大气压相当于76cm高的水银柱产生的压强，等于101kPa)。已知当温度t1=27℃时，管内水银面高度x=16cm，此高度即为27℃的刻度线，问t=0℃的刻度线在何处?答案:21.4cm【例4】如图所示，一定质量的理想气体从状态a经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a。下列说法正确的是(

)A.在过程ca中外界对气体做功B.在过程ab中气体的内能减少C.在过程ab中气体对外界做功D.在过程bc中与气体沿直线从状态b到达状态c

相比气体吸收热量更多A

【例5】如图所示，一定质量的理想气体由状态A沿平行于纵轴的直线变化到状态B，则它的状态变化过程是(

)A.气体的温度不变B.气体的内能增加C.气体分子的平均速率减小D.气体分子在单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数不变答案:B学以致用4.(多选)对一定质量的理想气体，下列说法正确的是(

)A.体积不变,压强增大时，气体分子的平均动能一定增大B.温度不变,压强减小时，气体分子的数密度一定减小C.压强不变，体积增大时，气体的内能可能不变D.温度升高，压强和体积可能都不变答案:AB1.将一定质量的空气封闭在气瓶内，并进行等压变化。把这些空气看成理想气体，则下列四幅图中能正确表示变化过程中空气的体积V和温度T的关系的是(

)答案:B2.一定质量的理想气体在体积保持不变的情况下，下列说法正确的是(

)C.气体压强的增加量与热力学温度的增加量成正比D.p-T图像中等容线在p轴上的截距一定是它在0℃时的压强答案:C3.下图表示一定质量的理想气体，由状态A变化到状态B，再变化到状态C的p-t图像，下列叙述正确的是(

)A.A→B是等容升温过程B.A→B是等压升温过程C.B→C是等温压缩过程D.C→A是等压膨胀过程答案:A4.如图所示，两端封闭的U形管竖直放置，管内充有水银将两段空气柱分别封闭在两管内。若让两段空气柱同时升高或降低相同温度，则两管内水银面的高度差h变化情况是(

)A.升高相同温度h变大，降低相同温度h变小B.升高相同温度h变小，降低相同温度h变大C.无论升高或降低相同温度，h都变大D.无论升高或降低相同温度，h都变小答案:A5.(多选)一定质量的理想气体的状态发生变化，经历了图示A→B→C→A的循环过程，则(

)A.气体在状态A时的温度等于气体在状态B时的温度B.从状态B变化到状态C的过程中，气体经历的是等压变化C.从状态B变化到状态C的过程中，气体分子平均动能增大D.状态C变化到状态A的过程中，气体的温度逐渐降低AB6.如图，截面积分别为SA=1cm2、SB=0.5cm2的两个上部开口的柱形容器A、B，底部通过体积可以忽略不计的细管连通，A、B两个汽缸内分别有两个不计厚度的活塞，质量分别为mA=1.4kg、mB=0.7kg。A汽缸内壁粗糙，活塞与汽缸间的最大静摩擦力为Ff=3N；B汽缸内壁光