2019_2020学年高中物理第2章固体、液体和气体第8节气体实验定律Ⅱ课件粤教版选修3_3

解析：(1)假设法：先假设管内水银柱相对玻璃管不动，即
两段空气柱体积不变，用查理定律求得两气柱压强增量，Δp1 和Δp2，进而比较压强增量的大小．若Δp1＝Δp2，水银柱不会 移动；若Δp1>Δp2，水银柱向上移动；若Δp1<Δp2，水银柱向下 移动．(注意：若降温时，当Δp1>Δp2，即p1比p2减小得快时， 水银柱向下移动；当Δp1<Δp2，即p2比p1减小得快时，水银柱向 上移动．)
气体的质量一定，体积不变 气体的质量一定，压强不变
定律
查理定律
盖·吕萨克定律
图线 表达
应用
直线的斜率越大，体积越 直线的斜率越，压强越
小，如图 V2<V1
小，如图 p2<p1
2.“外推法”与热力学温标 通过对定质量气体等容变化的pt线“外推”所得到气体压 强为零时对应的温度(－273.15 ℃)，称为热力学温标的零度(0 K)． 特 别 提 醒 ： (1)“ 外 推 法 ” 是 科 学 研 究 的 一 种 方 法 ， “ 外 推”并不表示定律适用范围的扩展． (2)热力学温标是一种理论温标，与测温物质无关．
3．盖·吕萨克定律 一定质量的理想气体，温度升高时，分子的平均动能 _增__大____. 只 有 气 体 的 体 积 同 时 __增__大____ ， 使 单 位 体 积 内 的 _分__子__数__减__少___，才能保持压强不变．
把小皮球拿到火炉上面烘一下，它就会变得更硬一些(假 设忽略球的体积的变化)．你有这种体验吗？你怎样用分子动 理论的观点来解释这种现象？
2．应用图象解决问题时，要注意数学公式与图象的数图 转换，图象与物理过程、物理意义之间的相互关系，对于图线 有关问题的分析讨论，常常需要添加辅助线，然后根据有关方 程讨论．
1．(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，这一过程的VT图象如图所示，则( )
A．在过程A→C中，气体的压强不断变小 B．在过程C→B中，气体的压强不断变小 C．在状态A时，气体的压强最小 D．在状态B时，气体的压强最大
利用公式：由查理定律，对于上段气柱有 Tp22′′＝Tp22→p2′＝p2TT22′ Δp2＝p2′－p2＝p2TT22′－p2，即 Δp2＝ΔTT22p2 同理对于下段气柱可得 Δp1＝ΔTT11p1 因为 p1＝p2＋ph>p2，ΔT1＝ΔT2，T1＝T2 则 Δp1>Δp2，即水银柱向上移动．
温度变化与液柱(或活塞)移动问题
1．假设法 此类问题的特点：气体的状态参量 p、V、T 都发生了变化， 直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难，通常先进行气体状 态的假设，然后应用查理定律可以简单地求解．其一般思路： (1)先假设液柱或活塞不发生移动，两部分气体均做等容变 化． (2)对两部分气体分别应用查理定律的分比形式 Δp＝ΔTTp， 求出每部分气体压强的变化量 Δp，并加以比较．
【答案】CD [A→C过程中，气体的体积不变，发生等容 变化，由＝C可知，温度升高，压强增大，故A错误；在C→B 过程中，发生等温变化，由pV＝C可知，体积减小，压强增 大，故B错误；综上所述，在A→C→B过程中，气体的压强始 终增大，所以气体在状态B时的压强最大，在状态A时的压强 最小，故C、D正确．]
例1 如图所示是一定质量的理想气体的三种升温过 程，以下四种解释正确的是( )
A．a→d的过程中气体体积增大 B．b→d的过程中气体体积不变 C．c→d的过程中气体体积增大 D．a→d的过程中气体体积减小 题眼直击：对pT图象的理解．
解题流程： 答案：AB
【题后反思】1.图线上的一个点表示一定质量气体的一个 平衡状态，图线上的某一线段，表示一定质量气体状态变化的 一个过程．
A．3倍
B．2倍
C．1.5倍
D．0.7倍
【答案】C [水深20 m处，压强为3p0(p0为大气压强)，水 深10 m处，压强为2p0，由玻意耳定律，得3p0V1＝2p0V2，V2＝ 1.5V1，故C选项正确．]
3．(2017 年广州名校期末)如图所示，为
一定质量的理想气体的 pV1图象，图中 BC 为
3．等压曲线
4．理想气体 (1)理想气体是一种科学的抽象，是理想化的_物__理__模__型__.把 严格遵守__三__个__实__验__定__律____的气体称为理想气体． (2)理想气体的分子模型：①分子本身的大小和它们之间的 距离相比较可忽略不计．②分子间的距离很大，因此除碰撞 外，分子间的相互作用力忽略不计，分子势能看作零，理想气 体的内能就等于__所__有__分__子__动__能__的__总__和__．③分子之间的碰撞看 成___弹__性___碰撞． (3)实际气体在常温常压下可近似看成理想气体，中学阶段 所涉及的气体(除说明外)都看成理想气体．
【题后反思】液柱移动问题中，通常先假设上、下两部分 气体的体积不变，由查理定律得到 Δp＝ΔTTp，据 Δp 的大小判 断水银柱的移动方向．
例3 有人设计了一种测温装置，其结构如图所示， 玻璃泡A内封有一定质量气体，与A相连的B管插在水银槽中， 管内水银柱的高度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泡的体积相比 可略去不计)
甲
乙
3．图象法 在同一pT坐标系中画出两段气柱的等容线，如图乙所示， 在温度相同时p1>p2，得气柱l1等容线的斜率较大，当两气柱升 高相同的温度ΔT时，其压强的增量Δp1>Δp2，水银柱上移．
例2 如图所示，两端封闭、粗细均匀、竖直 放置的玻璃管内有一段长为h的水银柱，将管内气体分 为两部分．已知l2＝2l1，若使两部分气体同时升高相同 的温度，管内水银柱将如何移动？(设原来温度相同)
三、对气体实验定律的微观解释
1．玻意耳定律 一定质量的理想气体，温度保持不变时，分子的 __平__均__动__能__ 是 一 定 的 ， 在 这 种 情 况 下 ， 体 积 减 小 时 ， __单__位__体__积__内___的分子数增多，气体的__压__强____增大． 2．查理定律 一定质量的理想气体，体积保持不变时，_单__位__体__积__内___的 分子数保持不变，在这种情况下，温度升高时，分子的平均动 能___增__大___，气体的压强也__增__大____．
第八节 气体实验定律(Ⅱ)
1．(多选)一定质量的气体的三个参量可以发生变化的情况 是( )
A．温度、体积、压强均变化 B．温度不变，压强和体积都发生变化 C．温度和体积不变，压强变化 D．温度和压强不变，体积变化 【答案】AB
2．一个气泡由湖面下20 m深处上升到湖面下10 m深处，
它的体积约变为原来体积的(温度不变)( )
解析：(1)取封闭在 A 中的气体为研究对象 初态参量 p1＝(76－16) cmHg＝60 cmHg T1＝(273＋27) K＝300 K 末态参量 T2＝273 K，p2＝(76－x) cmHg 因 B 管体积可忽略，所以气体做等容变化，则有Tp11＝Tp22 代入数据解得 x＝21.4 cm．
3．等容曲线，如图所示．
二、盖·吕萨克定律 1．等压过程：一定质量的某种气体，在__压__强____不变时
体积随温度的变化．
2．盖·吕萨克定律：一定质量的某种气体，在压强不变的 情况下，体积与热力学温度成____正__比__．
数学表达式：_VT_＝__K____或__VT_11_＝__VT_22_．
2．极限性 所谓极限性就是将问题推向极端．如在讨论压强大小变化 时，将变化较大的压强推向无穷大，而将变化较小的压强推向 零．这样使复杂的问题变得简单明了． 如图甲所示，根据极限法分析：由于管上段气柱压强p2较 下段气柱压强p1小，设想p2→0，即管上部认为近似为真空，于 是立即得到温度T升高，水银柱向上移动．
(3)如果液柱(或活塞)两端的横截面积相等，则若Δp均大于 零，意味着两部分气体的压强均增大，则液柱(或活塞)向Δp值 较小的一方移动；若Δp均小于零，意味着两部分气体的压强均 减小，则液柱向压强减小量较大的一方(即|Δp|较大的一方)移 动；若Δp相等，则液柱不移动．
(4)如果液柱(或活塞)两端的横截面积不相等，则应考虑液 柱(或活塞)两端的受力变化(ΔpS)．若Δp均大于零，则液柱向 ΔpS较小的一方移动；若Δp均小于零，则液柱向|ΔpS|值较大的 一方移动；若ΔpS相等，则液柱不移动．
过原点的直线，A、B、C 为气体的三个状态，
则下列说法中正确的是( )
A．TA＞TB＝TC C．TA＝TB＞TC
B．TA＞TB＞TC D．TA＜TB＜TC
【答案】A [pV1图象上某点与原点连线的斜率越大表示温
度越高，故 TA＞TB＝TC.故选 A．]
一、查理定律 1．等容过程 气体在__体__积____保持不变的情况下发生的状态变化过程， 叫做等容过程． 2．查理定律：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__， 也可以表达为__Tp_11_＝__Tp_22_____或_____pp_12＝__TT_12____．
灯泡内气体初、末状态的参量为 气体在 500 ℃时，p1＝1 atm， T1＝(273＋500)K＝773 K. 气体在 20 ℃时，热力学温度为
T2＝(273＋20)K＝293 K.
由查理定律Tp11＝Tp22得 p2＝TT21p1＝279733×1 atm＝0.38 atm.
对气体实验定律微观解释的理解
【答案】皮球内单位体积的气体分子数没发生变化，把小 球拿到火上烘烤，意味着球内气体分子的平均动能变大，故气 体的压强增大，球变得比原来硬一些．
查理定律、盖•吕萨克定律与热力学温标
1．查理定律与盖·吕萨克定律的比较
\定律
查理定律
盖·吕萨克定律
表达式
成立 条件
Tp11＝Tp22＝恒量
VT11＝VT22＝恒量
2．从微观实质解释查理定律 查理定律的条件是：气体的质量一定，体积保持不变，即 分子的密度不变．在这种情况下，若气体的温度升高，则分子 的平均动能随之增大，于是分子在单位时间内对单位面积器壁 的碰撞次数将增多，并且每次碰撞给器壁的作用力增大，因而 气体的压强也增大．这就得出了与查理定律的表述相一致的结 论．
(2)图象法： 在同一 pT 图上画出两段气柱的等容 线，如图，因在温度相同时，p1>p2，得气 柱 l1 等容线的斜率较大，当两气柱升高相同 的温度 ΔT 时，其压强的增量 Δp1>Δp2.所以 水银柱上移． (3)极限法：由于 p2 较小，设想 p2＝0，上部为真空，升温 则 p1 增大，水银柱上移，降温下降． 答案：水银柱向上移动
(2)大气压强变化后，温度仍读 27 ℃，说明：B 管中水银 柱长度仍为 x1＝16 cm；此时 A 泡中气体的压强 p2′＝(75－16) cmHg＝59 cmHg，设此时实际温度为 T2′，同理有Tp11＝Tp22′′， 代入数据解得 T2′＝295 K
即实际温度为(295－273) ℃＝22 ℃．
1．从微观实质解释玻意耳定律 玻意耳定律的条件是：气体的质量一定，温度保持不 变．换句话说，气体分子的总数和分子的平均动能不变．因 此，当气体的体积增大到原来的几倍时，分子密度就减小到原 来的几分之一，于是在单位时间内气体分子对单位面积器壁的 碰撞次数也就减少到原来的几分之一，所以气体的压强就减小 到原来的几分之一．体积减小时，情况相反．所以说，一定质 量的气体在等温过程中，其压强与体积成反比．
答案：(1)21.4 cm (2)22 ℃
2．电灯泡内充有氮、氩混合气体，如果要使灯泡内的混 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少？
【答案】0.38 atm 解析：忽略灯泡容积的变化，气体为等容变化，找出气 体的初、末状态，运用查理定律求解．
(1)在1标准大气压下对B管进行标温度刻度(1标准大气压相 当于 76 cmHg)．已知当温度t1＝27 ℃时，管内水银柱高度x1＝ 16 cm，此高度即为27 ℃的刻度线．问t＝0 ℃的刻度线在x为多 少厘米处？
(2)若大气压改变为相当于75 cmHg的压强，利用该测温装 置测量温度时所得读数仍为27 ℃，问此时实际温度为多少？