2018-2019学年高中物理 第二章 固体、液体和气体 第八节 气体实验定律(Ⅱ)优质课件 粤教版
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．
高中物理第二章固体、液体和气体第八节气体实验定律(
判断正误
(1)对玻意耳实验定律来说是指一定质量的气体，分 子平均动能不变，体积增大，分子密集程度增大，则压 强增大．(×)
(2)对查理定律来说，一定质量的气体分子密集程度 不变，温度升高分子平均动能增大则压强增大．(√)
(3)对盖·吕萨克定律来说，温度升高分子平均动能增 大，体积增大，分子密集度减小，则压强不变．(×)
答案：B
知识点二 气体的等压变化 提炼知识 1．等压过程：气体在压强不变的情况下发生的状态 变化． 2．盖·吕萨克定律. (1)内容：一定质量的气体，在压强不变的情况下， 体积与热力学温度成正比．
(2)公式：V∝T 或VV12＝TT12．
(3)等压线：在 V-T 图上，等压过程是一条过原点的 直线，这种表示等压过程的图线叫等压线(如图所示)．
第二章 固体、液体和气体
第八节 气体实验定律(Ⅱ)
学习目标
1.知道什么是气体的等 容变化、等压变化和 过程. 2.理解p -T图象和V-T 图象的物理意义. 3.会用查理定律和盖· 吕萨克定律解决问题. 4.掌握液柱移动问题.
重点 难点
重点难点
1.理解p -T图象和V-T图象 的物理意义. 2.会用查理定律和盖·吕萨 克定律解决问题．
(2)实验过程． ①在室温 T1 下将一定质量的气体封闭在烧瓶中，记 下气体的体积 V1 和压强 p1＝p. ②把烧瓶放入冰水混合物的容器里，记下这时温度 为 T2＝0 ℃，调整压强计保持气体体积不变，记下压强 p2＝p－h.如图所示．
③把烧瓶放在温度为 T3 的温水中，调整压强计保持 气体体积不变，记下压强 p3＝p0＋h′.
小试身手
2．房间里气温升高 3 ℃时，房间内的空气将有 1%
逸出到房间外，由此可计算出房间内原来的温度是( )
2019高中物理 第二章 固体、液体和气体 第八节 气体实验定律(Ⅱ)分层训练 粤教版选修3-3
第八节 气体实验定律(Ⅱ)[A 级 抓基础]1．一定质量的理想气体经历等温压缩过程时，气体的压强增大，从分子微观角度来分析，这是因为( )A ．气体分子的平均动能增大B ．单位时间内器壁单位面积上分子碰撞的次数增多C ．气体分子数增加D ．气体分子对器壁的碰撞力变大解析：温度不发生变化，分子的平均动能不变，分子对器壁的碰撞力不变，故A 、D 错；质量不变，分子总数不变，C 项错误；体积减小，气体分子密集程度增大，单位时间内器壁单位面积上分子碰撞次数增多，故B 正确．答案：B2．(多选)一定质量的理想气体在等压变化中体积增大了12，若气体原来温度是27 ℃，则温度的变化是( )A ．升高到 450 KB ．升高了 150 ℃C ．升高到 40.5 ℃D ．升高了450 ℃解析：由V 1V 2＝T 1T 2得V 1V 1＋12V 1＝273＋27T 2，则T 2＝450 K Δt ＝450－300＝150(℃)．答案：AB3．一定质量的理想气体被一绝热气缸的活塞封在气缸内，气体的压强为p 0，如果外界突然用力压活塞，使气体的体积缩小为原来的一半，则此时压强的大小为( )A ．p ＜2p 0B ．p ＝2p 0C ．p ＞2p 0D ．各种可能均有，无法判断解析：外界突然用力压活塞，使气体的体积瞬间减小，表明该过程中气体和外界没有热变换，所以气体的内能将会变大，相应气体的温度会升高，若温度不变时，p ＝2p 0，因为温度变高，压强增大，则p ＞2p 0，故选项C 正确．答案：C4．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．p A>p B B．p C<p BC．V A<V B D．T A<T B解析：由VT图象可以看出由A→B是等容过程，T B>T A，故p B>p A，A、C错误，D正确；由B→C为等压过程p B＝p C，故B错误．答案：D5．如图所示的四个图象中，有一个是表示一定质量的某种理想气体从状态a等压膨胀到状态b的过程，这个图象是( )解析：A项中由状态a到状态b为等容变化，A错；B项中由状态a到状态b为等压压缩，B错；C项中由状态a到状态b为等压膨胀，C对；D项中由状态a到状态b，压强增大，体积增大，D错．答案：C6．一水银气压计中混进了空气，因而在27 ℃，外界大气压为758 mmHg时，这个水银气压计的读数为738 mmHg，此时管中水银面距管顶80 mm，当温度降至－3℃时，这个气压计的读数为743 mmHg.求此时的实际大气压值．解析：初状态：p1＝(758－738)mmHg＝20 mmHg，V1＝80S mm3(S是管的横截面积)，T1＝(273＋27)K＝300 K.末状态：p2＝p－743 mmHg，V2＝(738＋80)S mm3－743S mm3＝75S mm3，T2＝273 K＋(－3)K＝270 K.根据理想气体的状态方程p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2得 20×80S 300＝（p －743）×75S270. 解得：p ＝762.2 mmHg. 答案：762.2 mmHg[B 级 提能力]7.如图是一定质量的某种气体的等压线，等压线上的a 、b 两个状态比较，下列说法正确的是( )A ．在相同时间内撞在单位面积上的分子数b 状态较多B ．在相同时间内撞在单位面积上的分子数a 状态较多C ．在相同时间内撞在相同面积上的分子两状态一样多D ．单位体积的分子数两状态一样多解析：b 状态比a 状态体积大，故单位体积分子数b 比a 少，D 错；b 状态比a 状态温度高，其分子平均动能大，而a 、b 压强相等，故相同时间内撞到单位面积上的分子数a 状态较多，B 对，A 、C 均错．答案：B8．(2016·上海卷)如图，粗细均匀的玻璃管A 和B 由一橡皮管连接，一定质量的空气被水银柱封闭在A 管内，初始时两管水银面等高，B 管上方与大气相通．若固定A 管，将B 管沿竖直方向缓慢下移一小段距离H ，A 管内的水银面高度相应变化h ，则( )A ．h ＝HB ．h ＜H2C ．h ＝H 2D.H2＜h ＜H 解析：封闭气体是等温变化，B 管沿竖直方向缓慢下移一小段距离H ，压强变小，故气体体积要增大，但最终平衡时，封闭气体的压强比大气压小，一定是B 侧水银面低，B 侧水银面下降的高度(H －h )大于A 侧水银面下降的高度h ，故有H －h ＞h ，得h ＜H2.答案：B9．(多选)如图所示，一定质量的空气被水银封闭在静置于竖直平面的U 形玻璃管内，右管上端开口且足够长，右管内水银面比左管内水银面高h ，能使h 变大的原因是( )A ．环境温度升高B ．大气压强升高C ．沿管壁向右管内加水银D ．U 形玻璃管自由下落解析：对左管被封气体：p ＝p 0＋p h ，由pV T＝k ，可知当温度T 升高，大气压p 0不变时，h 增加，故A 正确；大气压升高，h 减小，B 错；向右管加水银时，由温度T 不变，p 0不变，V 变小，p 增大，即h 变大，C 正确；U 形管自由下落，水银完全失重，气体体积增加，h 变大，D 正确．答案：ACD10．如图所示，上端开口的圆柱形气缸竖直放置，横截面积为5×10－3m 2，一定质量的气体被质量为 2.0 kg 的光滑活塞封闭在气缸内，其压强为________ Pa(大气压强取1.01×105Pa ，g 取10 m/s 2)．若从初温27 ℃开始加热气体，使活塞离气缸底部的高度由0.50 m 缓慢地变为0.51 m ，则此时气体的温度为________ ℃.解析：p 1＝F S ＝mg S ＝2×105×10－3 Pa ＝0.04×105Pa ，所以p ＝p 1＋p 0＝0.04×105Pa ＋1.01×105Pa ＝1.05×105Pa ，由盖·吕萨克定律得V 1T 1＝V 2T 2，即0.5S 273＋27＝0.51S273＋t，所以t ＝33 ℃.答案：1.05×1053311．如图所示，两端开口的气缸水平固定，A 、B 是两个厚度不计的活塞，可在气缸内无摩擦滑动．面积分别为S 1＝20 cm 2，S 2＝10 cm 2，它们之间用一根细杆连接，B 通过水平细绳绕过光滑的定滑轮与质量为M ＝2 kg 的重物C 连接，静止时气缸中的气体温度T 1＝600 K ，气缸两部分的气柱长均为L ，已知大气压强p 0＝1×105Pa ，g 取10 m/s 2，缸内气体可看作理想气体．(1)活塞静止时，求气缸内气体的压强；(2)若降低气缸内气体的温度，当活塞A 缓慢向右移动12L 时，求气缸内气体的温度．解析：(1)设静止时气缸内气体压强为p 1，活塞受力平衡：p 1S 1＋p 0S 2＝p 0S 1＋p 1S 2＋Mg,代入数据解得压强p 1＝1.2×105Pa.(2)由活塞A 受力平衡可知缸内气体压强没有变化， 初：V 1＝S 1L ＋S 2 L T 1＝600 K 末：V 2＝S 1L 2＋3S 2L2T 2＝？由盖·吕萨克定律得： V 1T 1＝V 2T 2， 代入数据解得：T 2＝500 K. 答案：(1)1.2×105Pa (2)500 K12．(2017·海南卷)一粗细均匀的U 形管ABCD 的A 端封闭，D 端与大气相通，用水银将一定质量的理想气体封闭在U 形管的AB 一侧，并将两端向下竖直放置，如图所示．此时AB 侧的气体柱长度l 1＝25 cm.管中AB 、CD 两侧的水银面高度差h 1＝5 cm.现将U 形管缓慢旋转180°，使A 、D 两端在上，在转动过程中没有水银漏出．已知大气压强p 0＝76 cmHg.求旋转后，AB 、CD 两侧的水银面高度差．解析：对封闭气体研究，初状态时，压强为：p 1＝p 0＋h 1＝76＋5 cmHg ＝81 cmHg ，体积为：V1＝l1S＝25S，设旋转后，气体长度增加Δx，则高度差变为(5－2Δx) cm，此时气体的压强为：p2＝p0－(5－2Δx)＝(71＋2Δx)cmHg，体积为：V2＝(25＋Δx)S，根据玻意耳定律得：p1V1＝p2V2，即：81×25＝(71＋2Δx)(25＋Δx)，解得：Δx＝2 cm，根据几何关系知，AB、CD两侧的水银面高度差为：Δh＝5－2Δx＝1 cm.答案：1 cm。
18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
【审题指导】
解答本题应抓住以下几个关键点：
(1)准确理解VT图象的物理意义． (2)确定图线上的某一段表示的是一定质量的气体由一个平 衡状态转化到另一个平衡状态的过程． (3)判断出A→B过程为等压过程，B→C过程为等容过程．
【解析】
(1)由图甲可以看出，A与B连线的延长线过原点
O，所以A→B是一个等压变化，即pA＝pB. VA VB 根据盖· 吕萨克定律可得： T ＝T ， A B VA 0.4 所以TA＝V · TB＝ ×300 K＝200 K. 0.6 B
【解析】
气体的体积减小时，压强和温度是怎样变化的
并不清楚，不能判断N是必定增加的，A错；同理，温度升高 时，气体的体积和压强怎样变化也不清楚，无法判断N的变 化，B错；当压强不变而体积和温度变化时，存在两种变化的 可能性：一是体积增大时，温度升高，分子的平均动能变大， 即分子对器壁碰撞的力度增大，因压强不变，因此对器壁碰撞 的频繁度降低，就是N减小；二是体积减小时，温度降低，同 理可推知N增大．选项C正确，D错误．
课 标 解 读 1.知道什么是等容变化，知道 查理定律的内容和公式． 2.了解等容变化的pT图线及其 物理意义． 3.知道什么是等压变化，知道 盖· 吕萨克定律的内容和公式． 4.了解等压变化的VT图线及其 物理意义． 5.了解气体实验定律的微观解 释.
重
点
难
点
1.查理定律的内容、数 学表达式及适用条 件．(重点) 2.盖· 吕萨克 定律的内容、数学表达 式及适用条件．(重点) 3.对pT图象和VT图象 的物理意义的理解．( 难点)
图281
2．思考判断 (1)一定质量的气体，做等容变化时，气体的压强跟温度成 正比．(×) (2)一定质量的气体，做等容变化时，温度升高1 ℃，增加 1 的压强是原来压强的 .(×) 273 (3)一定质量的气体，做等容变化时，气体压强的变化量与 温度的变化量成正比．(√)
高中物理第二章《固体、液体和气体》知识梳理
高中物理第二章《固体、液体和气体》知识梳理一、液体的微观结构1.特点液体中的分子跟固体一样是密集在一起的,液体分子的热运动主要表现为在平衡位置附近做微小的振动,但液体分子只在很小的区域内做有规则的排列,这种区域是暂时形成的,边界和大小随时改变,有时瓦解,有时又重新形成,液体由大量这种暂时形成的小区域构成,这种小区域杂乱无章地分布着.联想:非晶体的微观结构跟液体非常相似,可以看作是粘滞性极大的流体,所以严格说来,只有晶体才能叫做真正的固体.2.应用液体的微观结构可解释的现象(1液体表现出各向同性:液体由大量暂时形成的杂乱无章地分布着的小区域构成,所以液体表现出各向同性.(2液体具有一定的体积:液体分子的排列更接近于固体,液体中的分子密集在一起,相互作用力大,主要表现为在平衡位置附近做微小振动,所以液体具有一定的体积.(3液体具有流动性:液体分子能在平衡位置附近做微小的振动,但没有长期固定的平衡位置,液体分子可以在液体中移动,这是液体具有流动性的原因.(4液体的扩散比固体的扩散要快:流体中的扩散现象是由液体分子运动产生的,分子在液体里的移动比在固体中容易得多,所以液体的扩散要比固体的扩散快.二、液体的表面张力1.液体的表面具有收缩趋势缝衣针硬币浮在水面上,用热针刺破铁环上棉线一侧的肥皂膜,另一侧的肥皂膜收缩将棉线拉成弧形.联想:液体表面就像张紧的橡皮膜.2.表面层(1液体跟气体接触的表面存在一个薄层,叫做表面层.(2表面层里的分子要比液体内部稀疏些,分子间距要比液体内部大.在表面层内,分子间的距离大,分子间的相互作用力表现为引力.联想:在液体内部,分子间既存在引力,又存在斥力,引力和斥力的数量级相等,在通常情况下可认为它们是相等的.3.表面张力(1含义:液面各部分间相互吸引的力叫做表面张力.(2产生原因:表面张力是表面层内分子力作用的结果.表面层里分子间的平均距离比液体内部分子间的距离大,于是分子间的引力和斥力比液体内部的分子力和斥力都有所减少,但斥力比引力减小得快,所以在表面层上划一条分界线MN时(图1,两侧的分子在分界线上相互吸引的力将大于相互排斥的力.宏观上表现为分界线两侧的表面层相互拉引,即产生了表面张力.图1(3作用效果:液体的表面张力使液面具有收缩的趋势.如吹出的肥皂泡呈球形,滴在洁净玻璃板上的水银滴呈球形.草叶上的露球、小水银滴要收缩成球形.深化:表面张力使液体表面具有收缩趋势,使液体表面积趋于最小.在体积相等的各种形状的物体中球形体积最小.三、浸润和不浸润1.定义浸润:一种液体会润湿某种固体并附在固体的表面上,这种现象叫做浸润.不浸润:一种液体不会润湿某种固体,也就不会附在这种固体的表面,这种现象叫做不浸润.2.决定液体浸润的因素液体能否浸润固体,取决于两者的性质,而不单纯由液体或固体单方面性质决定,同一种液体,对一些固体是浸润的,对另一些固体是不浸润的,水能浸润玻璃,但不能浸润石蜡,水银不能浸润玻璃,但能浸润锌.误区:不能以偏概全地说“水是浸润液体”,“水银是不浸润液体”.3.浸润和不浸润的微观解释(1附着层:跟固体接触的液体薄层,其特点是:附着层中的分子同时受到固体分子和液体内部分子的吸引.(2解释:当水银与玻璃接触时,附着层中的水银分子受玻璃分子的吸引比内部水银分子弱,结果附着层中的水银分子比水银内部稀硫,这时在附着层中就出现跟表面张力相似的收缩力,使跟玻璃接触的水银表面有缩小的趋势,因而形成不浸润现象.相反,如果受到固体分子的吸引相对较强,附着层里的分子就比液体内部更密,在附着层里就出现液体分子互相排斥的力,这时跟固体接触的表面有扩展的趋势,从而形成浸润现象.总之,浸润和不浸润现象是分子力作用的表现.深化:浸润不浸润取决于固体分子对附着层分子的力和液体分子间力的关系.4.弯月面液体浸润器壁时,附着层里分子的推斥力使附着层有沿器壁延展的趋势,在器壁附近形成凹形面.液体不浸润器壁时,附着层里分子的引力使附着层有收缩的趋势,在器壁附近形成凸形面.如图2所示.图2深化:“浸润凹,不浸凸”.四、毛细现象1.含义浸润液体在细管中上升的现象,以及不浸润液体在细管中下降的现象,称为毛细现象.2.特点(1浸润液体在毛细管里上升后,形成凹月面,不浸润液体在毛细管里下降后形成凸月面.(2毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关,毛细管内径越小,高度差越大.误区:在这里很多同学误认为只有浸润液体才会发生浸润现象.3.毛细现象的解释当毛细管插入浸润液体中时,附着层里的推斥力使附着层沿管壁上升,这部分液体上升引起液面弯曲,呈凹形弯月面使液体表面变大,与此同时由于表面层的表面张力的收缩作用,管内液体也随之上升,直到表面张力向上的拉伸作用与管内升高的液体的重力相等时,达到平衡,液体停止上升,稳定在一定的高度.联想:利用类似的分析,也可以解释不浸润液体的毛细管里下降的现象.五、液晶1.定义有些化合物像液体一样具有流动性,而其光学性质与某些晶体相似,具有各向异性,人们把处于这种状态的物质叫液晶.深化:液晶是一种特殊的物质状态,所处的状态介于固态和液态之间.2.液晶的特点(1分子排列:液晶分子的位置无序使它像液体,排列有序使它像晶体.从某个方向上看液晶的分子排列比较整齐;但是从另一个方向看,液晶分子的排列是杂乱无章的.辨析:组成晶体的物质微粒(分子、原子或离子依照一定的规律在空间有序排列,构成空间点阵,所以表现为各向异性;液体却表现为分子排列无序性和流动性;液晶呢?分子既保持排列有序性,保持各向异性,又可以自由移动,位置无序,因此也保持了流动性.(2液晶物质都具有较大的分子,分子形状通常是棒状分子、碟状分子、平板状分子.3.液晶的物理性质(1液晶具有液体的流动性;(2液晶具有晶体的光学各向异性.液晶的光学性质对外界条件的变化反应敏捷.液晶分子的排列是不稳定的,外界条件和微小变动都会引起液晶分子排列的变化,因而改变液晶的某些性质,例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器表面的差异等,都可以改变液晶的光学性质.如计算器的显示屏,外加电压使液晶由透明状态变为浑浊状态.4.液晶的用途液晶可以用作显示元件,液晶在生物医学、电子工业,航空工业中都有重要应用.联想:液晶可用显示元件:有一种液晶,受外加电压的影响,会由透明状态变成浑浊状态而不再透明,去掉电压,又恢复透明,当输入电信号,加上适当电压,透明的液晶变得浑浊,从而显示出设定的文字或数码.。
高中物理第二章固体液体和气体习题课理想气体状态方程与气体实验定律的应用教学案.doc
习题课 理想气体状态方程与气体实验定律的应用[目标定位] 1.掌握理想气体状态方程，并能利用它分析解决实际问题.2.会巧妙地选择研究对象，使变质量问题转化为一定质量的气体问题.3.理解液柱移动问题的分析方法．一、变质量问题分析变质量问题时，可以通过巧妙选择合适的研究对象，使这类问题转化为定质量的气体问题，从而用气体实验定律或理想气体状态方程解决．以常见的两类问题举例说明： 1．打气问题向球、轮胎中充气是一个典型的气体变质量的问题．只要选择球内原有气体和即将打入的气体作为研究对象，就可以把充气过程中的气体质量变化的问题转化为定质量的气体状态变化问题． 2．抽气问题从容器内抽气的过程中，容器内的气体质量不断减小，这属于变质量问题．分析时，将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，质量不变，故抽气过程可看作是气体膨胀的过程．例1 一只两用活塞气筒的原理如图1所示(打气时如图甲所示，抽气时如图乙所示)，其筒内体积为V 0，现将它与另一只容积为V 的容器相连接，容器内的空气压强为p 0，当分别作为打气筒和抽气筒时，活塞工作n 次后，在上述两种情况下，容器内的气体压强分别为(大气压强为p 0)( )图1A ．np 0，1np 0B.nV 0V p 0，V 0nVp 0C ．(1＋V 0V)np 0，(1＋V 0V)np 0 D ．(1＋nV 0V )p 0，(V V ＋V 0)np 0 答案 D解析 打气时，活塞每推动一次，把体积为V 0，压强为p 0的气体推入容器内，若活塞工作n 次，就是把压强为p 0，体积为nV 0的气体压入容器内，容器内原来有压强为p 0，体积为V 的气体，根据玻意耳定律得：p 0(V ＋nV 0)＝p ′V .所以p ′＝V ＋nV 0V p 0＝(1＋n V 0V)p 0. 抽气时，活塞每拉动一次，把容器中的气体的体积从V 膨胀为V ＋V 0，而容器的气体压强就要减小，活塞推动时，将抽气筒中的V 0气体排出，而再次拉动活塞时，将容器中剩余的气体从V 又膨胀到V ＋V 0，容器内的压强继续减小，根据玻意耳定律得： 第一次抽气p 0V ＝p 1(V ＋V 0)，p 1＝VV ＋V 0p 0.活塞工作n 次，则有：p n ＝(VV ＋V 0)np 0.故正确答案为D.二、液柱移动问题液柱移动问题常使用假设推理法：根据题设条件，假设液柱不动，运用相应的物理规律及有关知识进行严谨的推理，得出正确的答案． 常用推论有两个：(1)查理定律的分比形式：Δp ΔT ＝p T 或Δp ＝ΔTT p .(2)盖·吕萨克定律的分比形式：ΔV ΔT ＝V T 或ΔV ＝ΔTTV .例2 两个容器A 、B ，用截面均匀的水平细玻璃管连通，如图2所示，A 、B 所装气体的温度分别为17 ℃和27 ℃，水银柱在管中央平衡，如果两边温度都升高10 ℃，则水银柱将 ( )图2A ．向右移动B ．向左移动C ．不动D ．条件不足，不能确定答案 A解析 假设水银柱不动，A 、B 气体都做等容变化：由Δp ＝ΔT T p 知Δp ∝1T，因为T A ＜T B ，所以Δp A ＞Δp B ，所以水银柱向右移动．三、理想气体状态方程 1．理想气体的状态方程一定质量的某种理想气体，由初状态(p 1、V 1、T 1)变化到末状态(p 2、V 2、T 2)时，各量满足：p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2. 2．气体的三个实验定律是理想气体状态方程的特例 (1)当T 1＝T 2时，p 1V 1＝p 2V 2(玻意耳定律)． (2)当V 1＝V 2时，p 1T 1＝p 2T 2(查理定律)． (3)当p 1＝p 2时，V 1T 1＝V 2T 2(盖·吕萨克定律)． 3．应用理想气体状态方程解题的一般思路(1)确定研究对象(某一部分气体)，明确气体所处系统的力学状态(是否具有加速度)． (2)弄清气体状态的变化过程．(3)确定气体的初、末状态及其状态参量，并注意单位的统一． (4)根据题意，选用适当的气体状态方程求解． (5)分析讨论所得结果的合理性及其物理意义．例3 如图3所示，粗细均匀一端封闭一端开口的U 形玻璃管，当t 1＝31 ℃，大气压强p 0＝76 cmHg 时，两管水银面相平，这时左管被封闭的气柱长L 1＝8 cm ，则当温度t 2是多少时，左管气柱L 2为9 cm?图3答案 78 ℃解析 初状态：p 1＝p 0＝76 cmHg ，V 1＝L 1·S ＝8 cm·S ，T 1＝304 K ；末状态：p 2＝p 0＋2 cmHg ＝78 cmHg ，V 2＝L 2·S ＝9 cm·S ，T 2＝？根据理想气体状态方程p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2代入数据得：76 cmHg×8 cm·S 304 K ＝78 cmHg×9 cm·ST 2解得：T 2＝351 K ，则t 2＝(351－273) ℃＝78 ℃.例4 如图4甲所示,一导热性能良好、内壁光滑的气缸水平放置，横截面积为S ＝2×10－3m 2、质量为m ＝4 kg 、厚度不计的活塞与气缸底部之间封闭了一部分理想气体，此时活塞与气缸底部之间的距离为24 cm ，在活塞的右侧12 cm 处有一对与气缸固定连接的卡环，气体的温度为300 K ，大气压强p 0＝1.0×105Pa.现将气缸竖直放置，如图乙所示，取g ＝10 m/s 2.求：图4(1)活塞与气缸底部之间的距离； (2)加热到675 K 时封闭气体的压强． 答案 (1)20 cm (2)1.5×105Pa 解析 (1)p 1＝p 0＝1×105PaT 1＝300 K ，V 1＝24 cm×S p 2＝p 0＋mgS ＝1.2×105 PaT 1＝T 2，V 2＝HS由p 1V 1＝p 2V 2 解得H ＝20 cm.(2)假设活塞能到达卡环处，则T 3＝675 K ，V 3＝36 cm×S由p 2V 2T 2＝p 3V 3T 3得p 3＝1.5×105Pa>p 2＝1.2×105Pa所以活塞到达卡环处，气体压强为1.5×105Pa.1．(变质量问题)某种喷雾器的贮液筒的总容积为7.5 L ，如图5所示，装入6 L 的药液后再用密封盖将贮液筒密封，与贮液筒相连的活塞式打气筒每次能压入300 cm 3、1 atm 的空气，设整个过程温度保持不变，求：(1)要使贮液筒中空气的压强达到4 atm ，打气筒应打压几次？(2)在贮液筒中空气的压强达到4 atm 时，打开喷嘴使其喷雾，直到内外气体压强相等，这时筒内还剩多少药液？图5答案 (1)15 (2)1.5 L解析 (1)设每打一次气，贮液筒内增加的压强为p由玻意耳定律得：1 atm×300 cm 3＝1.5×103cm 3×p ，p ＝0.2 atm 需打气次数n ＝4－10.2＝15(2)设停止喷雾时贮液筒内气体体积为V 由玻意耳定律得：4 atm×1.5 L＝1 atm ×VV ＝6 L故还剩药液7.5 L －6 L ＝1.5 L.2．(液柱移动问题)如图6所示，两端封闭、粗细均匀、竖直放置的玻璃管内，有一长为h 的水银柱，将管内气体分为两部分．已知l 2＝2l 1.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？(原来温度相同)图6答案 向上移动 解析 (1)假设法假设升温后水银柱不动，两部分气体都做等容变化，分别对两部分气体应用查理定律： 上段：p 2T 2＝p 2′T 2′，所以p 2′＝T 2′T 2p 2.Δp 2＝p 2′－p 2＝⎝⎛⎭⎪⎫T 2′T 2－1p 2＝ΔT 2T 2p 2.同理，下段：Δp 1＝ΔT 1T 1p 1.又因为ΔT 2＝ΔT 1，T 1＝T 2，p 1＝p 2＋h cmHg ＞p 2， 所以Δp 1＞Δp 2，即水银柱向上移动．(2)图象法在同一p －T 图象上画出两段气柱的等容线，如图所示．因在温度相同时，p 1＞p 2，得气柱l 1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Δp 1＞Δp 2，所以水银柱向上移动．3．(理想气体状态方程)钢筒内装有3 kg 气体，温度是－23 ℃，压强为4 atm ，如果用掉1 kg 后温度升高到27 ℃，求筒内气体压强． 答案 3.2 atm解析 将筒内气体看作理想气体，以2 kg 气体为研究对象，设钢筒的容积为V ， 初状态：p 1＝4 atm ，V 1＝2V3，T 1＝250 K ，末状态：V 2＝V ，T 2＝300 K ， 由理想气体状态方程得：p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2， 筒内压强：p 2＝p 1V 1T 2V 2T 1＝4×23×300250atm ＝3.2 atm.4．(理想气体状态方程的综合应用)如图7所示，一气缸竖直放置，横截面积S ＝50 cm 2、质量m ＝10 kg 的活塞将一定质量的气体封闭在缸内，气体柱长h 0＝15 cm ，活塞用销子销住，缸内气体的压强p 1＝2.4×105Pa ，温度177 ℃.现拔去活塞销s (不漏气)，不计活塞与气缸壁的摩擦．当活塞速度达到最大时，缸内气体的温度为57 ℃，外界大气压为1.0×105Pa.求：此时气体柱的长度h .图7答案 22 cm解析 当活塞速度达到最大时，活塞受力平衡p 2＝p 0＋mg S ＝(1.0×105＋10×1050×10－4) Pa ＝1.2×105Pa根据理想气体状态方程：p 1V 1T 1＝p 2V 2T 22.4×105×15177＋273＝1.2×105×h57＋273解得h ＝22 cm.题组一 变质量问题1．空气压缩机的储气罐中储有1.0 atm 的空气6.0 L ，现再充入1.0 atm 的空气9.0 L ．设充气过程为等温过程，则充气后储气罐中气体压强为( ) A ．2.5 atm B ．2.0 atm C ．1.5 atm D ．1.0 atm答案 A解析 初状态：p 1＝1.0 atm ，V 1＝(6.0＋9.0) L ＝15.0 L 末状态：p 2，V 2＝6.0 L 根据玻意耳定律p 1V 1＝p 2V 2得p 2＝p 1V 1V 2，代入数据得p 2＝2.5 atm ，故A 项正确，B 、C 、D 项均错．2．某自行车轮胎的容积为V ，里面已有压强为p 0的空气，现在要使轮胎内的气压增大到p ，设充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，轮胎容积保持不变，则还要向轮胎充入温度相同、压强也是p 0的空气的体积为( ) A.p 0pV B.p p 0V C ．(p p 0－1)V D ．(p p 0＋1)V答案 C解析 取充入空气后的轮胎内的空气为研究对象，设充入空气的体积为V ′，则初态p 1＝p 0，V 1＝V ＋V ′；末态p 2＝p ，V 2＝V ，由玻意耳定律可得：p 0(V ＋V ′)＝pV ， 解得：V ′＝(pp 0－1)V ，故选项C 正确．3．容积为20 L 的钢瓶内，贮有压强为1.5×107Pa 的氧气．打开钢瓶的阀门，将氧气分装到容积为5 L 的氧气袋中(袋都是真空的)，充气后的钢瓶和氧气袋中氧气的压强都是1.0×106Pa ，设充气过程不漏气，环境温度不变，则这瓶氧气最多可分装 ( ) A ．60袋B ．56袋C ．50袋D ．40袋答案 B解析 设可分装n 袋，取全部气体研究，据玻意耳定律有：p 1V ＝p 2V ＋np 2V 0 1．5×107Pa×20 L＝1.0×106Pa×20 L＋n ×1.0×106Pa×5 L， 解得n ＝56，B 选项正确．4．用打气筒将压强为1 atm 的空气打进自行车胎内，如果打气筒容积ΔV ＝500 cm 3，轮胎容积V ＝3 L ，原来压强p ＝1.5 atm.现要使轮胎内压强变为p ′＝4 atm ，问用这个打气筒要打气几次(设打气过程中空气的温度不变)( ) A ．5次 B ．10次 C ．15次 D ．20次答案 C解析 因为温度不变，可应用玻意耳定律的分态气态方程求解．pV ＋np 1ΔV ＝p ′V ，代入数据得1．5 atm×3 L＋n ×1 atm×0.5 L＝4 atm×3 L，解得n ＝15. 题组二 液柱移动问题5.两端封闭、内径均匀的直玻璃管水平放置，如图1所示．V 左<V 右，温度均为20 ℃，现将右端空气柱温度降为0 ℃，左端空气柱温度降为10 ℃，则管中水银柱将( )图1A ．不动B ．向左移动C ．向右移动D ．无法确定是否移动答案 C解析 设降温后水银柱不动，则两段空气柱均为等容变化，初始状态左右压强相等，即p 左＝p 右＝p对左端空气柱Δp 左ΔT 左＝p 左T 左，则Δp 左＝ΔT 左T 左p 左＝10293p同理右端空气柱Δp 右＝20293p所以Δp 右>Δp 左，即右侧压强降低得比左侧多，故水银柱向右移动，选项C 正确． 6.如图2所示，玻璃管内封闭了一段气体，气柱长度为l ，管内外水银面高度差为h ，若温度保持不变，把玻璃管稍向上提起一段距离，则 ( )图2A ．h 、l 均变大B ．h 、l 均变小C ．h 变大，l 变小D ．h 变小，l 变大 答案 A题组三 理想气体状态方程7．一定质量的理想气体，在某一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p 1、V 1、T 1，在另一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p 2、V 2、T 2，下列关系正确的是( ) A ．p 1＝p 2，V 1＝2V 2，T 1＝12T 2B ．p 1＝p 2，V 1＝12V 2，T 1＝2T 2C ．p 1＝2p 2，V 1＝2V 2，T 1＝2T 2D ．p 1＝2p 2，V 1＝V 2，T 1＝2T 2 答案 D解析 由理想气体状态方程p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2可判断，只有D 项正确． 8．(多选)一定质量的理想气体，初始状态为p 、V 、T .经过一系列状态变化后，压强仍为p ，则下列过程中可以实现的是( ) A ．先等温膨胀，再等容降温 B ．先等温压缩，再等容降温 C ．先等容升温，再等温压缩 D ．先等容降温，再等温压缩 答案 BD解析 质量一定的理想气体状态无论怎样变化，其pV /T 的值都不改变．A 项中，T 不变，V 增大，则压强p 减小；之后V 不变，T 降低，则压强p 减小；压强降了再降，不可能回到初态压强，A 项不可能实现．B 项中，T 不变，V 减小，则压强p 增大；之后V 不变，T 降低，则压强p 减小；压强先增后减，可能会回到初态压强，即B 项正确．C 项中，V 不变，T 升高，则压强p 增大；之后T 不变，V 减小，则压强p 增大；压强增了再增，末态压强必大于初态压强，C 项不可能实现．D 项中，V 不变，T 降低，则p 减小；之后T 不变，V 减小，则压强p 增大；压强先减后增，末态压强可能等于初态压强，D 项正确．9.一定质量的理想气体，经历了如图3所示的状态变化1→2→3过程，则三个状态的温度之比是( )图3A ．1∶3∶5B ．3∶6∶5C ．3∶2∶1D ．5∶6∶3 答案 B解析 由pV T＝C 得T 1∶T 2∶T 3＝3∶6∶5，故选项B 正确．10．一定质量的理想气体由状态A 变为状态D ，其有关数据如图4甲所示，若气体在状态D 的压强是2×104Pa.图4(1)求状态A 的压强；(2)请在乙图中画出该状态变化过程的p －T 图象，并分别标出A 、B 、C 、D 各个状态． 答案 (1)4×104Pa (2)见解析 解析 (1)根据理想气体状态方程：p A V A T A ＝p D V DT D则p A ＝p D V D T A V A T D ＝2×104×4×2×1021×4×102Pa ＝4×104 Pa. (2)A →B 是等容变化 由查理定律p A T A ＝p BT B得p B ＝T B T A p A ＝8×1022×102×4×104 Pa ＝1.6×105PaB →C 是等温变化由玻意耳定律p B V B ＝p C V C 得p C ＝p B V B V C ＝1.6×105×14Pa ＝4×104 Pa C →D 是等容变化p D ＝2×104 Pa T D ＝4×102 Kp －T 图象及A 、B 、C 、D 各个状态如图所示．题组四 理想气体状态方程的综合应用11.如图5所示，竖直放置在水平面上的气缸，其缸体质量M ＝10 kg ，活塞质量m ＝5 kg ，横截面积S ＝2×10－3 m 2，活塞上部的气缸里封闭一部分理想气体，下部有气孔a 与外界相通，大气压强p 0＝1.0×105 Pa ，活塞的下端与劲度系数k ＝2×103 N/m 的弹簧相连．当气缸内气体温度为127 ℃时，弹簧的弹力恰好为零，此时缸内气柱长为L ＝20 cm.求当缸内气体温度升高到多少时，气缸对地面的压力为零．(g 取10 m/s 2，活塞不漏气且与气缸壁无摩擦)图5答案 827 ℃解析 缸内气体初态：V 1＝LS ＝20S ，p 1＝p 0－mg S＝7.5×104 Pa ， T 1＝(273＋127) K ＝400 K.末态：p 2＝p 0＋Mg S ＝1.5×105 Pa.气缸和活塞整体受力平衡：kx ＝(m ＋M )g ，则x ＝(m ＋M )g k＝0.075 m ＝7.5 cm. 缸内气体体积V 2＝(L ＋x )S ＝27.5S ，对缸内气体根据理想气体状态方程有p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2，即7.5×104 Pa×20S 400 K ＝1.5×105Pa×27.5S T 2， 解得：T 2＝1 100 K ，即t ＝827 ℃12．如图6甲所示，水平放置的气缸内壁光滑，活塞厚度不计，在A 、B 两处设有限制装置，使活塞只能在A 、B 之间运动，B 左面气缸的容积为V 0，A 、B 之间的容积为0.1V 0.开始时活塞在B 处，缸内气体的压强为0.9p 0(p 0为大气压强)，温度为297 K ，现缓慢加热气缸内的气体，直至达到399.3 K ．求：甲 乙图6(1)活塞刚离开B 处时的温度T B ；(2)缸内气体最后的压强p ；(3)在图乙中画出整个过程的p －V 图象．答案 (1)330 K (2)1.1p 0 (3)见解析图 解析 (1)气缸内的气体初态时p 1＝0.9p 0，V 1＝V 0，T 1＝297 K ．当活塞刚离开B 处时，气体的状态参量p 2＝p 0，V 2＝V 0，T 2＝T B .根据p 1T 1＝p 2T 2，得0.9p 0297＝p 0T B，所以T B ＝330 K. (2)随着温度不断升高，活塞最后停在A 处，此时气体的状态参量p 4＝p ，V 4＝1.1V 0，T 4＝399.3 K ．根据p 1V 1T 1＝p 4V 4T 4，得0.9p 0V 0297＝1.1pV 0399.3，解得p ＝1.1p 0. (3)随着温度的升高，当活塞恰好停在A 处时，气体的状态参量p 3＝p 0，V 3＝1.1V 0，T 3＝T A ，由p 1V 1T 1＝p 3V 3T 3得0.9p 0V 0297＝1.1p 0V 0T A，解得T A ＝363 K ．综上可知，气体在温度由297 K 升高到330 K 过程中，气体做等容变化；由330 K 升高到363 K 过程中，气体做等压变化；由363 K 升高到399.3 K 过程中，气体做等容变化．故整个过程的p －V 图象如图所示．。
高中物理第二章《固体、液体和气体》知识梳理
⾼中物理第⼆章《固体、液体和⽓体》知识梳理⾼中物理第⼆章《固体、液体和⽓体》知识梳理⼀、液体的微观结构1.特点液体中的分⼦跟固体⼀样是密集在⼀起的,液体分⼦的热运动主要表现为在平衡位置附近做微⼩的振动,但液体分⼦只在很⼩的区域内做有规则的排列,这种区域是暂时形成的,边界和⼤⼩随时改变,有时⽡解,有时⼜重新形成,液体由⼤量这种暂时形成的⼩区域构成,这种⼩区域杂乱⽆章地分布着.联想:⾮晶体的微观结构跟液体⾮常相似,可以看作是粘滞性极⼤的流体,所以严格说来,只有晶体才能叫做真正的固体.2.应⽤液体的微观结构可解释的现象(1液体表现出各向同性:液体由⼤量暂时形成的杂乱⽆章地分布着的⼩区域构成,所以液体表现出各向同性.(2液体具有⼀定的体积:液体分⼦的排列更接近于固体,液体中的分⼦密集在⼀起,相互作⽤⼒⼤,主要表现为在平衡位置附近做微⼩振动,所以液体具有⼀定的体积.(3液体具有流动性:液体分⼦能在平衡位置附近做微⼩的振动,但没有长期固定的平衡位置,液体分⼦可以在液体中移动,这是液体具有流动性的原因.(4液体的扩散⽐固体的扩散要快:流体中的扩散现象是由液体分⼦运动产⽣的,分⼦在液体⾥的移动⽐在固体中容易得多,所以液体的扩散要⽐固体的扩散快.⼆、液体的表⾯张⼒1.液体的表⾯具有收缩趋势缝⾐针硬币浮在⽔⾯上,⽤热针刺破铁环上棉线⼀侧的肥皂膜,另⼀侧的肥皂膜收缩将棉线拉成弧形.联想:液体表⾯就像张紧的橡⽪膜.2.表⾯层(1液体跟⽓体接触的表⾯存在⼀个薄层,叫做表⾯层.(2表⾯层⾥的分⼦要⽐液体内部稀疏些,分⼦间距要⽐液体内部⼤.在表⾯层内,分⼦间的距离⼤,分⼦间的相互作⽤⼒表现为引⼒.联想:在液体内部,分⼦间既存在引⼒,⼜存在斥⼒,引⼒和斥⼒的数量级相等,在通常情况下可认为它们是相等的.3.表⾯张⼒(1含义:液⾯各部分间相互吸引的⼒叫做表⾯张⼒.(2产⽣原因:表⾯张⼒是表⾯层内分⼦⼒作⽤的结果.表⾯层⾥分⼦间的平均距离⽐液体内部分⼦间的距离⼤,于是分⼦间的引⼒和斥⼒⽐液体内部的分⼦⼒和斥⼒都有所减少,但斥⼒⽐引⼒减⼩得快,所以在表⾯层上划⼀条分界线MN时(图1,两侧的分⼦在分界线上相互吸引的⼒将⼤于相互排斥的⼒.宏观上表现为分界线两侧的表⾯层相互拉引,即产⽣了表⾯张⼒.图1(3作⽤效果:液体的表⾯张⼒使液⾯具有收缩的趋势.如吹出的肥皂泡呈球形,滴在洁净玻璃板上的⽔银滴呈球形.草叶上的露球、⼩⽔银滴要收缩成球形.深化:表⾯张⼒使液体表⾯具有收缩趋势,使液体表⾯积趋于最⼩.在体积相等的各种形状的物体中球形体积最⼩.三、浸润和不浸润1.定义浸润:⼀种液体会润湿某种固体并附在固体的表⾯上,这种现象叫做浸润.不浸润:⼀种液体不会润湿某种固体,也就不会附在这种固体的表⾯,这种现象叫做不浸润.2.决定液体浸润的因素液体能否浸润固体,取决于两者的性质,⽽不单纯由液体或固体单⽅⾯性质决定,同⼀种液体,对⼀些固体是浸润的,对另⼀些固体是不浸润的,⽔能浸润玻璃,但不能浸润⽯蜡,⽔银不能浸润玻璃,但能浸润锌.误区:不能以偏概全地说“⽔是浸润液体”,“⽔银是不浸润液体”.3.浸润和不浸润的微观解释(1附着层:跟固体接触的液体薄层,其特点是:附着层中的分⼦同时受到固体分⼦和液体内部分⼦的吸引.(2解释:当⽔银与玻璃接触时,附着层中的⽔银分⼦受玻璃分⼦的吸引⽐内部⽔银分⼦弱,结果附着层中的⽔银分⼦⽐⽔银内部稀硫,这时在附着层中就出现跟表⾯张⼒相似的收缩⼒,使跟玻璃接触的⽔银表⾯有缩⼩的趋势,因⽽形成不浸润现象.相反,如果受到固体分⼦的吸引相对较强,附着层⾥的分⼦就⽐液体内部更密,在附着层⾥就出现液体分⼦互相排斥的⼒,这时跟固体接触的表⾯有扩展的趋势,从⽽形成浸润现象.总之,浸润和不浸润现象是分⼦⼒作⽤的表现.深化:浸润不浸润取决于固体分⼦对附着层分⼦的⼒和液体分⼦间⼒的关系.4.弯⽉⾯液体浸润器壁时,附着层⾥分⼦的推斥⼒使附着层有沿器壁延展的趋势,在器壁附近形成凹形⾯.液体不浸润器壁时,附着层⾥分⼦的引⼒使附着层有收缩的趋势,在器壁附近形成凸形⾯.如图2所⽰.图2深化:“浸润凹,不浸凸”.四、⽑细现象1.含义浸润液体在细管中上升的现象,以及不浸润液体在细管中下降的现象,称为⽑细现象.2.特点(1浸润液体在⽑细管⾥上升后,形成凹⽉⾯,不浸润液体在⽑细管⾥下降后形成凸⽉⾯.(2⽑细管内外液⾯的⾼度差与⽑细管的内径有关,⽑细管内径越⼩,⾼度差越⼤.误区:在这⾥很多同学误认为只有浸润液体才会发⽣浸润现象.3.⽑细现象的解释当⽑细管插⼊浸润液体中时,附着层⾥的推斥⼒使附着层沿管壁上升,这部分液体上升引起液⾯弯曲,呈凹形弯⽉⾯使液体表⾯变⼤,与此同时由于表⾯层的表⾯张⼒的收缩作⽤,管内液体也随之上升,直到表⾯张⼒向上的拉伸作⽤与管内升⾼的液体的重⼒相等时,达到平衡,液体停⽌上升,稳定在⼀定的⾼度.联想:利⽤类似的分析,也可以解释不浸润液体的⽑细管⾥下降的现象.五、液晶1.定义有些化合物像液体⼀样具有流动性,⽽其光学性质与某些晶体相似,具有各向异性,⼈们把处于这种状态的物质叫液晶.深化:液晶是⼀种特殊的物质状态,所处的状态介于固态和液态之间.2.液晶的特点(1分⼦排列:液晶分⼦的位置⽆序使它像液体,排列有序使它像晶体.从某个⽅向上看液晶的分⼦排列⽐较整齐;但是从另⼀个⽅向看,液晶分⼦的排列是杂乱⽆章的.辨析:组成晶体的物质微粒(分⼦、原⼦或离⼦依照⼀定的规律在空间有序排列,构成空间点阵,所以表现为各向异性;液体却表现为分⼦排列⽆序性和流动性;液晶呢?分⼦既保持排列有序性,保持各向异性,⼜可以⾃由移动,位置⽆序,因此也保持了流动性.(2液晶物质都具有较⼤的分⼦,分⼦形状通常是棒状分⼦、碟状分⼦、平板状分⼦.3.液晶的物理性质(1液晶具有液体的流动性;(2液晶具有晶体的光学各向异性.液晶的光学性质对外界条件的变化反应敏捷.液晶分⼦的排列是不稳定的,外界条件和微⼩变动都会引起液晶分⼦排列的变化,因⽽改变液晶的某些性质,例如温度、压⼒、摩擦、电磁作⽤、容器表⾯的差异等,都可以改变液晶的光学性质.如计算器的显⽰屏,外加电压使液晶由透明状态变为浑浊状态.4.液晶的⽤途液晶可以⽤作显⽰元件,液晶在⽣物医学、电⼦⼯业,航空⼯业中都有重要应⽤.联想:液晶可⽤显⽰元件:有⼀种液晶,受外加电压的影响,会由透明状态变成浑浊状态⽽不再透明,去掉电压,⼜恢复透明,当输⼊电信号,加上适当电压,透明的液晶变得浑浊,从⽽显⽰出设定的⽂字或数码.。
高中物理固体液体气体的实验定律知识点总结课件新人教版选修-精品.ppt
• 四、气体
• 1．气体的三个状态参量：________、______、________.
• 2．气体的实验定律
• (1)玻意耳定律
• ①公式：PV＝恒量，或________．
• ②微观解释：一定质量的理想气体，分子的总数是一定的， 在温度保持不变时，分子的平均动能保持不变，气体的体 积减小到原来的几分之一，气体的密度就增大到原来的几 倍，因此压强就增大到原来的几倍，反之亦然，所以气体 的压强与体积成反比．
实际气体在________不太大(与________相比)、 ________不太低(与________相比)的情况下，可视为理想 气体． • ②理想气体无________，其内能仅由________和气体的 ________来决定．
③状态方程：pTV＝恒量，或pT1V1 1＝pT2V2 2.
• 答案： • 一、1.晶体 非晶体 有 没有 2.(2)有规则 不
(3)盖·吕萨克定律
①公式：VT＝恒量，或VT11＝VT22.
• ②微观解释：一定质量的理想气体，当温度 升高时，气体分子的平均动能增加；要保持 压强不变，必须减小单位体积内的分子个数， 即增大气体的体积．
• (4)理想气体状态方程 • ①理想气体：任何条件下始终遵守气体________的气体，
对器壁频繁持续的碰撞产生的．压强数值上等于大 量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．
• (2)明确气体压强的决定因素 • 气体分子密集程度与平均动能．
• 4．气体实验定律的微观解释
• (1)一定质量的气体，分子的总数是一定的，在温度 保持不变时，分子的平均动能保持不变，气体的体 积减小到原来的几分之一，气体的密集程度就增大 到原来的几倍，因此压强就增大到原来的几倍，反 之亦然，所以气体压强与体积成反比，这就是玻意 耳定律．
液体固体气体实验报告
一、实验目的1. 了解液体、固体、气体的基本性质；2. 掌握不同物质间相互作用的规律；3. 提高实验操作技能和数据处理能力。
二、实验原理1. 液体：液体具有流动性、可压缩性，具有一定的体积和重量，密度受温度、压力影响；2. 固体：固体具有一定的形状和体积，不易压缩，具有一定的重量和密度；3. 气体：气体具有流动性、可压缩性，没有固定的形状和体积，在一定条件下可被压缩和膨胀。
三、实验器材1. 液体：水、酒精、盐水；2. 固体：铁块、塑料块、石块；3. 气体：二氧化碳、氢气；4. 量筒、天平、滴管、烧杯、玻璃棒、试管、酒精灯、试管夹、胶头滴管等。
四、实验步骤1. 液体实验（1）观察水的性质：取适量水置于烧杯中，观察其流动性、透明度、颜色等；（2）观察酒精的性质：取适量酒精置于烧杯中，观察其流动性、透明度、颜色、挥发性等；（3）观察盐水的性质：取适量盐水置于烧杯中，观察其流动性、透明度、颜色、咸味等。
2. 固体实验（1）观察铁块的性质：取铁块置于天平上，称量其重量，观察其硬度、韧性、导电性等；（2）观察塑料块的性质：取塑料块置于天平上，称量其重量，观察其硬度、韧性、绝缘性等；（3）观察石块的性质：取石块置于天平上，称量其重量，观察其硬度、韧性、稳定性等。
3. 气体实验（1）观察二氧化碳的性质：取二氧化碳气体置于试管中，观察其流动性、无色、无味、密度大于空气等；（2）观察氢气的性质：取氢气气体置于试管中，观察其流动性、无色、无味、密度小于空气等。
五、实验结果与分析1. 液体实验结果与分析（1）水：具有流动性、透明度、无色、无味等性质；（2）酒精：具有流动性、透明度、无色、无味、挥发性等性质；（3）盐水：具有流动性、透明度、无色、咸味等性质。
2. 固体实验结果与分析（1）铁块：具有重量、硬度、韧性、导电性等性质；（2）塑料块：具有重量、硬度、韧性、绝缘性等性质；（3）石块：具有重量、硬度、韧性、稳定性等性质。
【小初高学习]2017-2018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
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第8节 气体实验定律（Ⅱ）1．一定质量的气体，在体积不变时，温度每升高1 ℃它的压强变化量( )A ．相同B ．随温度升高逐渐变大C ．随温度升高逐渐变小D ．无法判断【解析】 根据查理定律p 1T 1＝p 2T 2得 Δp ΔT ＝p 0T 0 故Δp ＝p 0T 0ΔT . ΔT ＝1 K Δp ＝p 0T 0为定值．A 项正确． 【答案】 A2．一定质量气体在状态变化前后对应图289中A 、B 两点，则与A 、B 两状态所对应的分别等于V A 、V B 的大小关系是( )图289A ．V A ＝VB B ．V A >V BC ．V A <V BD ．无法确定【解析】 可通过A 、B 两点分别与原点O 相连，得到两条等容线，线上各点所对应的气体体积分别等于V A 、V B ，由于P A 对应的等容线的斜率大，表示它的体积小．C 对．【答案】 C3．(双选)下列各图中，p 表示压强，V 表示体积，T 表示热力学温度，t 表示摄氏温度，各图中正确描述一定质量气体等压变化规律的是( )【解析】 图A 中压强保持不变，故是等压变化过程．据一定质量气体理想状态方程pT V＝恒量C ，在V T 图象中等压线是一条过原点的直线，C 对．图B 中随着V 增大，p 减小；图D 中随着t 增大，p 增大．正确答案为A 、C.【答案】 AC4．一定质量的气体做等压变化时，其V T 图象如图2810所示，若保持气体质量不变，而改变气体的压强，再让气体做等压变化，则其等压线与原来相比，下列不可能正确的是( )图2810A ．等压线与V 轴之间夹角变小B ．等压线与V 轴之间夹角变大C ．等压线与t 轴交点的位置不变D ．等压线与t 轴交点的位置一定改变【解析】 对于一定质量的等压线，其V t 图象的延长线一定要经过t 轴上－273 ℃的点，故C 正确；由于题目中没有给定压强p 的变化情况，因此A 、B 都有可能．【答案】 D5．注射器中封闭着一定质量的气体，现在缓慢压下活塞，下列物理量不发生变化的是( )A ．气体的压强B ．气体分子的平均速率C ．单位体积内的分子数D ．气体的密度【解析】 缓慢压下活塞意味着密闭气体是等温压缩，故分子的平均速率及分子的平均动能不变，气体的总质量不变，体积减小，单位体积内的分子数和气体的密度都增加，由气体压强的微观意义可知，注射器中密闭气体的压强增大．故选B.【答案】 B6．如图2811所示为伽利略设计的一种测温装置示意图，玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通，下端插入水中，玻璃泡中封闭有一定量的空气．若玻璃管内水柱上升，则外界大气的变化可能是( )图2811A ．温度降低，压强增大B ．温度升高，压强不变C ．温度升高，压强减小D ．温度不变，压强减小【解析】 对被封闭的气体研究，当水柱上升时，封闭气体的体积V 减小，结合理想气体的状态方程pV T＝C 得，当外界大气压强P 0不变时，封闭气体的压强p 减小，则温度T 一定降低；当外界大气压强p 0减小时，封闭气体的压强p 减小，则温度T 一定降低；当外界大气压强p 0增大时，封闭气体的压强p 存在可能增大、可能不变、可能减小三种情况．当封闭气体的压强p 增大时，温度T 可能升高、不变或降低，封闭气体的压强p 不变时，温度一定降低，封闭气体的压强p 减小时，温度一定降低．故只有选项A 可能．【答案】 A7．(双选)如图所示，四个两端封闭、粗细均匀的玻璃管内的空气被一段水银柱隔开，按图中标明的条件，当玻璃管水平放置时，水银柱处于静止状态．如果管内两端的空气都升高相同的温度，则水银柱向左移动的是( )【解析】 假设升温后，水银柱不动，则压强要增加，由查理定律有，压强的增加量Δp ＝p ΔT T ，而各管原来p 相同，所以Δp ∝1T，即T 高，Δp 小，也就可以确定水银柱应向温度高的方向移动，故C 、D 项正确．【答案】 CD8．(双选)一定质量的理想气体，现要使它的压强经过状态变化后回到初始状态的压强，那么下列过程可以实现的是( )A ．先将气体等温膨胀，再将气体等容降温B ．先将气体等温压缩，再将气体等容升温C ．先将气体等容升温，再将气体等温膨胀D ．先将气体等容降温，再将气体等温压缩【解析】 等温膨胀时压强减小，等容降温压强也减小，故A 错误．等温压缩压强增大，等容升温压强增大，故B 错误．等容升温压强增大，等温膨胀压强减小，故C 正确．等容降温压强减小，等温压缩压强增大，故D 正确．【答案】 CD9．汽缸中有一定质量的理想气体，从a 状态开始，在等容条件下增大气体压强到达b 状态；再在等温条件下增大体积到达c 状态；最后在等压条件下减小体积回到a 状态，选项中能正确描述上述过程的是( )【解析】 在p V 图象中，等温变化曲线是双曲线，由此可知只有B 项正确． 【答案】 B10．如图2812所示为一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V 0，开始时内部封闭气体的压强为p 0，经过太阳曝晒，气体温度由T 0＝300 K 升至T 1＝350 K.图2812(1)求此时气体的压强．(2)保持T 1＝350 K 不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p 0，求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值．【解析】 (1)设升温后气体的压强为p 1， 由查理定律得p 0T 0＝p 1T 1① 代入数据得p 1＝76p 0②(2)抽气过程可视为等温膨胀过程，设膨胀后的总体积为V ，由玻意耳定律得p 1V 0＝p 0V ③联立②③式解得V ＝76V 0④设剩余气体的质量与原来气体的总质量之比为K ，由题意得K ＝V 0V⑤ 联立④⑤式解得K ＝67⑥【答案】 (1)76p 0 (2)6711．用易拉罐盛装碳酸饮料非常卫生和方便，但如果剧烈碰撞或受热会导致爆炸．我们通常用的可乐易拉罐容积V ＝355 mL.假设在室温(17 ℃)罐内装有0.9 V 的饮料，剩余空间充满CO 2气体，气体压强为1 atm.若易拉罐承受的压强为1.2 atm ，则保存温度不能超过多少？【解析】 取CO 2气体为研究对象，则： 初态：p 1＝1 atm ，T 1＝(273＋17)K ＝290 K 末态：p 2＝1.2 atm ，T 2＝？气体发生等容变化，由查理定律p 2p 1＝T 2T 1得：T 2＝p 2p 1T 1＝1.2×2901 K ＝348 Kt ＝(348－273)℃＝75 ℃.【答案】 75 ℃12．容积为2 L 的烧瓶，在压强为1.0×105Pa 时，用塞子塞住瓶口，此时温度为27 ℃，当把它加热到127 ℃时，塞子被弹开了，稍过一会儿，重新把塞子塞好，停止加热并使它逐渐降温到27 ℃，求：(1)塞子弹开前的最大压强； (2)27 ℃时剩余空气的压强．【解析】 塞子弹开前，瓶内气体的状态变化为等容变化．塞子打开后，瓶内有部分气体会逸出，此后应选择瓶中剩余气体为研究对象，再利用查理定律求解．(1)塞子打开前，选瓶中气体为研究对象： 初态：p 1＝1.0×105Pa ，T 1＝(273＋27)K ＝300 K 末态：p 2＝？T 2＝(273＋127) K ＝400 K由查理定律可得p 2＝T 2p 1T 1＝400×1.0×105300Pa≈1.33×105Pa.(2)塞子塞紧后，选瓶中剩余气体为研究对象：初态：p 1′＝1.0×105Pa ，T 1′＝400 K 末态：p 2′＝？T 2′＝300 K由查理定律可得p 2′＝T 2′p 1′T 1′＝300×1.0×105400Pa≈0.75×105Pa.【答案】 (1)1.33×105Pa (2)0.75×105Pa 【备选习题】(教师用书独具)高空试验火箭起飞前仪器舱内压强p 0＝1 atm ，温度T ＝300 K ．当火箭竖直向上加速飞行(a ＝g )时，仪器舱内水银气压计示数为0.6p 0.已知舱是密封的，求此时舱内的温度．【解析】 加速前后，仪器舱内气体做的是等容变化，可以用查理定律求加速时舱内温度．取舱内气体为研究对象，由查理定律得300K T 2＝1×105Pap 2，①取气压计内高出液面的水银柱为研究对象，由牛顿第二定律得p 2S －ρSh 2g ＝ρSh 2a ，②又ρh 2g ＝0.6p 0.③ 由①②③得T 2＝360 K.【答案】 360 K。
2019_2020学年高中物理第二章固体、液体和气体第八节气体实验定律(Ⅱ)学案粤教版选修3_3
第八节 气体实验定律(Ⅱ)1.知道什么是等容变化，知道查理定律的内容和公式． 2.了解等容变化的p －T 图线及其物理意义．3．知道什么是等压变化，知道盖·吕萨克定律的内容和公式． 4.了解等压变化的V －T 图线及其物理意义．5．了解气体实验定律的微观解释．一、查理定律1．气体在体积保持不变的情况下发生的状态变化过程，叫___________等容过程. 2．查理定律：一定质量的气体，在体积不变的情况下，压强p 与热力学温度T 成___________正比．公式是：___________p ∝T 或p 1p 2＝T 1T 2.各种气体的压强与温度之间都有线性关系．在等容过程中，压强p 与摄氏温度t 是___________一次函数关系，不是简单的正比关系．压强p 与热力学温度T 才是成___________正比关系．3．等容线：一定质量的某种气体做等容变化时，表示该过程的p －T 图象称为___________等容线；等容线是一条___________过原点的直线．1．一定质量的某种气体，温度降得足够低时其状态(固态、液态、气态)是否发生变化？等容变化是否还遵守查理定律？提示：当气体的温度降得足够低时可由气态变为液态或固态，也就不再是气体或气体的质量减少了，也就不再遵守查理定律． 二、盖·吕萨克定律1．气体在压强不变情况下发生的状态变化过程，叫___________等压过程．2．盖·吕萨克定律：一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积与热力学温度成___________正比．公式是：___________V ∝T 或V 1V 2＝T 1T 2.3．等压线：一定质量的某种气体做等压变化时，表示该过程的V －T 图象称为___________等压线；等压线是一条通过___________原点的直线．三、对气体实验定律的微观解释1．玻意耳定律：一定质量的气体，温度保持不变时，气体分子的平均动能一定，气体体积减小，分子的密集程度___________增大，气体压强___________增大；反之，气体体积增大，分子密集程度___________减小，气体压强___________减小．2．查理定律：一定质量的气体，体积保持不变而温度升高时，分子的平均动能___________增大，因而气体压强___________增大，温度降低时，情况相反．3．盖·吕萨克定律：一定质量的气体，温度升高时要保持压强不变，只有___________增大气体体积，___________减小分子的密集程度才行，才能保持压强不变． 四、理想气体及其状态方程 1．理想气体(1)气体实验定律的适用条件：___________压强不太大、___________温度不太低． (2)严格遵守三个实验定律的气体，叫___________理想气体．(3)实际气体在温度(与室温比)不太低，压强(与大气压比)不太大的情况下，可看成理想气体． 2．理想气体状态方程一定质量的理想气体，在状态变化过程中，压强与体积的乘积与热力学温度成正比．公式是：___________pVT ＝C 或p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2.2．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？提示：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．气体实验三定律的区别玻意耳定律查理定律盖·吕萨克定律表达式p1V1＝p2V2＝恒量p1T1＝p2T2＝恒量V1T1＝V2T2＝恒量成立条件气体的质量一定，温度不变气体的质量一定，体积不变气体的质量一定，压强不变使一定质量的理想气体的状态按图中箭头所示的顺序变化：AB是一段平行于纵轴的直线段，BC是一段平行于横轴的直线段，CD是一段以坐标轴为渐近线的双曲线．(1)已知气体在状态A的温度为27 ℃，求气体在状态B、C、D时的温度各为多少？(2)试把上述状态变化的过程用V－T图象和p－T图象分别表示出来．[解析] (1)由A→B为等容变化，根据查理定律p A T A ＝p BT B得T B＝p Bp AT A＝600 K由B→C为等压变化，由盖·吕萨克定律V B T B ＝V CT C得T C＝V CV BT B＝1 200 K由C→D为等温变化，则T D＝T C＝1 200 K.(2)在图甲中的V－T图象和图乙中p－T图象两坐标系中找出A、B、C、D所对应的状态位置，然后按A→B→C→D的顺序用线段连接起来即如图所示．[答案] 见解析在解决气体实验定律图象之间的转换问题时，可按以下步骤进行：(1)判断横、纵坐标是哪个物理量，明确图象的意义和特点，特别注意温度轴是T 还是t . (2)根据所给图象判断气体状态的变化属于哪种变化． (3)确定气体各状态的状态参量，画出相应图象．1.一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内．汽缸壁导热良好，活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动．开始时气体压强为p ，活塞下表面相对于汽缸底部的高度为h ，外界温度为T 0.现取质量为m 的沙子缓慢地倒在活塞的上表面，沙子倒完时，活塞下降了h /4.若此后外界的温度变为T ，求重新达到平衡后气体的体积．已知外界大气的压强始终保持不变，重力加速度大小为g .解析：设汽缸的横截面积为S ，沙子倒在活塞上后，对气体产生的压强为Δp ，由玻意耳定律得phS ＝(p ＋Δp )⎝⎛⎭⎪⎫h －14h S ①解得Δp ＝13p ②外界的温度变为T 后，设活塞距底面的高度为h ′， 根据盖·吕萨克定律，得 （h －14h ）ST 0＝h ′ST③解得h ′＝3T4T 0h ④据题意可得Δp ＝mg S⑤ 气体最后的体积为V ＝Sh ′⑥ 联立②④⑤⑥式得V ＝9mghT4pT 0.答案：9mghT 4pT 0气体实验定律的微观解释及状态方程1．从微观角度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． 2．从微观角度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． 3．从微观角度解释盖·吕萨克定律盖·吕萨克定律表明，一定质量的气体，保持压强不变，则当温度升高时，其体积必增大．这是因为温度升高，气体分子的平均速率增大了，使得分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数增多，且每次碰撞给器壁的作用力也增大了，于是有使压强增大的倾向；但是，如果体积同时适当增大，即分子的密度减小，使得分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数相应减少，这就使气体的压强又有减小的倾向．这两种倾向相互抵消，从而可以保持气体的压强不变．4．理想气体的状态方程的推导 (1)微观方法的推导根据分子动理论，理想气体压强公式：p ＝23nε＝2N3V ε①理想气体的热力学温度与分子平均动能ε成正比T ＝aε②①②两式联立，有：pV T ＝2N 3a 用常数c 表示2N 3a ，有pVT＝c .(2)宏观方法的推导一定质量的某种理想气体经历了从A 到B 的一个等温过程，从B 到C 的一个等容过程，由玻意耳定律p A V A ＝p B V B (T A ＝T B )①由查理定律：p B T B ＝p CT C(V C ＝V B )②由①②联立得：p A V A T A ＝p C V CT C因A 、C 是气体的两个任意状态，所以压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变：pVT＝c .从两种方法推导可以看出，研究物体热现象的微观方法和宏观方法是彼此联系，相互成立的．对气体实验定律的解释要紧紧围绕决定气体压强的两个因素：气体分子密度与平均动能进行讨论．如图所示，粗细均匀一端封闭一端开口的U 形玻璃管，当t 1＝31 °C ，大气压强p 0＝76 cmHg 时，两管水银面相平，这时被管封闭的气柱长L 1＝8 cm ，则： (1)当温度t 2是多少时，左管气柱L 2为9 cm ?(2)当温度达到上问中的温度t 2时，为使左管气柱长L 为8 cm ，应在右管加入多长的水银柱？ [思路点拨] 水银柱封闭气体的情况，压强的单位直接用cmHg 表示，封闭气柱的体积用气柱的长度与面积S 来表示，这样做的目的是简化计算． [解析] (1)初状态：p 1＝p 0＝76 cmHg ，V 1＝L 1·S ＝8S cm 3，T 1＝304 K ；末状态：p 2＝p 0＋2 cmHg ＝78 cmHg ，V 2＝L 2·S ＝9S cm 3，T 2＝？根据理想气体状态方程p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2代入数据得：76×8S 304＝78×9ST 2解得：T 2＝351 K ，t 2＝T 2－273＝78 °C.(2)设在右管中加入h cm ，p 3＝p 0＋p h ＝(76＋h )cmHg ，V 3＝V 1＝8·S cm ，T 3＝T 2＝351 K 根据理想气体状态方程p 1V 1T 1＝p 3V 3T 3代入得： 76×8·S 304＝（76＋p h ）×8·S351， 解得：p h ＝11.75 cmHg ，h ＝11.75 cm. [答案] (1)78 °C (2)11.75 cm第(2)问的求解比较灵活，可以从状态1到状态3按等容变化，还可以从状态2到状态3按等温变化处理．2.对一定质量的理想气体，用p、V、T分别表示其压强、体积和温度，则有( )A．若T不变，p增大，则分子热运动的平均动能增大B．若p不变，V增大，则分子热运动的平均动能减小C．若p不变，T增大，则单位体积内的分子数减少D．若V不变，p减小，则单位体积内的分子数减少解析：选C.T不变，分子平均动能不变，故A错；p不变，V增大，则T增大，分子平均动能增大，故B错；p不变，T增大，则V增大，单位体积内的分子数减小，故C对；V不变，则单位体积内的分子数不变，故D错．水银柱移动问题如图所示，两端封闭、粗细均匀、竖直放置的玻璃管内，有一长为h的水银柱，将管内气体分为两部分．已知l 2＝2l 1.若使两部分气体同时升高相同的温度，管内水银柱将如何运动？(设原来温度相同)[思路点拨] 水银柱原来处于平衡状态，所受合外力为零，即此时两部分气体的压强差Δp ＝p 1－p 2＝h cmHg.温度升高后，两部分气体的压强都增大，若Δp 1>Δp 2，水银柱所受合外力方向向上，应向上移动，若Δp 1<Δp 2，水银柱向下移动，若Δp 1＝Δp 2，水银柱不动．所以判断水银柱怎样移动，就是分析其合力方向怎样，即判断两部分气体的压强哪一个增大得多． [解析] 法一：假设法．假设水银柱不动，两部分气体都做等容变化，分别对两部分气体应用查理定律： 上段：p 2T 2＝p ′2T ′2，所以p ′2＝T ′2T 2p 2Δp 2＝p ′2－p 2＝(T ′2T 2－1)p 2＝ΔT 2T 2p 2 下段：Δp 1＝ΔT 1T 1p 1又ΔT 2＝ΔT 1，T 1＝T 2，p 1＝(p 2＋h )cmHg>p 2 所以Δp 1>Δp 2，即水银柱上移． 法二：图象法．在同一p －T 图上画出两段气柱的等容线，如图所示． 因在温度相同时，p 1>p 2，得气柱l 1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Δp 1>Δp 2，所以水银柱上移．[答案] 水银柱上移(1)两部分气体初温相同、温度变化也相同时，若升温，液柱向初态压强小的一方移动，若降温，液柱向初态压强大的一方向移动．(2)两部分气体压强相同，初温不同，温度变化相同时，若升温，液柱向初温高的一方移动，若降温，液柱向初温低的一方移动． (3)液柱移动方向与体积大小无关．[随堂检测]1．(多选)对于一定量的理想气体，下列说法正确的是( ) A ．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变 B ．若气体的内能不变，其状态也一定不变C ．若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大D ．气体温度每升高1 K 所吸收的热量与气体经历的过程有关解析：选AD.由气态方程pV T＝c 知，T ∝pV ，气体的压强，体积不变，pV 一定不变，则T 一定不变，故内能一定不变，故A 正确，B 错误；由气态方pV T＝c 知，温度T 升高，pV 一定增大，但压强不一定增大，故C 错误；气体绝热压缩或膨胀时，气体不吸热也不放热，气体内能发生变化，温度升高或降低，在非绝热过程中，气体内能变化，要吸收或放出热量，由此可知气体温度每升高1 K 所吸收的热量与气体经历的过程有关，故D 正确．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 图线，由图线可知( ) A ．p A ＞p B B ．p C ＜p B C ．V A ＜V BD ．T A ＜T B解析：选D.由A 到B 的过程是等容变化，由于p T＝C ，T B ＞T A ，所以p B ＞p A ，故A 、C 项错误，D 项正确；由于B 到C 的过程是等压变化，所以p C ＝p B ，故B 项错误．3．(多选)两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种理想气体，已知容器中气体的压强不相同，则下列判断中正确的是( ) A ．压强小的容器中气体的温度比较高B ．压强大的容器中气体单位体积内的分子数比较少C ．压强小的容器中气体分子的平均动能比较小D ．压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大解析：选CD.相同的容器分别装有等质量的同种气体，说明它们所含的分子总数相同，即分子数密度相同，B 错；压强不同，一定是因为两容器气体分子平均动能不同造成的，压强小的容器中分子的平均动能一定较小，温度较低，故A 错，C 对；压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大，故D 项对． 4.如图为一定质量理想气体的压强p 与体积V 关系图象，它由状态A 经等容过程到状态B ，再经等压过程到状态C .设A 、B 、C 状态对应的温度分别为T A 、T B 、T C ，则下列关系式中正确的是( ) A ．T A ＜T B ，T B ＜T C B ．T A ＞T B ，T B ＝T C C ．T A ＞T B ，T B ＜T C D ．T A ＝T B ，T B ＞T C解析：选C.由题中图象可知，气体由A 到B 过程为等容变化，由查理定律得p A T A ＝p BT B，p A >p B ，故T A >T B ；由B 到C 过程为等压变化，由盖·吕萨克定律得V B T B ＝V CT C，V B <V C ，故T B <T C .选项C 正确．5．北方某地的冬天室外气温很低，吹出的肥皂泡会很快冻结．若刚吹出时肥皂泡内气体温度为T 1、压强为p 1，肥皂泡冻结后泡内气体温度降为T 2.整个过程中泡内气体视为理想气体，不计体积和质量变化，大气压强为p 0.求冻结后肥皂膜内外气体的压强差．解析：肥皂泡内气体做等容变化，冻结后，设膜内气体压强为p 2，则p 1T 1＝p 2T 2，得p 2＝T 2T 1p 1，则肥皂膜内外气体的压强差Δp ＝p 2－p 0＝T 2T 1p 1－p 0. 答案：T 2T 1p 1－p 0。
高中物理第二章气体固体和液体微专题气体实验定律的综合应用课件新人教版选择性必修第三册
例4 [2022·河南鹤壁高中高二下段考]如图所示，用一个绝热活塞将 绝热容器平均分成A、B两部分，用控制阀K固定活塞，开始时A、B两 部分气体的温度都是27 ℃，压强都是1.0×105 Pa，保持A体积不变， 给电热丝通电，使气体A的温度升高到123 ℃，求：
(1)气体A的压强是多少； (2)保持气体A的温度不变，拔出控制阀K，活塞将向右移动压缩气体 B，平衡后气体B的体积被压缩了110，气体B的温度是多少．
根据极限法，由于管上段空气柱压强p2较下段空气柱压强p1小，设 想p2趋于零，即上部近似认为是真空，于是立即得到，温度T升高， 水银柱向上移动．
应用体验 例5 如图所示，两根粗细相同、两端开口的直玻璃管A和B，竖直插 入同一水银槽中，各用一段水银柱封闭着一定质量同温度的空气，空 气柱长度H1>H2，水银柱长度h1>h2.今使封闭气柱降低相同的温度(大 气压保持不变)，则两管中气柱上方水银柱的移动情况是( ) A．均向下移动，A管移动较多 B．均向上移动，A管移动较多 C．A管向上移动，B管向下移动 D．均向下移动，B管移动较多
微专题 气体实验定律的综合应用
合作探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
合作探究·能力素养全提升
探究一 理想气体的图像问题 核心归纳 一定质量的气体不同图像的比较
项目
图像
特点
等温 变化
pV＝CT(其中C为恒量)，即pV之积越大的等温 线温度越高，线离原点越远
等容 变化
等压 变化
应用体验 例1 (多选)一定质量的理想气体经历如图所示的一系列过程，ab、bc、 cd和da，这四段过程在p T图像上都是直线段，ab和cd的延长线通过 坐标原点O，bc垂直于ab，由图可以判断( ) A．ab过程中气体体积不断减小 B．bc过程中气体体积不断减小 C．cd过程中气体体积不断增大 D．da过程中气体体积不断增大
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拓展一 气体的等容变化——查理定律
凹进的乒乓球用热水可以烫起来，是什么原因？ 提示：乒乓球内的气体受热，温度升高气体会膨胀， 压强增大，使乒乓球内部产生比较大的压力，而迫使乒乓 球变回原来的圆球形．
1．气体的等容变化． 气体的等容变化：气体体积保持不变的情况下所发 生的状态变化叫等容变化． 2．等容变化的规律． (1)实验条件． ①气体质量一定； ②气体体积不变．
(3)实验结论：一定质量的气体，在体积不变的条件 下，气体的压强随温度升高而增大，随温度降低而减小．
3．摄氏温标下的查理定律． (1)定律：一定质量的气体，在体积不变的条件下， 气体温度每升高(或降低)1 ℃，增加(或减小)的压强等于 气体在 0 ℃时压强的2173.这条规律叫作查理定律．
(2)公式：pt－p0tp0＝2173或 pt＝p01＋27t 3. 其中 pt 是温度为 t 时的压强，p0 是 0 ℃时的压强． (3)等容曲线，如图所示．
在烧水时，水在沸腾前会听到锅内很响(即响水不 开)，水的气泡从锅底向上体积逐渐变小，这是为什么？
提示：水在沸腾前会产生大量的气泡，气泡向上温度 降低，体积减小，使水剧烈振荡，产生“嗡嗡”的响声， 这就是响水不开的原因．
1．数学表达式． (1)一定质量的气体，在压强不变的情况下，温度每 升高(或降低)1 ℃，增加(或减少)的体积等于它在 0 ℃时 体 积 的 2173 ， 这 就 是 盖 ·吕 萨 克 定 律 ． 其 数 学 表 达 式 为 Vt－t V0＝2V703或 Vt＝V01＋27t 3.
知识点三 对气体实验定律的解释
提炼知识 1．玻意耳实验定律的微观解释． 一定质量的气体，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，分子的密集程 度增大，气体的压强就增大．
2．查理定律的微观解释． 一定质量的气体，体积保持不变时，分子的密集程 度保持不变．在这种情况下，温度升高时，分子的平均 动能增大，气体的压强就增大． 3．盖·吕萨克定律的微观解释． 一定质量的气体，温度升高时，分子的平均动能增 大．在这种情况下，只有气体的体积同时增大，使分子 的密集程度减小，才能保持压强不变．
小试身手
1．对于一定质量的气体，在体积不变时，压强增大 到原来的二倍，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二倍 B．气体的热力学温度升高到原来的二倍 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Tp11＝Tp22，得 T2＝pp2T1 1＝2T1，B 正确．
特别说明 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 的图线是过原 点的直线．
5．推论．
一定质量的气体，从初状态(p、T)开始，发生一个等 容变化过程，其压强的变化量Δp 与温度的变化量ΔT 间 的关系为：Δp＝ΔTT·p.这是查理定律的分比形式．
【典例 1】 1697 年法国物理学家帕平发明了高压
温度为 T 时的体积为 VT，密度为：ρ(T)＝VmT，② 由盖·吕萨克定律可得：VT00＝VTT，③ 联立①②③，解得：ρ(T)＝ρ0TT0.④ 气球所受的浮力为：F 浮＝ρ(Tb)gV，⑤
联立④⑤解得：F 浮＝ρ0TgVb T0.⑥
(2)气球内热空气所受的重力 G＝ρ(Ta)Vg，⑦ 联立④⑦解得 G＝Vgρ0TT0a.⑧ (3)设该气球还能托起的最大质量为 M，由力的平衡 条件，得 Mg＝F 浮－G－m0g，⑨
(2)采用热力学温标时，盖·吕萨克定律可表述为：一 定质量的气体，在压强不变的情况下，它的体积跟热力 学温度成正比．其数学表达式为VT11＝VT22或VT＝恒量．
2．适用条件． 对于实际气体，温度不太低(与室温比较)，压强不太 大(与大气压相比)的情况．
3．VT 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 和热力学温度 T 的图线是过原点的倾斜直 线，如图左所示，p1<p2，即压强越大，斜率越小．
(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 是一次性函数，不是简单的正比例关 系，如上图右所示，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 倾斜直线，且斜率越大表示压强越小．
4．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 与温度变化量ΔT 之间的关系是ΔV ＝ΔTTV.这是盖·吕萨克定律的分比形式．
已知空气在 1 个大气压、温度为 T0 时的密度为 ρ0， 该气球内、外的气压始终都为 1 个大气压，重力加速度 大小为 g.
(1)求该热气球所受浮力的大小； (2)求该热气球内空气所受的重力； (3)设充气前热气球的质量为 m0，求充气后它还能托 起的最大质量．
解析：(1)设 1 个大气压下质量为 m 的空气在温度 T0 时的体积为 V0，密度为 ρ0＝Vm0，①
(4)适用条件： ①气体的质量一定． ②气体的压强不变． (5)理想气体：为了研究方便，我们可以设想有一种 严格遵守(选填“严格遵守”或“基本遵守”)三个实验定 律的气体，这样的气体称为理想气体，理想气体实际上 是不存在的．这是对实际气体的一种理想化的简化模型．
判断正误
(1)在压强不变的情况下，体积和温度成正比．(×) (2)一定质量的气体其等压线是过原点的一条倾斜直 线．(√)
5．查理定律和盖·吕萨克定律的比较．
定律
查理定律
盖·吕萨克定律
表达式 Tp11＝Tp22＝恒量
VT11＝VT22＝恒量
气体的质量一 气体的质量一定，压强 成立条件
定，体积不变 不变
图线表达
应用
直线的斜率越
直线的斜率越大，压强
大，体积越小，
如图 V2＜V1
越小，如图 p2＜p1
[典例❷] (2017·全国卷Ⅱ)一热气球体积为 V，内部 充有温度为 Ta 的热空气，气球外冷空气的温度为 Tb.
特别说明 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，等容线是一条延长线通过横轴－273.15 ℃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．
4．热力学温标下的查理定律． (1)定律：一定质量的气体，在体积不变的条件下， 气体的压强跟热力学温度成正比． (2)公式：Tp11＝Tp22，或pp12＝TT12. (3)等容线如图所示．
(3)等容线：在 p-T 图中，等容过程的图线是一条过 原点的直线，这种表示等容过程的图线称为等容线(如图 所示)．
(4)适用条件： ①气体的质量一定． ②气体的体积不变．
判断正误
(1)气体在等容变化时，升高相同的温度所增加的压 强一定相同．(√)
(2)由查理定律知，在体积不变的情况下压强与温度 成正比．(×)
第二章 固体、液体和气体
第八节 气体实验定律(Ⅱ)
学习目标
1.知道什么是气体的等 容变化、等压变化和过 程. 2.理解p T图象和VT图 象的物理意义. 3.会用查理定律和盖·吕 萨克定律解决问题. 4. 掌握液柱移动问题.
重点 难点
重点难点
1.理解p T图象和VT图象的物 理意义. 2.会用查理定律和盖·吕萨克 定律解决问题．
锅，高压锅与普通铝锅不同，锅盖通过几个牙齿似的锅 齿与锅体镶嵌旋紧，加上锅盖与锅体之间有橡皮制的密 封圈，所以锅盖与锅体之间不会漏气，在锅盖中间有一 排气孔，上面再套上类似砝码的限压阀，将排气孔堵住(如 图)．当加热高压锅，锅内气体压强增加到一定程度时， 气体就把限压阀顶起来，
这时蒸气就从排气孔向外排出．由于高压锅内的压 强大，温度高，食物容易煮烂．若已知排气孔的直径为 0.3 cm，外界大气压为 1.0×105 Pa，温度为 20 ℃，要使 高压锅内的温度达到 120 ℃，则限压阀的质量应为多少？
小试身手
3．(多选)一定质量的理想气体，在压强不变的条件 下，体积增大，则( )
A．气体分子的平均动能增大 B．气体分子的平均动能减小 C．气体分子的平均动能不变 D．分子的密度减小，平均速率增大
解析：一定质量的理想气体，在压强不变时，由盖·吕 萨克定律VT＝C 可知，体积增大，温度升高，所以气体分 子的平均动能增大，平均速率增大，分子密度减小，A、 D 对，B、C 错．
答案：B
知识点二 气体的等压变化 提炼知识 1．等压过程：气体在压强不变的情况下发生的状态 变化． 2．盖·吕萨克定律. (1)内容：一定质量的气体，在压强不变的情况下， 体积与热力学温度成正比．
(2)公式：V∝T 或VV12＝TT12．
(3)等压线：在 V-T 图上，等压过程是一条过原点的 直线，这种表示等压过程的图线叫等压线(如图所示)．
(2)实验过程． ①在室温 T1 下将一定质量的气体封闭在烧瓶中，记 下气体的体积 V1 和压强 p1＝p. ②把烧瓶放入冰水混合物的容器里，记下这时温度 为 T2＝0 ℃，调整压强计保持气体体积不变，记下压强 p2＝p－h.如图所示．
③把烧瓶放在温度为 T3 的温水中，调整压强计保持 气体体积不变，记下压强 p3＝p0＋h′.
小试身手
2．房间里气温升高 3 ℃时，房间内的空气将有 1%
逸出到房间外，由此可计算出房间内原来的温度是( )
A．－7 ℃
B．7 ℃ C．17 ℃ D．27 ℃
解析：以升温前房间里的气体为研究对象，由盖·吕
T＋3 V（1＋1%）
萨克定律得： T ＝
V
，
解得：T＝300 K，t＝27 ℃. 答案：D
解析：等容变化过程的 p-t 图在 t 轴上的交点坐标是 (－273 ℃，0)，D 正确．
答案：D
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？