2020版高中物理第八章气体2气体的等容变化和等压变化课件新人教版选修3_3

S 0.5l = S l
பைடு நூலகம்
T1
T2
所以 T2=2T1=600 K
故 t2=(600-273) ℃=327 ℃.
答案:(2)327 ℃
[针对训练2] 图(甲)是一定质量的某种气体由状态A经过状态B变为状态C 的V-T图象,已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa.
2.公式变形式
由 V1 = V1 V 得 V1 = V ,所以Δ V= T V1,Δ T= V T1.
T1 T1 T T1 T
T1
V1
3.V-T图象和V-t图象 (1)V-T图象:一定质量的某种气体,在等压变化过程中,气体的体积V随热 力学温度T变化的图线是延长线过原点的倾斜直线,如图(甲)所示,且 p1<p2,即压强越大,斜率越小.
要点二 等压变化及盖—吕萨克定律 [探究导学] 如图所示为压强不变时体积与温度的关系图线,试根据图象回答下列问题:
(1)简述盖—吕萨克定律. 答案: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.
(2)试写出摄氏温标下,盖—吕萨克定律的数学表达式. 答案:盖—吕萨克定律可表示成 V1 = V2 或 V1 = T1 .运用等比定理可
T1 T1 T T1 T
T1
p1
3.p-T图象和p-t图象 (1)p-T图象:一定质量的某种气体,在等容变化过程中,气体的压强p和热 力学温度T的图线是延长线过原点的倾斜直线,如图(甲)所示,且V1<V2,即 体积越大,斜率越小.
(2)p-t图象:一定质量的某种气体,在等容变化过程中,压强p与摄氏温度 t是一次函数关系,如图(乙)所示,等容线是一条延长线通过横轴上 -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.
(6)pV=C, p =C, V =C,三个公式中的常数 C 是同一个值.( × )
TT
2.思维探究 (1)炎热的夏天,给汽车轮胎充气时,一般都不充得太足;给自行车轮胎 打气时,也不能打得太足.这是什么原因呢? 答案:车胎在炎热的夏天被日光暴晒,车胎里气体的温度上升,气体的压 强将增大,当压强达到车胎能承受的最大压强时,温度再升高车胎就会 胀破.
解析:设逸出的气体被一个无形的膜所密闭,以容器中原来的气体为研究
对象,初态 V1=V,T1=300 K;末态 V2=V+ΔV,T2=400 K,
由盖—吕萨克定律 V1 = V2 ,得 V = V V ,代入数据得ΔV= V ,
T1 T2
T1
T2
3
V
又因为 m=ρV,故 m = V = 3 = 1 .
要点一 气体的等容变化及查理定律 [探究导学] (1)简述查理定律的内容.
答案: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. 写成等式就是 p=CT 或 p =C,其中 C 是比例常数.
T
(2)一定质量的气体在等容过程中,气体的压强p与摄氏温度t是不是正比 例关系?
T1 T2 V2 T2 得 V1=V0+ t V0(V0 为气体在 0 ℃时的体积).
273.15
(3)在摄氏温标下应该怎样表述盖—吕萨克定律?
答案:在摄氏温标下,盖—吕萨克定律应该表述为:一定质量的某种气体, 在压强不变的条件下,温度每升高(或降低) 1 ℃,增加(或减小)的体积 等于它在 0 ℃时体积的 1 .
[例1] (2019·湖南长沙检测)容积为2 L的烧瓶,在压强为1.0×105 Pa时, 用塞子塞住,此时温度为27 ℃,当把它加热到127 ℃时,塞子被打开了, 稍过一会儿,重新把盖子塞好,停止加热并使温度逐渐降低到27 ℃,求:
(1)塞子打开前瓶内气体的最大压强; (2)27 ℃时瓶内剩余空气的压强.
273.15
(4)如图为一定质量的某种气体在不同压强下的V-T图象和V-t图象,从图 象来分析,等压线的斜率大小与气体压强大小之间有怎样的对应关系?
答案:从图象可以看出,无论是V-T图象还是V-t图象,都是等压线的斜率 越大,压强越小,因此p1>p2.
[要点归纳] 1.盖—吕萨克定律的适用范围 压强不太大,温度不太低.原因同查理定律.
解析:取 CO2 气体为研究对象,该过程为等容变化
初态:p1=1 atm,T1=(273+17)K=290 K. 末态:p2=1.2 atm,T2=?
由查理定律 p2 = T2 得 p1 T1
T2= p2 T1= 1.2 290 K=348 K,
p1
1
t=(348-273) ℃=75 ℃. 答案:75 ℃
(2)表达式: V=CT 或 V =C,其中 C 是比例常数.
T (3)其他表示形式: V1 = V2 或 V1 = T1 .
T1 T2 V2 T2
1.思考判断
科学思维
(1)一定质量的气体,体积保持不变,若温度升高,则压强减小.( × ) (2)“拔火罐”时,火罐冷却,罐内气体的压强小于大气压强,火罐就被 “吸”在皮肤上.( √ ) (3)一定质量的气体,等容变化时,气体的压强和热力学温度成正比.( √ ) (4)一定质量的某种气体,在压强不变时,其V-T图象是过原点的倾斜直 线.( √ ) (5)在质量和体积不变的情况下,气体的压强与摄氏温度成正比.( × )
(教师备用) 例 2-1: 如 图 所 示 , 绝 热 的 汽 缸 内 封 闭 有 一 定 质 量 的 气 体 , 缸 体 质 量 M=200 kg,厚度不计的活塞质量m=10 kg,活塞横截面积S=100 cm2.活 塞与汽缸壁无摩擦且不漏气.此时,缸内气体的温度为27 ℃,活塞位于 汽缸正中间,整个装置处于静止状态.已知大气压强p0=1.0×105 Pa,重 力加速度大小为g=10 m/s2.求:
2.查理定律 (1)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 .
(2)表达式: p=CT 或 p =C,其中 C 是比例常数.
T
(3)其他表示形式: p1 = p2 或 p1 = T1 .
T1 T2
p2 T2
二、气体的等压变化 1.等压变化:一定质量的某种气体,在 压强 不变的情况下, 体积 随温 度的变化规律. 2.盖—吕萨克定律 (1)内容: 一定质量 的某种气体,在压强不变的情况下,其体积与热力 学温度成 正比 .
解析:由于 B 管的体积可略去不计,选玻璃泡 A 内的气体为研究对象, 温度变化时,A 内气体经历等容过程. 玻璃泡 A 内气体的初始状态 T1=300 K,p1=(76-16) cmHg=60 cmHg; 末态 T0=273 K,p=? 由查理定律得 p= T0 p1= 273 ×60 cmHg=54.6 cmHg.
(教师备用) 例1-1: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 积与玻璃泡A的体积相比可忽略不计.在1标准大气压下对B管标示温度 刻度(1标准大气压相当于76 cmHg的压强,等于101 kPa).已知当温度 t1=27 ℃时,管内水银面高度x=16 cm,此高度即为27 ℃的刻度线,问 t=0 ℃的刻度线在何处?
答案:如图所示,在等容过程中,气体的压强p与摄氏温度t是一次函数关 系,但不是正比例关系.
(3)在摄氏温标下应该怎样表述查理定律.
答案:在摄氏温标下,查理定律应该表述为:一定质量的某种气体,在体积不 变时,温度每升高(或降低)1 ℃,增大(或减小)的压强等于它在 0 ℃时压强 的1.
273.15
(4)如图为不同体积的气体的p-T图象和p-t图象,从图象来分析,等容线的 斜率大小与气体体积的大小之间有怎样的对应关系?
(1)缸内气体的压强p1;
解析:(1)以汽缸为研究对象(不包括活塞),由汽缸受力平衡得 p1S=Mg+p0S 解得p1=3.0×105 Pa. 答案:(1)3.0×105 Pa
(2)缸内气体的温度升高到多少摄氏度时,活塞恰好会静止在汽缸缸 口AB处.
解析:(2)设当活塞恰好静止在汽缸缸口 AB 处时,缸内气体温度为 T2,压强为 p2, 此时仍有 p2S=Mg+p0S,即缸内气体做等压变化.由盖—吕萨克定律得
(2)如图所示,用水银柱封闭了一定质量的气体.当给封闭气体加热时 能看到什么现象?
答案:水银柱向上移动.
(3)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的V-T图象和V-t图象分别如图(甲)、(乙)所示.能否说体积与温 度成正比?
答案:不能,只能说体积与热力学温度成正比.
课堂探究 突破要点
2 气体的等容变化和等压变化
[学习目标] 1.了解一定质量的某种气体的等容变化与等压变化. 2.理解查理定律与盖—吕萨克定律的表达式及适用条件. 3.理解p-T图象与V-T图象的物理意义. 4.会运用气体实验定律解决实际问题.
课前预习 课堂探究 随堂演练
课前预习 掌握新知
知识梳理
一、气体的等容变化 1.等容变化:一定质量的某种气体,在体积不变时,压强 随温度的变化规律.
T1
400
答案:(1)1.33×105 Pa (2)0.75×105 Pa
学霸笔记
应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的适用条件:质量一定, 体积不变. (3)确定初、末两个状态的热力学温度、压强. (4)根据查理定律列式求解,并对结果分析、检验.
答案:无论是p-T图象还是p-t图象,都是等容线的斜率越大,体积越小, 因此V1>V2.
[要点归纳] 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.公式变形式
由 p1 = p1 p 得 p1 = p 或Δ p= T p1,Δ T= p T1.
思维导图: 解此题可按以下思路
解析:塞子打开前,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:p1=1.0×105 Pa,T1=(273+27) K=300 K 末态:p2=?,T2=(273+127) K=400 K 由查理定律可得
T1 300 所以 t=0 ℃时水银面的高度, 即刻度线的位置是 x0=(76-54.6) cm=21.4 cm. 答案:管内水银面高度为21.4 cm处
[针对训练1] 用易拉罐盛装碳酸饮料非常卫生和方便,但如果剧烈碰撞 或严重受热会导致爆炸.我们通常用的易拉罐容积V=355 mL.假设在室 温(17 ℃)下罐内装有 0.9V 的饮料,剩余空间充满CO2气体,气体压强 为 1 atm.若易拉罐所能承受的最大压强为1.2 atm,则保存温度不能超 过多少摄氏度?
p1 = p2 T1 T2
p2= T2 ×p1= 400 ×1.0×105 Pa≈1.33×105 Pa.
T1
300
(2)塞子塞紧后,选瓶中剩余气体为研究对象 初态:p1′=1.0×105 Pa,T1′=400 K 末态:p2′=?,T2′=300 K 由查理定律可得
p2′= T2 ×p1′= 300 ×1.0×105 Pa=0.75×105 Pa.
(2)V-t图象:一定质量的某种气体,在等压变化过程中,体积V与摄氏温 度t是一次函数关系,如图(乙)所示,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,压强越小,图象纵轴的截距V0是气 体在0 ℃ 时的体积.
[例2] (2019·四川成都月考)一容器中装有某种气体,且容器上有一小孔 跟外界大气相通,原来容器内气体的温度为27 ℃,如果把它加热到127℃, 从容器中逸出的空气质量是原来质量的多少?
答案: 1
m V V 4V 4 3
4
学霸笔记
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:质量一定, 压强不变. (3)分别找出初、末两状态的热力学温度、体积. (4)根据盖—吕萨克定律列方程求解,并对结果进行讨论.