魯科版選修33 第4章 第1節(jié) 氣體實驗定律 學案.docVIP

第1節(jié)氣體實驗定律第1課時玻意耳定律1.物理學中研究氣體的性質時，常用氣體的壓強、溫度、體積來描述，這三個量叫氣體的狀態(tài)參量。2玻意耳定律(等溫變化)：一定質量的氣體，在溫度不變的條件下，壓強與體積成反比，即p。氣體的狀態(tài)自讀教材抓基礎1狀態(tài)參量：物理學中研究氣體的性質時，通常用氣體的壓強、溫度和體積這三個物理量來描述氣體的狀態(tài)。2研究方法：控制一個參量不變，研究另外兩個變量之間關系，這種方法叫做控制變量法。跟隨名師解疑難1溫度：熱力學溫度的單位是開爾文，與攝氏溫度的關系：tt273。2如何確定封閉氣體的壓強？(1)液體封閉氣體模型：直玻璃管中液體封閉氣體的壓強：設氣體壓強為p，大氣壓強為p0，液體產(chǎn)生的壓強為ph，則圖411“u形管”中封閉氣體的壓強：圖412(2)氣缸活塞模型：設活塞質量為m，重力加速度為g，活塞面積為s，氣缸質量為m，則圖413氣缸在光滑水平面上圖414p學后自檢(小試身手)在標準大氣壓(相當于76 cm水銀柱產(chǎn)生的壓強)下做托里拆利實驗時，由于管中混有少量空氣，水銀柱上方有一段空氣柱，如圖415所示。這時管中稀薄氣體的壓強相當于下列哪個高度的水銀柱產(chǎn)生的壓強()圖415a0b60 cmc30 cm d16 cm解析：選d氣體壓強pp0ph76 cmhg60 cmhg16 cmhg。玻意耳定律自讀教材抓基礎1等溫變化一定質量的氣體，在溫度保持不變的條件下，研究壓強和體積之間的關系。2實驗裝置圖4163探究過程實驗器材針筒、氣壓計等研究對象(系統(tǒng))針筒內(nèi)封閉的空氣數(shù)據(jù)收集壓強由氣壓計讀出，氣體體積(長度)由針筒本身的刻度讀出數(shù)據(jù)處理以壓強p為縱坐標，以體積倒數(shù)為橫坐標作出p圖像圖像結果p 圖像是一條過原點的直線實驗結論溫度恒定時，氣體的壓強跟體積的倒數(shù)成正比，即氣體的壓強與體積成反比4玻意耳定律(1)內(nèi)容：一定質量的氣體，在溫度保持不變的條件下，壓強與體積成反比。(2)公式：pvc或p1v1p2v2。跟隨名師解疑難1對玻意耳定律的理解(1)適用條件：一定質量的某種氣體，溫度不太低，壓強不太大。(2)定律也可以表述為pv常量或p1v1p2v2，其中的常量與氣體所處溫度高低有關，溫度越高，常量越大。2pv圖像與p圖像(1)一定質量的氣體的p v圖像如圖417甲所示，圖線為雙曲線的一支，且溫度t1t2。圖417(2)一定質量的氣體p 圖像如圖乙所示，圖線的延長線為過原點的傾斜直線，且溫度t1t2d由圖可知t1t2dt1t2解析：選bd由玻意耳定律pvc知，壓強與體積成反比，故a錯誤。p，所以p 圖線的延長線經(jīng)過坐標原點，故b正確。p 圖線的斜率越大，對應的溫度越高，所以t1t2，故c錯誤，d正確。課堂雙基落實1一定質量的氣體發(fā)生等溫變化時，若體積增大為原來的n倍，則壓強變?yōu)樵瓉淼谋稊?shù)為()a2nbnc. d.解析：選c設氣體原來體積為v，氣體質量一定、溫度不變，由玻意耳定律知p1vp2nv，解得p2，故c正確。2在驗證“玻意耳馬略特定律”的實驗中，下列四個因素中對實驗的準確性影響最小的是()a針筒封口處漏氣b采用橫截面積較大的針筒c針筒壁與活塞之間存在摩擦d實驗過程中用手去握針筒解析：選b玻意耳定律成立的前提條件是質量一定、溫度不變的氣體，a會造成氣體的質量發(fā)生變化，會對實驗的準確性造成很大的影響，故a錯；d會造成溫度發(fā)生變化，也會對實驗的準確性造成很大的影響，故d錯；針筒壁與活塞之間存在的摩擦越大，對壓強的讀數(shù)造成的偏差就會越大，故c錯；本實驗與針筒的橫截面積無關，因此只能選b。3.如圖4111所示，豎直放置的彎曲管a端開口，b端封閉，密度為的液體將兩段空氣封閉在管內(nèi)，管內(nèi)液面高度差分別為h1、h2、h3，則b端氣體的壓強為(已知大氣壓強為p0)()圖4111ap0g(h1h2h3)bp0g(h1h3)cp0g(h1h3h2)dp0g(h1h2)解析：選b求b端氣體的壓強，要從管口開始依次向里進行分析。中間密封氣體的壓強p等于外界大氣壓p0和h3高的液柱產(chǎn)生的壓強差，即pp0gh3，而b端氣體的壓強pb等于中間氣體的壓強和h1高的液柱產(chǎn)生的壓強差，即pbpgh1，由以上兩式可得：pbp0g(h1h3)。4.體檢已經(jīng)越來越受到人們的重視，在體檢中抽血化驗是常規(guī)項目，將有針頭的一端插入胳膊上的靜脈，將另一端通過膠管與封閉的抽血化驗用容器相連，如圖4112為抽血化驗時用的容器，封閉容器使用前氣壓為0.9 atm，當容器內(nèi)氣壓變?yōu)? atm時，抽血過程完畢。若容器的容積為50 ml，抽血過程中認為容器內(nèi)氣體的溫度不發(fā)生變化，則此容器可以抽多少靜脈血？圖4112解析：設化驗用容器的容積為v，使用前氣壓為0.9 atm時為狀態(tài)1，p10.9 atm，v150 ml。當容器內(nèi)氣壓變?yōu)? atm，抽血過程完畢時為狀態(tài)2，p21 atm，氣體溫度不變，由玻意耳定律知p1v1p2v2得v245 ml，故此容器可以抽50 ml45 ml5 ml靜脈血。答案：5 ml 課下綜合檢測一、選擇題1描述氣體狀態(tài)的參量是指()a質量、溫度、密度b溫度、體積、壓強c質量、壓強、溫度 d密度、壓強、溫度解析：選b氣體狀態(tài)參量是指溫度、壓強和體積，b對。2放飛的氫氣球上升到一定高度會脹破，這是因為()a球內(nèi)氫氣溫度升高 b球內(nèi)氫氣壓強增大c球外空氣壓強減小 d以上說法都不對解析：選c大氣壓強隨著高度的升高而減小，氫氣球上升過程中可看做溫度不變。由玻意耳定律p1v1p2v2知，當一定質量的氣體壓強減小時，體積增大，最終會超過氣球的彈性限度，從而脹破，故c正確。3.圖1是一定質量的某種氣體狀態(tài)變化的p v圖像，氣體由狀態(tài)a變化到狀態(tài)b的過程中，氣體分子熱運動的平均速率的變化情況是()圖1a一直保持不變b一直增大c先減小后增大d先增大后減小解析：選d溫度越高，分子熱運動的平均動能越大，當質量一定時，平均速率越大。在題圖中，a、b兩點在同一條等溫線上，而等溫線離原點越遠，溫度越高，由此可知，溫度先升高后降低，d正確。4.如圖2所示，某種自動洗衣機進水時，與洗衣缸相連的細管中會封閉一定質量的空氣，通過壓力傳感器感知管中的空氣壓力，從而控制進水量。設溫度不變，洗衣缸內(nèi)水位升高，則細管中被封閉的空氣()圖2a體積不變，壓強變小 b體積變小，壓強變大c體積不變，壓強變大 d體積變小，壓強變小解析：選b由題圖可知，空氣被封閉在細管內(nèi)，水面升高時，氣體體積減小，根據(jù)玻意耳定律知，氣體壓強增大，b選項正確。5. (多選)內(nèi)徑均勻兩端開口的v形管如圖3所示，支管b豎直插入水銀槽中，支管a與支管b之間的夾角為，支管a中有一段長為h的水銀柱保持靜止，下列說法中正確的是()圖3ab管內(nèi)水銀面比管外水銀面高hbb管內(nèi)水銀面比管外水銀面高hcos cb管內(nèi)水銀面比管外水銀面低hcos d管內(nèi)封閉氣體的壓強比大氣壓強小hcos 高的水銀柱產(chǎn)生的壓強解析：選bd支管a中的水銀柱呈傾斜狀態(tài)，所能產(chǎn)生的壓強相當于豎直方向上hcos 高的水銀柱產(chǎn)生的壓強，管中封閉的氣體壓強比大氣壓小hcos 高的水銀柱產(chǎn)生的壓強，故d正確。從豎直支管b分析，管內(nèi)外水銀面存在高度差，由于管內(nèi)氣體壓強比大氣壓小hcos 高的水銀柱產(chǎn)生的壓強，所以管內(nèi)水銀面比管外高hcos ，故b正確。6(福建高考)某自行車輪胎的容積為v，里面已有壓強為p0的空氣，現(xiàn)在要使輪胎內(nèi)的氣壓增大到p，設充氣過程為等溫過程，空氣可看作理想氣體，輪胎容積保持不變，則還要向輪胎充入溫度相同，壓強也是p0，體積為多少的空氣。()a.v b.vc.v d.v解析：選c本題考查理想氣體狀態(tài)關系，意在考查考生對理想氣體狀態(tài)的理解。設所求體積為vx，由玻意耳定律，p0(vxv)pv，可得vxv，c正確。二、非選擇題7(重慶高考)如圖4為一種減震墊，上面布滿了圓柱狀薄膜氣泡，每個氣泡內(nèi)充滿體積為v0，壓強為p0的氣體，當平板狀物品平放在氣泡上時，氣泡被壓縮。若氣泡內(nèi)氣體可視為理想氣體，其溫度保持不變，當體積壓縮到v時氣泡與物品接觸面的面積為s，求此時每個氣泡內(nèi)氣體對接觸面處薄膜的壓力。圖4解析：設壓力為f，壓縮后氣體壓強為p由p0v0pv和fps，得fp0s答案：p0s8(山東高考)一種水下重物打撈方法的工作原理如圖5所示。將一質量m3103 kg、體積v00.5 m3的重物捆綁在開口朝下的浮筒上。向浮筒內(nèi)充入一定量的氣體，開始時筒內(nèi)液面到水面的距離h140 m，筒內(nèi)氣體體積v11 m3。在拉力作用下浮筒緩慢上升。當筒內(nèi)液面到水面的距離為h2時，拉力減為零，此時氣體體積為v2，隨后浮筒和重物自動上浮。求v2和h2。 圖5已知大氣壓強p01105pa，水的密度1103 kg/m3，重力加速度的大小g10 m/s2。不計水溫變化，筒內(nèi)氣體質量不變且可視為理想氣體，浮筒質量和筒壁厚度可忽略。解析：當f0時，由平衡條件得mgg(v0v2)代入數(shù)據(jù)得v22.5 m3設筒內(nèi)氣體初態(tài)、末態(tài)的壓強分別為p1、p2，由題意得p1p0gh1p2p0gh2在此過程中筒內(nèi)氣體溫度和質量不變，由玻意耳定律得p1v1p2v2聯(lián)合式，代入數(shù)據(jù)得h210 m。答案：見解析第2課時查理定律和蓋呂薩克定律1.查理定律(等容變化)：一定質量的氣體，在體積保持不變的條件下，壓強與熱力學溫度成正比，即pt。2蓋呂薩克定律(等壓變化)：一定質量的氣體，在壓強保持不變的條件下，體積與熱力學溫度成正比，即vt。查理定律自讀教材抓基礎1實驗探究氣體的等容變化圖4113(1)實驗裝置：主要有燒瓶、氣壓計、溫度計和加熱裝置(如圖4113所示)。(2)研究對象：燒瓶內(nèi)的封閉氣體，其特點是質量一定，體積不變，故氣體發(fā)生等容變化。(3)探究過程：加熱燒杯，待氣壓計示數(shù)穩(wěn)定后，記下氣體的壓強和溫度。按步驟的方法繼續(xù)做實驗，測出幾組對應的壓強和溫度值。處理數(shù)據(jù)，作p t圖像，為過原點的斜線。(4)探究結果：一定質量的氣體，在體積保持不變的條件下，壓強與熱力學溫度成正比。2查理定律(1)內(nèi)容：一定質量的氣體，在體積保持不變的條件下，壓強與熱力學溫度成正比。(2)公式：c或。跟隨名師解疑難1對查理定律的理解(1)適用條件：氣體的質量一定，體積保持不變。(2)公式中的溫度為熱力學溫度。tt273。圖41142等容過程的pt和pt的圖像(1)pt圖像：一定質量的某種氣體，在等容過程中，氣體的壓強p和熱力學溫度t的關系圖線的延長線是過原點的傾斜直線，如圖4114所示，且v1v2，即體積越大，斜率越小。圖4115(2)pt圖像：一定質量的某種氣體，在等容過程中，壓強p與攝氏溫度t是一次函數(shù)關系，不是簡單的正比例關系，如圖4115所示，等容線是一條延長線通過橫軸273.15 的點的傾斜直線，且斜率越大，體積越小。圖像縱軸的截距p0是氣體在0 時的壓強。特別提醒查理定律的分比形式pt，即一定質量的氣體在體積不變的條件下，壓強的變化量與熱力學溫度的變化量成正比。學后自檢(小試身手)一定質量的氣體，體積保持不變，當其熱力學溫度由t變成3t時，其壓強由p變成()a3pb6pc. d.解析：選a氣體發(fā)生等容變化，由得p23p1。蓋呂薩克定律自讀教材抓基礎1實驗探究氣體的等壓變化圖4116(1)實驗裝置：(如圖4116所示)主要有毛細管、溫度計和直尺，以及加熱裝置等。(2)研究對象：毛細管中被水銀柱封閉的氣體，其特點是質量一定，壓強不變，故氣體發(fā)生等壓變化。(3)探究過程：加熱燒杯，待溫度計示數(shù)穩(wěn)定后，記下氣體的溫度和體積。按步驟的方法繼續(xù)做實驗，求出幾組對應的溫度和體積。處理數(shù)據(jù)，作vt圖像，為過原點的斜線。(4)探究結果：一定質量的氣體，在壓強保持不變的條件下，體積與熱力學溫度成正比。2蓋呂薩克定律(1)內(nèi)容：一定質量的氣體，在壓強保持不變的條件下，體積與熱力學溫度成正比。(2)公式：c或。跟隨名師解疑難1對蓋呂薩克定律的理解(1)適用條件：氣體的質量一定，壓強保持不變。(2)中t為熱力學溫度。2vt和vt圖像(1)vt圖像：一定質量的某種氣體，在等壓過程中，氣體的體積v和熱力學溫度t圖線的延長線是過原點的傾斜直線，如圖4117甲所示，且p12v2c加熱后v12v2d條件不足，無法判斷思路點撥解析：加熱前后，上段氣體的壓強保持p0gh1不變，下段氣體的壓強保持p0gh1gh2不變，整個過程為等壓變化，根據(jù)蓋呂薩克定律得，所以，即v12v2，故a正確。答案：a探規(guī)尋律蓋呂薩克定律解題的一般步驟(1)明確研究對象，并判斷是否滿足適用條件。(2)確定始末狀態(tài)參量(v1、t1，v2、t2)。(3)根據(jù)蓋呂薩克定律列方程求解(注意v1和v2，t1和t2統(tǒng)一單位)。跟蹤演練一定質量的氣體，如果保持它的壓強不變，降低溫度，使它的體積為0 時體積的倍，則此時氣體的溫度為()a b c d273n(n1) 解析：選c根據(jù)蓋呂薩克定律，在壓強不變的條件下v1v0(1)，即根據(jù)題意v0(1)，整理后得t 。圖像問題的分析與應用典題例析3圖4119甲為一定質量的氣體由狀態(tài)a經(jīng)過狀態(tài)b變?yōu)闋顟B(tài)c的vt圖像。已知氣體在狀態(tài)a時的壓強是1.5105 pa。(1)說出ab過程中壓強變化的情形，并根據(jù)圖像提供的信息，計算圖中ta的溫度值。(2)請在圖乙所示的坐標系中，作出由狀態(tài)a經(jīng)過狀態(tài)b變?yōu)闋顟B(tài)c的pt圖像，并在圖像相應位置上標出字母a、b、c。如果需要計算才能確定有關坐標值，請根據(jù)實際情況寫出計算過程。圖4119思路點撥(1)明確vt圖像和pt圖像的物理意義、圖像特點。(2)知道圖線上的一個點表示的是一定質量氣體的一個平衡狀態(tài)，知道其狀態(tài)參量：p、v、t。(3)知道圖線上的某一線段表示的是一定質量的氣體由一個平衡狀態(tài)(p、v、t)轉化到另一個平衡狀態(tài)(p、v、t)的過程；并能判斷出該過程是等溫過程、等容過程還是等壓過程。(4)從圖像中的某一點(平衡狀態(tài))的狀態(tài)參量開始，根據(jù)不同的變化過程。先用相對應的規(guī)律計算出下一點(平衡狀態(tài))的狀態(tài)參量，逐一分析計算出各點的p、v、t。解析：(1)由圖甲可以看出，a與b連線的延長線過原點o，所以ab是等壓變化過程，即pbpa，根據(jù)蓋呂薩克定律可得，得tatb300 k200 k。(2)由圖甲可知，由bc是等容變化過程，根據(jù)查理定律得，故pcpbpbpbpa1.5105 pa2.0105 pa。則可畫出abc過程中的pt圖像，如圖所示。答案：(1)200 k(2)見解析探規(guī)尋律圖像的分析方法及其應用(1)圖像上的某一點表示一定質量氣體的一個平衡狀態(tài)；圖像上的某一線段，表示一定質量氣體的狀態(tài)變化的一個過程。(2)應用圖像解決問題時，要注意數(shù)學公式與圖像的轉換，圖像與物理過程、物理意義之間的關系。(3)在圖形轉換時，關鍵是要明確狀態(tài)的各個參量，并正確分析出各過程的性質及圖像特點。跟蹤演練(福建高考)圖4120為一定質量理想氣體的壓強p與體積v關系圖像，它由狀態(tài)a經(jīng)等容過程到狀態(tài)b，再經(jīng)等壓過程到狀態(tài)c，設a、b、c狀態(tài)對應的溫度分別為ta、tb、tc，則下列關系式中正確的是()圖4120atatb，tbtc b. tatb，tbtcc. tatb，tbtc d. tatb，tbtc解析：選c由狀態(tài)a到狀態(tài)b過程中，氣體體積不變，由查理定律可知，隨壓強減小，溫度降低，故tatb，a、d項錯；由狀態(tài)b到狀態(tài)c過程中，氣體壓強不變，由蓋呂薩克定律可知，隨體積增大，溫度升高，即tbtc，b項錯，c項對。 課堂雙基落實1下列說法正確的是()a玻意耳定律對任何壓強都適用b蓋呂薩克定律對任意溫度都適用c常溫、常壓下的各種氣體，可以當做理想氣體d一定質量的氣體，在壓強不變的情況下，它的體積跟溫度成正比解析：選c氣體實驗定律只有在壓強不太大、溫度不太低的條件下才能成立，同時這樣的氣體稱理想氣體，故a、b錯誤，c正確。根據(jù)蓋呂薩克定律知體積與熱力學溫度成正比，d錯誤。 2.對于一定質量的氣體，在體積不變時，壓強增大到原來的兩倍，則氣體溫度的變化情況是()a氣體的攝氏溫度升高到原來的兩倍b氣體的熱力學溫度升高到原來的兩倍c氣體的攝氏溫度降為原來的一半d氣體的熱力學溫度降為原來的一半解析：選b由查理定律知，一定質量的氣體，在體積不變的情況下，壓強與熱力學溫度成正比，注意公式中t為熱力學溫度。 3.如圖4121所示，上端開口的圓柱形氣缸豎直放置，截面積為5103 m2，一定質量的氣體被質量為2.0 kg的光滑活塞封閉在氣缸內(nèi)，其壓強為_ pa(大氣壓強取1.01105 pa，g取10 m/s2)。若從初溫27 開始加熱氣體，使活塞離氣缸底部的高度由0.5 m緩慢變?yōu)?.51 m，則此時氣體的溫度為_。圖4121解析：由活塞受力平衡，得pp01.05105 pa。又氣體做等壓變化，由蓋呂薩克定律得，故t2t1300 k306 k。即：t2t227333 。答案：1.0510533 4.有人設計了一種測溫裝置，其結構如圖4122所示，玻璃泡a內(nèi)封有一定量的氣體，與a相連的b管插在水銀槽中，管內(nèi)水銀面的高度x就可以反映玻璃泡內(nèi)氣體的溫度，即環(huán)境溫度，并可由b管上的刻度直接讀出。設b管的體積與a玻璃泡的體積相比可忽略不計。在1個標準大氣壓下對b管進行溫度刻度(1個標準大氣壓相當于76 cmhg的壓強，等于101 kpa)。已知當溫度t127 時，管內(nèi)水銀面高度x116 cm，此高度即為27 的刻度線，求t0 的刻度線在何處。圖4122解析：答案：21.4 cm 課下綜合檢測一、選擇題 1.(多選)下列過程可能發(fā)生的是()a氣體的溫度變化，但壓強、體積保持不變b氣體的溫度、壓強保持不變，而體積發(fā)生變化c氣體的溫度保持不變，而壓強、體積發(fā)生變化d氣體的溫度、壓強、體積都發(fā)生變化解析：選cdp、v、t三個量中，可以兩個量發(fā)生變化，一個量恒定，也可以三個量同時發(fā)生變化，只有一個量變化的情況是不存在的，故c、d選項正確。2(多選)如圖1，p表示壓強，v表示體積，t表示熱力學溫度，t表示攝氏溫度，下列各圖中正確描述一定質量氣體等壓變化規(guī)律的是()圖1解析：選ac等壓變化中，氣體的壓強保持不變，故a正確。再根據(jù)蓋呂薩克定律，c，故c正確。而b中壓強明顯發(fā)生變化。d中隨溫度升高壓強增大，故b、d錯誤。3.如圖2所示，一定量的理想氣體從狀態(tài)a沿直線變化到狀態(tài)b，在此過程中，其壓強()圖2a逐漸增大b逐漸減小c始終不變d先增大后減小解析：選a在vt圖像表示的ab變化的過程中，氣體的體積減小，溫度升高，壓強逐漸增大。4.如圖3所示，活塞的質量為m，缸套的質量為m。通過彈簧吊在天花板上，氣缸內(nèi)封有一定質量的氣體。缸套和活塞間無摩擦，活塞面積為s。大氣壓強為p0。則封閉氣體的壓強為()圖3app0mg/sbpp0(mm)g/scpp0mg/sdpmg/s解析：選c對缸套進行受力分析，如圖所示。由平衡條件可得psmgp0s所以pp05民間常用“拔火罐”來治療某些疾病，方法是將點燃的紙片放入一個小罐內(nèi)，當紙片燃燒完時，迅速將火罐開口端緊壓在皮膚上，火罐就會緊緊地“吸”在皮膚上。其原因是，當火罐內(nèi)的氣體()a溫度不變時，