人教版高中物理選擇性必修三 第2章 3.氣體的等壓變化和等容變化講義

1、3.氣體的等壓變化和等容變化學習目標：1.物理觀念知道氣體的等壓變化、等容變化、理想氣體的概念，知道氣體實驗定律的微觀解釋。eq avs4al(2.)科學思維掌握蓋呂薩克定律、查理定律的內(nèi)容、公式及應(yīng)用，理解理想氣體的狀態(tài)方程并能利用其解決實際問題。eq avs4al(3.)科學探究理解并會推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)方程，養(yǎng)成推理論證嚴謹、細致的習慣，在解釋氣體實驗定律中提高分析能力。eq avs4al(4.)科學態(tài)度與責任通過對定律的理解及應(yīng)用，學會探索科學規(guī)律的方法，堅持實事求是的科學態(tài)度，培養(yǎng)學習科學的興趣。閱讀本節(jié)教材，回答第26頁“問題”并梳理必要知識點。教材P26“問題”提示：氣體吸熱升溫膨

2、脹，而封閉的氣體在壓強不變的情況下，體積變大了。一、氣體的等壓變化1等壓變化一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強不變時，體積隨溫度變化的過程叫作氣體的等壓變化。2蓋呂薩克定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強不變的情況下，其體積V與熱力學溫度T成正比。(2)公式：VCT或eq f(V1,T1)eq f(V2,T2)。(3)適用條件：氣體質(zhì)量一定；氣體壓強不變。(4)等壓變化的圖像：由VCT可知在VT坐標系中，等壓線是一條通過坐標原點的傾斜的直線。對于一定質(zhì)量的氣體，不同等壓線的斜率不同。斜率越小，壓強越大，如圖所示，p2(選填“”或“T1。甲又如圖乙所示，T1對應(yīng)的虛線AB為等溫線，從B狀態(tài)到A狀態(tài)

3、壓強增大，體積一定減小，所以V2T1。甲乙b.T一定時，在p eq f(1,V)圖像中，等溫線是延長線過坐標原點的直線，直線的斜率越大，溫度越高，如圖乙所示。等壓變化a.p一定時，在VT圖像中，等壓線是一簇延長線過坐標原點的直線，直線的斜率越大， 壓強越小，如圖甲所示。甲乙b.p一定時，在Vt圖像中，等壓線與t軸的交點總是273.15 ，是一條傾斜的直線，縱截距表示0 時氣體的體積，如圖乙所示。 eq oac(,3)等容變化a.V一定時，在pT圖像中，等容線為一簇延長線過坐標原點的直線，直線的斜率越小，體積越大，如圖甲所示。甲乙b.V一定時，在p t圖像中，等容線與t軸的交點是273.15 ，

4、是一條傾斜的直線，縱截距表示氣體在0 時的壓強，如圖乙所示?！纠?】內(nèi)壁光滑的導(dǎo)熱汽缸豎直浸放在盛有冰水混合物的水槽中，用不計質(zhì)量的活塞封閉壓強為1.0105 Pa、體積為2.0103 m3的理想氣體。現(xiàn)在活塞上方緩緩倒上沙子，使封閉氣體的體積變?yōu)樵瓉淼囊话耄缓髮⑵滓瞥鏊?，緩慢加熱，使氣體溫度變?yōu)?27 。(大氣壓強為1.0105 Pa)(1)求汽缸內(nèi)氣體的最終體積(保留三位有效數(shù)字)；(2)在如圖所示的pV圖上畫出整個過程中汽缸內(nèi)氣體的狀態(tài)變化。思路點撥：(1)在活塞上方緩緩倒沙子的過程是一個等溫變化過程，緩慢加熱的過程是一個等壓變化過程。(2)等壓過程的圖線為平行于V軸的直線，等容過

5、程的圖線為平行于p軸的直線，等溫過程的圖線為雙曲線的一支。解析(1)在活塞上方倒沙的全過程中溫度保持不變，即p0V0p1V1，解得p12.0105 Pa。在緩慢加熱到127 的過程中壓強保持不變，則eq f(V1,T1)eq f(V2,T2)，所以V21.5103 m3。(2)如圖所示答案(1)1.5103 m3 (2)見解析理想氣體狀態(tài)變化時注意轉(zhuǎn)折點的確定轉(zhuǎn)折點是兩個狀態(tài)變化過程的分界點，挖掘隱含條件，找出轉(zhuǎn)折點是應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程解決氣體狀態(tài)變化問題的關(guān)鍵。跟進訓(xùn)練3一定質(zhì)量的氣體，在狀態(tài)變化過程中的pT圖像如圖所示，在A狀態(tài)時的體積為V0，試畫出對應(yīng)的VT圖像和pV圖像(標注字母和箭

6、頭)。解析根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，有eq f(p0V0,T0)eq f(3p0)VB,T0)eq f(3p0)VC,T0)，解得VBeq f(1,3)V0，VCV0A到B是等溫變化，B到C是等壓變化，C到A是等容變化，作出對應(yīng)的VT圖像和pV圖像如圖所示。甲乙答案見解析4一個半徑為0.1 cm的氣泡，從18 m深的湖底上升。如果湖底水的溫度是8 ，湖面的溫度是24 ，湖面的大氣壓強相當于76 cm高水銀柱產(chǎn)生的壓強，即101 kPa，那么氣泡升至湖面時體積是多少？(水1.0 g/cm3，g取9.8 m/s2。)解析由題意可知18 m深處氣泡體積V1eq f(4,3)r34.19103 cm3p1

7、p0水 gh水277.4 kPaT1(2738) K281 Kp2101 kPaT2(27324) K297 K根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程eq f(p1V1,T1)eq f(p2V2,T2)，得V2eq f(p1V1T2,p2T1)eq f(277.44.19103297,101281) cm30.012 cm3。答案0.012 cm3氣體實驗定律的微觀解釋中央電視臺在科技之光欄目中曾播放過這樣一個節(jié)目：把液氮倒入飲料瓶中，馬上蓋上瓶蓋并擰緊，人立刻撤離現(xiàn)場，一會兒飲料瓶爆炸，你能解釋一下原因嗎？提示：液氮吸熱汽化，分子運動加快，飲料瓶內(nèi)氣體壓強迅速增大，當大于瓶壁承受的壓強時，飲料瓶爆炸。1玻意

8、耳定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在溫度保持不變時，體積減小，壓強增大；體積增大，壓強減小。(2)微觀解釋：溫度不變，分子的平均動能不變。體積越小，分子的數(shù)密度越大，單位時間內(nèi)撞到單位面積器壁上的分子數(shù)就越多，氣體的壓強就越大，如圖所示。體積大 體積小2蓋一呂薩克定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在壓強不變時，溫度升高，體積增大，溫度降低，體積減小。(2)微觀解釋：溫度升高，分子平均動能增大，撞擊器壁的作用力變大，而要使壓強不變，則需影響壓強的另一個因素，即分子的數(shù)密度減小，所以氣體的體積增大，如圖所示。3查理定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在體積保持不變時，

9、溫度升高，壓強增大；溫度降低，壓強減小。(2)微觀解釋：體積不變，則分子的數(shù)密度不變，溫度升高，分子平均動能增大，分子撞擊器壁單位面積的作用力變大，所以氣體的壓強增大，如圖所示?！纠?】在一定的溫度下，定質(zhì)量的氣體體積減小時，氣體的壓強增大，這是由于()A單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，單位時間內(nèi)分子對器壁碰撞的次數(shù)增多B氣體分子的數(shù)密度變大，分子對器壁的吸引力變大C每個氣體分子對器壁的平均撞擊力都變大D氣體密度增大，單位體積內(nèi)分子重量變大思路點撥：(1)影響氣體壓強的原因是分子的平均動能和單位體積的分子個數(shù)。(2)溫度是分子平均動能的標志，體積決定分子的數(shù)密度。A氣體的溫度不變，分子的平均動能不變，

10、對器壁的平均撞擊力不變，C錯誤；體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)目增多，所以氣體壓強增大，A正確；分子和器壁間無引力作用，B錯誤；單位體積內(nèi)氣體的質(zhì)量變大，不是壓強變大的原因，D錯誤。(1)宏觀量溫度的變化對應(yīng)著微觀量分子動能平均值的變化。宏觀量體積的變化對應(yīng)著氣體分子的數(shù)密度的變化。(2)壓強的變化可能由兩個因素引起，即分子熱運動的平均動能和分子的數(shù)密度，可以根據(jù)氣體變化情況選擇相應(yīng)的實驗定律加以判斷。跟進訓(xùn)練5(多選)對于一定質(zhì)量的氣體，當它的壓強和體積發(fā)生變化時，以下說法正確的是()A壓強和體積都增大時，其分子平均動能不可能不變B壓強和體積都增大時，其分子平均動能有可能減小C壓強和體積都增大

11、時，其分子的平均動能一定增大D壓強增大，體積減小時，其分子平均動能一定不變AC對于一定質(zhì)量的氣體，壓強和體積都增大時，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq f(pV,T)C，溫度一定升高，故分子熱運動的平均動能一定增加，A、C正確，B錯誤；對于一定質(zhì)量的氣體，壓強增大，體積減小時，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程知溫度可能會改變，則平均動能可能改變，D錯誤。1物理觀念：蓋呂薩克定律、查理定律、理想氣體的狀態(tài)方程。2科學思維：運用定律和公式分析解決問題。3科學方法：理想模型法、圖像法、計算法等。1對于一定質(zhì)量的氣體，在體積不變時，壓強增大到原來的2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2倍B氣體的熱

12、力學溫度升高到原來的2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B一定質(zhì)量的氣體體積不變時，壓強與熱力學溫度成正比，即eq f(p1,T1)eq f(p2,T2)，所以T2eq f(p2,p1)T12T1，選項B正確。2如圖所示為0.3 mol的某種氣體的壓強和溫度關(guān)系的p t圖線，p0表示標準大氣壓，則在狀態(tài)B時氣體的體積為()A5.6 L B3.2 L C1.2 L D8.4 LD此氣體在0 時，壓強為標準大氣壓，所以它的體積應(yīng)為22.40.3 L6.72 L，根據(jù)圖線所示，從0 到A狀態(tài)的127 ，氣體是等容變化，則A狀態(tài)的體積為6.72 L。從A狀態(tài)到B狀態(tài)的等壓

13、變化，A狀態(tài)的溫度為127 K273 K400 K，B狀態(tài)的溫度為227 K273 K500 K，根據(jù)蓋呂薩克定律eq f(VA,TA)eq f(VB,TB)，VBeq f(VATB,TA)eq f(6.72500,400) L8.4 L，D項正確。3(多選)對一定質(zhì)量的氣體，下列說法正確的是()A溫度發(fā)生變化時，體積和壓強可以不變B溫度發(fā)生變化時，體積和壓強至少有一個發(fā)生變化C如果溫度、體積和壓強三個量都不變化，我們就說氣體狀態(tài)不變D只有溫度、體積和壓強三個量都發(fā)生變化，我們就說氣體狀態(tài)變化了BCp、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，而一個量變化，另外兩個量不變的情況是不存在的，氣體狀態(tài)的變化就是p、V、T的變化。故B、C正確。4如圖所示，a、b、c三點表示一定質(zhì)量理想氣體的三個狀態(tài)，則氣體在a、b、c三個狀態(tài)的熱力學溫度之比是()A111 B121 C343 D123C根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq f(pV,T)C可知，TpV，所以TaTbTc(paVa)(pbVb)(pcVc)343，選項C正確。5房間的容積為20 m3，在溫度為7 、大氣壓強為9.8104 Pa時，室內(nèi)空氣質(zhì)量是25 kg。當溫度升高到27 ，大氣壓強變?yōu)?.0105 Pa時，室內(nèi)空氣的質(zhì)量是多少？解析