高中物理魯科版3第四章氣體第1節(jié)氣體實(shí)驗(yàn)定律 第4章第1節(jié)氣體實(shí)驗(yàn)定律

第1節(jié)氣體實(shí)驗(yàn)定律學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.知道描述氣體狀態(tài)的三個(gè)物理量.2.掌握控制變量法探究氣體實(shí)驗(yàn)定律．(重點(diǎn))3.會(huì)從圖象上描述氣體的狀態(tài)變化．(難點(diǎn))4.掌握運(yùn)用氣體實(shí)驗(yàn)定律解題的基本思路.玻意耳定律eq\a\vs4\al([先填空])1．狀態(tài)參量研究氣體的性質(zhì)時(shí)，常用氣體的壓強(qiáng)、溫度和體積描述氣體的狀態(tài)．2．探究方法控制變量法，控制其中1個(gè)量不變，研究另外2個(gè)量之間的變化關(guān)系．3．等溫變化一定質(zhì)量的氣體，在溫度保持不變的條件下，壓強(qiáng)和體積的關(guān)系．4．探究等溫變化的規(guī)律(1)實(shí)驗(yàn)裝置(如圖4-1-1所示)圖4-1-1①研究對(duì)象：針筒內(nèi)被封閉的氣體．②氣體初態(tài)壓強(qiáng)和體積：從氣壓計(jì)上直接讀出氣體壓強(qiáng)；從針筒刻度直接讀出氣體體積．(2)實(shí)驗(yàn)方法①緩慢地向前推或向后拉活塞(保持氣體溫度不變)待氣壓計(jì)示數(shù)穩(wěn)定后，記下氣體的壓強(qiáng)(p)和體積(V)．②按步驟①中的方法，測(cè)出幾組對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)和體積值．(3)處理數(shù)據(jù)：作p-eq\f(1,V)圖象．(4)探究結(jié)果：壓強(qiáng)與體積成反比．5．玻意耳定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在溫度保持不變的條件下，壓強(qiáng)與體積成反比．(2)公式：p∝eq\f(1,V)，也可寫作p1V1＝p2V2或pV＝恒量．(3)條件：氣體的質(zhì)量一定，溫度保持不變．6．氣體等溫變化的圖象(即等溫線)(1)圖象(如圖4-1-2所示)圖4-1-2(2)特點(diǎn)：一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時(shí)，由于壓強(qiáng)與體積成反比，在p-V圖象上等溫線應(yīng)為雙曲線，在p-eq\f(1,V)圖象上等溫線應(yīng)為過原點(diǎn)的直線．eq\a\vs4\al([再判斷])1．玻意耳定律的成立條件是一定質(zhì)量的氣體，溫度保持不變．(√)2．氣體的三個(gè)狀態(tài)參量是指壓強(qiáng)、溫度和體積．(√)3．在p-V圖象上，等溫線為直線．(×)eq\a\vs4\al([后思考])處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，為什么不直接畫p-V圖象，而是畫p-eq\f(1,V)圖象？【提示】p-V圖象是曲線，不易直接判定氣體的壓強(qiáng)和體積的關(guān)系．而p-eq\f(1,V)圖象是直線，很容易判定其關(guān)系．eq\a\vs4\al([合作探討])圖4-1-3如圖4-1-3所示也是“探究氣體等溫變化規(guī)律”的裝置，試根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究以下問題：探討1：本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是什么？【提示】注射器下端的開口有橡膠套，它和柱塞一起封閉在玻璃管中的空氣柱．探討2：實(shí)驗(yàn)過程中如何保證氣體的質(zhì)量和溫度不變？【提示】(1)實(shí)驗(yàn)前在柱塞上涂好潤(rùn)滑油，保證氣體質(zhì)量不變．(2)緩慢下拉或上壓柱塞，不用手接觸注射器，保證氣體的溫度不變．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．對(duì)玻意耳定律的理解(1)適用條件：一定質(zhì)量的某種氣體，溫度不太低，壓強(qiáng)不太大．(2)定律也可以表述為pV＝常量或p1V1＝p2V2，其中的常量與氣體所處溫度高低有關(guān)，溫度越高，常量越大．2．p-V圖象與p-eq\f(1,V)圖象(1)一定質(zhì)量的氣體的p-V圖象如圖4-1-4甲所示，圖線為雙曲線的一支，且溫度t1<t2.甲乙圖4-1-4(2)一定質(zhì)量的氣體p-eq\f(1,V)圖象如圖乙所示，圖線的延長(zhǎng)線為過原點(diǎn)的傾斜直線，且溫度t1<t2.3．應(yīng)用玻意耳定律的思路和方法(1)確定研究對(duì)象，并判斷是否滿足玻意耳定律成立的條件．(2)確定始末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1、V1，p2、V2)．(3)根據(jù)玻意耳定律列方程p1V1＝p2V2代入數(shù)值求解(注意各狀態(tài)參量要統(tǒng)一單位)．(4)注意分析題目中的隱含條件，必要時(shí)還應(yīng)由力學(xué)或幾何知識(shí)列出輔助方程．(5)有時(shí)要檢驗(yàn)結(jié)果是否符合實(shí)際，對(duì)不符合實(shí)際的結(jié)果要舍去．1．一定質(zhì)量的氣體，在做等溫變化的過程中，下列物理量發(fā)生變化的有()A．氣體的體積B．單位體積內(nèi)的分子數(shù)C．氣體的壓強(qiáng)D．分子總數(shù)E．氣體分子的平均動(dòng)能【解析】等溫過程中，p、V發(fā)生相應(yīng)變化，單位體積內(nèi)的分子數(shù)也隨之發(fā)生相應(yīng)變化．溫度不變，分子的平均動(dòng)能不變，故選A、B、C.【答案】ABC2．如圖4-1-5所示為一定質(zhì)量的氣體在不同溫度下的兩條等溫線，則下列說法中正確的是()圖4-1-5A．從等溫線可以看出，一定質(zhì)量的氣體在發(fā)生等溫變化時(shí)，其壓強(qiáng)與體積成反比B．一定質(zhì)量的氣體，在不同溫度下的等溫線是不同的C．由圖可知T1>T2D．由圖可知T1<T2E．由圖可知T1＝T2【解析】一定質(zhì)量的氣體的等溫線為雙曲線，由等溫線的物理意義可知，壓強(qiáng)與體積成反比，且在不同溫度下等溫線是不同的，所以A、B正確；對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，等溫線離坐標(biāo)原點(diǎn)的位置就越遠(yuǎn)，故C、E錯(cuò)誤，D正確．【答案】ABD3．如圖4-1-6，一氣缸水平固定在靜止的小車上，一質(zhì)量為m、面積為S的活塞將一定量的氣體封閉在氣缸內(nèi)，平衡時(shí)活塞與氣缸底相距L.現(xiàn)讓小車以一較小的水平恒定加速度向右運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定時(shí)發(fā)現(xiàn)活塞相對(duì)于氣缸移動(dòng)了距離d.已知大氣壓強(qiáng)為p0，不計(jì)氣缸和活塞間的摩擦，且小車運(yùn)動(dòng)時(shí)，大氣對(duì)活塞的壓強(qiáng)仍可視為p0，整個(gè)過程中溫度保持不變，求小車加速度的大小.【導(dǎo)學(xué)號(hào)：30110038】圖4-1-6【解析】選氣缸內(nèi)被封閉的氣體為研究對(duì)象小車靜止時(shí)為狀態(tài)1，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，則有p1S＝p0S氣體的壓強(qiáng)p1＝p0，氣體的體積V1＝SL設(shè)小車加速度為a時(shí)為狀態(tài)2，由牛頓第二定律得p2S－p0S＝ma氣體的壓強(qiáng)p2＝p0＋eq\f(ma,S)，氣體的體積V2＝S(L－d)由玻意耳定律得p1V1＝p2V2聯(lián)立各式得a＝eq\f(p0Sd,m（L－d）).【答案】eq\f(p0Sd,m（L－d）)解題時(shí)的注意事項(xiàng)(1)壓強(qiáng)的確定方面：應(yīng)用玻意耳定律解題時(shí)，確定氣體的壓強(qiáng)是解題的關(guān)鍵，無論是液柱、活塞、氣缸，還是封閉在液面下的氣柱，都不要忘記大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生的影響．(2)統(tǒng)一單位方面：列方程時(shí)，由于等式兩邊是對(duì)應(yīng)的，因此各物理量的單位可以不是國際單位，但等式兩邊必須統(tǒng)一．例如，體積可以都用升，壓強(qiáng)可以都用大氣壓．查理定律eq\a\vs4\al([先填空])1．等容變化一定質(zhì)量的氣體，在體積不變時(shí)，壓強(qiáng)和溫度的關(guān)系．2．探究等容變化的規(guī)律(1)實(shí)驗(yàn)裝置(如圖4-1-7所示)圖4-1-7①研究對(duì)象：燒瓶?jī)?nèi)被封閉的氣體．②壓強(qiáng)和溫度：從氣壓計(jì)上讀出氣體的壓強(qiáng)，從溫度計(jì)上讀出氣體的溫度．(2)實(shí)驗(yàn)方法①加熱燒杯，待氣壓計(jì)示數(shù)穩(wěn)定后，記下氣體的壓強(qiáng)和溫度．②按步驟①的方法繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)，測(cè)出幾組對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)和溫度值．③處理數(shù)據(jù)，作p-T圖象．(3)探究結(jié)果：壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比．3．查理定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在體積保持不變的條件下，壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比．(2)公式：p∝T或eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2).(3)條件：氣體的質(zhì)量一定，體積保持不變．4．熱力學(xué)溫度T(1)單位是開爾文，簡(jiǎn)稱為開，符號(hào)為K.(2)與攝氏溫度t的關(guān)系：T＝t＋273．eq\a\vs4\al([再判斷])1．在體積不變的條件下，壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比．(×)2．熱力學(xué)溫度T＝t＋273，且ΔT＝Δt.(√)3．一定質(zhì)量的氣體，壓強(qiáng)與攝氏溫度成正比．(×)eq\a\vs4\al([后思考])如果橫軸用攝氏溫度，則等容變化的p-t圖象是怎樣的？【提示】根據(jù)T＝t＋273，p＝CT＝C(t＋273)．當(dāng)p＝0時(shí)，t＝－273℃，故p-t圖象為直線，但不通過坐標(biāo)原點(diǎn)．eq\a\vs4\al([合作探討])甲乙圖4-1-8如圖4-1-8為一定質(zhì)量的氣體在體積不變的條件下，壓強(qiáng)隨攝氏溫度(圖甲)及熱力學(xué)溫度(圖乙)的變化關(guān)系，探討1：如圖甲，壓強(qiáng)與攝氏溫度成正比嗎？圖象與縱軸的截距表示什么？【提示】p與t是線性關(guān)系，不成正比，與縱軸的截距表示0℃時(shí)氣體的壓強(qiáng)．探討2：在壓強(qiáng)不太大，溫度不太低時(shí)，圖象的延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)表示什么？壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度有怎樣的關(guān)系？【提示】表示絕對(duì)零度，p與T成正比．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．查理定律(1)成立條件：氣體的質(zhì)量和體積不變．(2)表達(dá)式①熱力學(xué)溫度下：eq\f(p,T)＝C.②攝氏溫度下：pt＝p0＋eq\f(t,p0.(3)查理定律表達(dá)式eq\f(p,T)＝C中的C與氣體的種類、質(zhì)量、體積有關(guān)．2．查理定律的推論eq\x(查理定律\f(p1,T1)＝\f(p2,T2))eq\o(→,\s\up14(推論))eq\f(p,T)＝eq\f(Δp,ΔT)或Δp＝eq\f(p,T)ΔT表示一定質(zhì)量的某種氣體從初狀態(tài)(p、T)開始發(fā)生等容變化，其壓強(qiáng)的變化量Δp與溫度的變化量ΔT成正比．3．等容過程的p-T和p-t的圖象(1)p-T圖象：一定質(zhì)量的某種氣體，在等容過程中，氣體的壓強(qiáng)p和熱力學(xué)溫度T的關(guān)系圖線的延長(zhǎng)線是過原點(diǎn)的傾斜直線，如圖4-1-9所示，且V1<V2，即體積越大，斜率越?。畧D4-1-9(2)p-t圖象：一定質(zhì)量的某種氣體，在等容過程中，壓強(qiáng)p與攝氏溫度t是一次函數(shù)關(guān)系，不是簡(jiǎn)單的正比例關(guān)系，如圖4-1-10所示，等容線是一條延長(zhǎng)線通過橫軸－℃的點(diǎn)的傾斜直線，且斜率越大，體積越小．圖象縱軸的截距p0是氣體在0℃時(shí)的壓強(qiáng)．圖4-1-104．如圖4-1-11所示為一定質(zhì)量氣體的等容線，下面說法中正確的是()圖4-1-11A．直線AB的斜率是eq\f(p0,273)B．0℃時(shí)氣體的壓強(qiáng)為p0C．溫度在接近0K時(shí)氣體的壓強(qiáng)為零D．BA延長(zhǎng)線與橫軸交點(diǎn)為－273℃E．壓強(qiáng)p與溫度t成正比【解析】在p-t圖象上，等容線的延長(zhǎng)線與t軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為－273℃，從圖中可以看出，0℃時(shí)氣體壓強(qiáng)為p0，因此直線AB的斜率為eq\f(p0,273)，A、B、D正確；在接近0K時(shí)，氣體已液化，因此不滿足查理定律，壓強(qiáng)不為零，C錯(cuò)誤；壓強(qiáng)p與溫度t的關(guān)系是線性關(guān)系而不是成正比，E錯(cuò)誤．【答案】ABD5．用易拉罐盛裝碳酸飲料非常衛(wèi)生和方便，但如果劇烈碰撞或嚴(yán)重受熱會(huì)導(dǎo)致爆炸．我們通常用的可樂易拉罐容積V＝335mL.假設(shè)在室溫(17℃)下罐內(nèi)裝有的飲料，剩余空間充滿CO2氣體，氣體壓強(qiáng)為1atm.若易拉罐能承受的最大壓強(qiáng)為atm，則保存溫度不能超過多少？【解析】本題為一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等容變化，取CO2氣體為研究對(duì)象．初態(tài)：p1＝1atm，T1＝(273＋17)K＝290K，末態(tài)：p2＝atm，T2待求．由查理定律eq\f(p1,p2)＝eq\f(T1,T2)得T2＝eq\f(T1p2,p1)＝eq\f(290×,1)K＝348K.t＝(348－273)℃＝75℃.【答案】75℃利用查理定律解題的一般步驟(1)明確研究對(duì)象，并判斷是否滿足其適用條件．(2)確定始末狀態(tài)參量(p1、T1，p2、T2)．(3)根據(jù)查理定律列方程求解(注意p1和p2、T1和T2統(tǒng)一單位)．蓋·呂薩克定律eq\a\vs4\al([先填空])1．等壓變化一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，體積和溫度的關(guān)系．2．探究等壓變化的規(guī)律(1)實(shí)驗(yàn)裝置(如圖4-1-12所示)圖4-1-12①研究對(duì)象：毛細(xì)管中被水銀柱封閉的氣體．②體積和溫度：從溫度計(jì)上直接讀出氣體的溫度，用空氣柱的長(zhǎng)度表示氣體的體積(毛細(xì)管的截面積不變)，由刻度尺直接讀出．(2)實(shí)驗(yàn)方法①加熱燒杯，待溫度計(jì)示數(shù)穩(wěn)定后，記下氣體的溫度和體積．②按步驟a的方法繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)，求出幾組對(duì)應(yīng)的溫度和體積．③處理數(shù)據(jù)，作V-T圖象．(3)探究結(jié)果體積與熱力學(xué)溫度成正比．3．蓋·呂薩克定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)保持不變的條件下，體積與熱力學(xué)溫度成正比．(2)公式：V∝T或eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2).(3)條件：氣體的質(zhì)量一定，壓強(qiáng)保持不變．4．理想氣體的狀態(tài)方程(1)實(shí)驗(yàn)定律的成立條件：壓強(qiáng)不太大、溫度不太低．(2)三個(gè)參量都變化時(shí)的關(guān)系：eq\f(pV,T)＝C．eq\a\vs4\al([再判斷])1．一定質(zhì)量的氣體，若壓強(qiáng)保持不變，則體積與熱力學(xué)溫度成正比．(√)2．一定質(zhì)量的氣體，若壓強(qiáng)和體積保持不變，溫度可能會(huì)發(fā)生變化．(×)eq\a\vs4\al([后思考])等壓線的斜率大小與氣體壓強(qiáng)大小之間有怎樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系？【提示】一定質(zhì)量的氣體在不同壓強(qiáng)下做等壓變化時(shí)，在V-T坐標(biāo)系中得到的是通過坐標(biāo)原點(diǎn)的一傾斜直線，直線的斜率越大，壓強(qiáng)越?。甧q\a\vs4\al([合作探討])甲乙圖4-1-13如圖4-1-13甲、乙為一定質(zhì)量的不同壓強(qiáng)的氣體，在發(fā)生等壓變化時(shí)的V-T圖象和V-t圖象，探討1：(1)氣體的體積V與熱力學(xué)溫度T成什么關(guān)系？【提示】氣體的體積V與熱力學(xué)溫度T成正比．探討2：圖象中p1和p2表示不同壓強(qiáng)下的兩條等壓線，從圖象來分析，等壓線的斜率大小與氣體壓強(qiáng)大小之間有怎樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系？【提示】從圖象可以看出，無論是V-T圖象還是V-t圖象，都是等壓線的斜率越大，壓強(qiáng)越小，因此，p1>p2.eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．蓋·呂薩克定律(1)成立條件：氣體的質(zhì)量和壓強(qiáng)不變．(2)表達(dá)式①熱力學(xué)溫度下：eq\f(V,T)＝C.②攝氏溫度下：Vt＝V0＋eq\f(t,V0.(3)表達(dá)式eq\f(V,T)＝C中的C與氣體的種類、質(zhì)量、體積有關(guān)．2．蓋·呂薩克定律的推論eq\o(\a\al(蓋·呂薩克定律,\f(V1,T1)＝\f(V2,T2)))eq\o(→,\s\up14(推論))eq\f(V,T)＝eq\f(ΔV,ΔT)或ΔV＝eq\f(V,T)ΔT一定質(zhì)量的某種氣體從初狀態(tài)(V、T)開始發(fā)生等壓變化，其體積的變化量ΔV與溫度的變化量ΔT成正比．3．V-T和V-t圖象(1)V-T圖象：一定質(zhì)量的某種氣體，在等壓過程中，氣體的體積V和熱力學(xué)溫度T圖線的延長(zhǎng)線是過原點(diǎn)的傾斜直線，如圖4-1-14甲所示，且p1<p2，即壓強(qiáng)越大，斜率越?。滓覉D4-1-14(2)V