人教版高中物理選擇性必修第三冊第二章3第1課時氣體的等壓變化和等容變化課件

3．氣體的等壓變化和等容變化第二章

氣體、固體和液體[學(xué)習(xí)任務(wù)]

任務(wù)1．知道氣體的等壓變化和等容變化。任務(wù)2．掌握蓋-呂薩克定律和查理定律的內(nèi)容及表達式，并能應(yīng)用于簡單問題。任務(wù)3．理解p-T圖像與V-T圖像的物理意義。任務(wù)4．了解理想氣體模型，并知道實際氣體看成理想氣體的條件。任務(wù)5．掌握理想氣體狀態(tài)方程的內(nèi)容和表達式，并能應(yīng)用于實際問題。任務(wù)6．能用分子動理論和統(tǒng)計觀點解釋氣體實驗定律。3．氣體的等壓變化和等容變化整體感知·自我新知初探[問題初探]

問題1．一定質(zhì)量的氣體在等壓變化過程中，其體積V與攝氏溫度t成正比嗎？問題2．為什么實際氣體在壓強很大，溫度很低時不遵從三個實驗定律？問題3．為什么要引入理想氣體的概念？3．氣體的等壓變化和等容變化整體感知探究重構(gòu)應(yīng)用遷移課時分層作業(yè)[思維導(dǎo)圖]3．氣體的等壓變化和等容變化整體感知探究重構(gòu)應(yīng)用遷移課時分層作業(yè)第1課時氣體的等壓變化和等容變化3．氣體的等壓變化和等容變化整體感知探究重構(gòu)應(yīng)用遷移課時分層作業(yè)探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達成[鏈接教材]

燒瓶上通過橡膠塞連接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱。用手捂住燒瓶，燒瓶內(nèi)封閉氣體的壓強變化了嗎？會觀察到水柱緩慢向外移動，這說明了什么？知識點一氣體的等壓變化提示：燒瓶內(nèi)封閉氣體的壓強沒發(fā)生變化；一定質(zhì)量的氣體在壓強不變時，體積隨溫度的升高而增大。

壓強體積質(zhì)量正比質(zhì)量壓強3．氣體等壓變化的圖像如圖所示，在V-T圖像中，等壓線是一條______的直線。[微提醒]

絕對零度可無限接近但永遠達不到，并且低溫時氣體已經(jīng)液化，所以溫度較低的一段用虛線表示。過原點“早穿皮襖午穿紗，抱著火爐吃西瓜”，形容我國新疆吐魯番地區(qū)晝夜溫差大的自然現(xiàn)象。利用這一特點可以制作品質(zhì)優(yōu)良的葡萄干?，F(xiàn)有一葡萄晾房四壁開孔，如圖，房間內(nèi)晚上溫度7℃，中午溫度升為37℃，假設(shè)大氣壓強不變。問題1．房內(nèi)氣體做什么變化？問題2．晾房四壁開孔的目的是什么？問題3．設(shè)晾房的體積為V0，則從晚上到中午溢出氣體在37℃時的體積為多少？

(3)圖像：如圖所示。①V-T圖像中的等壓線是一條過原點的傾斜直線。②V-t圖像中的等壓線不過原點，但反向延長線交t軸于－273.15℃。③無論是V-T圖像還是V-t圖像，其斜率都能用來判斷氣體壓強的大小，斜率越大，壓強越小，如圖甲所示，p1<p2，如圖乙所示，p3<p4?！镜淅?】

(蓋-呂薩克定律的應(yīng)用)如圖所示，向一個閑置的瓶子中插入一根透明吸管，接口處用蠟密封，在吸管內(nèi)引入一小段油柱(長度可以忽略)并在吸管上標(biāo)刻溫度。如果不計大氣壓的變化，這就是一個簡易氣溫計。某同學(xué)測量出瓶子容積是360cm3，吸管內(nèi)部粗細均勻，橫截面積為0.2cm2，吸管的有效長度為30cm，當(dāng)室內(nèi)溫度為27℃時，油柱離左右管口均為15cm，取T＝t＋273K。(1)證明在吸管上標(biāo)刻溫度時，刻度是均勻的。(2)求該氣溫計測量的最低溫度和最高溫度(結(jié)果以“℃”為單位，保留小數(shù)點后一位)。

[答案]

(1)見解析(2)24.5

℃

29.5

℃規(guī)律方法

應(yīng)用蓋-呂薩克定律解題的一般步驟(1)確定研究對象，即被封閉的一定質(zhì)量的氣體。(2)分析被研究氣體在狀態(tài)變化時是否符合定律的適用條件：質(zhì)量一定，壓強不變。(3)確定初、末兩個狀態(tài)的溫度、體積。(4)根據(jù)蓋-呂薩克定律列式求解。(5)求解結(jié)果并分析、檢驗?！镜淅?】

(V-T圖像)(多選)一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷如圖所示的一系列過程，ab、bc、cd和da這四段過程在V-T圖像中都是直線段，ab和cd的延長線通過坐標(biāo)原點O，bc垂直于ab，由圖可以判斷(

)A．a(chǎn)b過程中氣體壓強不斷減小B．bc過程中氣體壓強不斷減小C．cd過程中氣體壓強不斷增大D．da過程中氣體壓強不斷增大√√BD

[在V-T圖像中，過原點的傾斜直線是等壓線，所以ab、cd為兩條等壓線，即pa＝pb，pc＝pd故A、C錯誤；在V-T圖像中，斜率越大表示壓強越小，所以得到pa＝pb>pc＝pd即由b到c的過程，壓強變小，由d到a的過程，壓強變大，故BD正確。故選B、D。]規(guī)律方法

根據(jù)V-T圖像判斷斜率與壓強的關(guān)系在圖中作一等溫線(圖中與V軸平行的虛線)，與兩圖線的交點縱坐標(biāo)分別為V1、V2，由玻意耳定律可得p1V1＝p2V2，因V1>V2，故p1<p2。由此可得出結(jié)論：在V-T圖像中，不同等壓線的斜率不同，斜率越大，壓強越小?！窘逃谩溥x例題】炎熱的夏天，當(dāng)我們在教室開空調(diào)時，除了溫度以外，教室內(nèi)空氣的質(zhì)量其實也發(fā)生了改變。請估算降溫前后教室內(nèi)空氣的質(zhì)量變化量。(設(shè)教室為長方體，長、寬、高分別為L＝10m，D＝6m，H＝3m，開空調(diào)使室內(nèi)空氣從溫度t1＝33℃降到t2＝26℃，室內(nèi)氣壓近似保持為1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。已知1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，溫度為0℃(273.15K)時，空氣密度為1.29kg/m3)思路點撥：教室內(nèi)的空間不變，即空氣的總體積不變。當(dāng)室內(nèi)溫度降低時，氣壓會降低，因教室不是密閉空間，室外空氣會進入室內(nèi)，使得室內(nèi)外空氣的壓強保持動態(tài)的平衡，因此室內(nèi)空氣的質(zhì)量增加、壓強不變。在降溫過程中，如果把從室外進入室內(nèi)的空氣與原來室內(nèi)的空氣看成一個整體，則可以采用蓋-呂薩克定律求解。可設(shè)教室為長方體，長、寬、高分別為L、D、H，設(shè)空調(diào)使室內(nèi)空氣從溫度t1降到t2，從而估算降溫前后室內(nèi)空氣質(zhì)量的變化量。

而室內(nèi)空氣的質(zhì)量變化量等于外界進入室內(nèi)的空氣質(zhì)量，即Δm＝ρ1(V1－V2)＝1.15×(184.21－180)kg≈4.8kg。則從溫度t1＝33℃降到t2＝26℃，室內(nèi)空氣約增加了4.8kg。[答案]

增加了4.8

kg[鏈接教材]

“拔火罐”是我國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的一種治療手段。操作時，醫(yī)生用點燃的酒精棉球加熱一個小罐內(nèi)的空氣，隨后迅速把小罐倒扣在需要治療的部位，冷卻后小罐便緊貼在皮膚上。這是什么原因呢？(如圖)知識點二氣體的等容變化提示：由于火罐內(nèi)的氣體體積一定，冷卻后氣體的溫度降低，壓強減小，故在大氣壓力作用下被“吸”在皮膚上。1．等容變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在____不變時，____隨溫度變化的過程。2．氣體等容變化圖像(如圖所示)(1)圖甲p-T圖像中的等容線是一條____________。(2)圖乙p-t圖像中的等容線不過原點，但反向延長線交t軸于___________。[微提醒]

乙圖中p與t是一次函數(shù)關(guān)系，圖線與p軸的交點表示溫度為0℃時氣體的壓強。兩圖中溫度較低段用虛線表示。體積壓強過原點的直線－273.15℃

小質(zhì)量體積正比質(zhì)量體積在炎熱的夏天，打足氣的汽車輪胎或自行車輪胎在日光的暴曬下有時會脹破，忽略輪胎體積的變化。問題1．氣體發(fā)生的是什么變化？問題2．出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因？提示：1．氣體發(fā)生的是等容變化。2．汽車或自行車輪胎體積一定，日光暴曬時，輪胎里的空氣溫度升高，氣體壓強增大，當(dāng)氣體壓強增大到超過輪胎承受的限度時，輪胎就會被脹破。

(3)圖像：如圖所示①p-T圖像中的等容線是一條過原點的傾斜直線。②根據(jù)T＝t＋273.15K得p-t圖像中的等容線不過原點，但反向延長線交t軸于－273.15℃。③無論是p-T圖像還是p-t圖像，其斜率都能用來判斷氣體體積的大小，斜率越大，體積越小，如圖甲所示，V1<V2，如圖乙所示，V3<V4?！镜淅?】

(查理定律、蓋-呂薩克定律的應(yīng)用)如圖所示，固定的豎直汽缸內(nèi)有一個活塞，活塞的質(zhì)量為m，活塞橫截面積為S，汽缸內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的氣體。現(xiàn)對汽缸內(nèi)氣體緩慢加熱，并在活塞上緩慢加沙子，使活塞位置保持不變。忽略活塞與汽缸壁之間的摩擦，已知汽缸內(nèi)氣體的初始熱力學(xué)溫度為T0，大氣壓強為p0，重力加速度大小為g。試求當(dāng)所加沙子的質(zhì)量為M時，汽缸內(nèi)氣體的溫度。思路點撥：以汽缸內(nèi)的氣體為研究對象?；钊恢帽３植蛔?，說明汽缸內(nèi)的氣體為等容變化，遵循查理定律。汽缸加熱前氣體的狀態(tài)為初態(tài)，加熱到熱力學(xué)溫度為T時的狀態(tài)為末態(tài)。通過活塞受力平衡可分別求出氣體初、末狀態(tài)的氣體壓強。

規(guī)律方法

運用氣體定律分析解決問題，除了要選擇有關(guān)的氣體為研究對象，在確定氣體的壓強時，有時還需要選擇與氣體接觸的物體作為研究對象。通過對這個研究對象進行受力分析，然后結(jié)合其運動狀態(tài)建立壓強與相關(guān)物理量的關(guān)系。[母題變式]在上述例題中，已知最初缸內(nèi)氣體的高度為h0。如果保持活塞上方所加的沙子不變，繼續(xù)對汽缸緩慢加熱，活塞緩慢向上移動距離h，此時汽缸內(nèi)氣體溫度是多少？

【典例4】密閉的容器中一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)過一系列過程，如圖所示。下列說法正確的是(

)A．a(chǎn)→b過程中，氣體分子的平均動能增大B．b→c過程中，氣體壓強不變，體積增大C．c→a過程中，單位體積分子數(shù)增大D．c→a過程中，器壁在單位面積上、單位時間內(nèi)所受氣體分子碰撞的次數(shù)增多√

應(yīng)用遷移·隨堂評估自測

√243題號1

243題號1

23題號14√

23題號1423題號41√3．一定質(zhì)量的理想氣體自狀態(tài)A沿直線變化到狀態(tài)B，如圖，在此過程中其壓強(

)A．逐漸增大B．逐漸減小C．始終不變D．先增大后減小

23題號414．如圖所示為可加熱飯盒(可視為汽缸)，飯盒蓋上有一排氣口，飯盒內(nèi)封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，氣體的初始溫度為27℃，壓強為大氣壓強p0?，F(xiàn)緩慢加熱飯盒使其內(nèi)部氣體溫度達到57℃，已知p0＝1.0×105Pa，取T＝t＋273K。(1)求此時封閉氣體的壓強。(2)打開排氣口，放出部分氣體，當(dāng)飯盒內(nèi)氣體壓強與外界大氣壓強相等時，求排出的氣體與飯盒內(nèi)剩余氣體的質(zhì)量之比(假設(shè)此過程中飯盒內(nèi)氣體溫度不變)。243題號1

243題號1[答案]

(1)1.1×105Pa

(2)1∶10回歸本節(jié)知識，完成以下問題：1．等壓變化和等容變化遵循的規(guī)律用公式分別