物理3-3人教版8.2《气体的等容变化和等压变化》课件2

欢迎进入物理课堂 8 2 气体的等容变化和等压变化 教学目标 1 知识要求 1 知道什么是气体的等容变化过程 2 掌握查理定律的内容 数学表达式 理解p t图象的物理意义 3 知道查理定律的适用条件 4 会用分子动理论解释查理定律 2 能力要求 通过演示实验 培养学生的观察能力 分析能力和实验研究能力 3 方法要求 培养学生运用数学方法解决物理问题的能力 由图象总结出查理定律 重点 难点分析1 查理定律的内容 数学表达式 图象及适用条件是重点 2 气体压强和摄氏温度不成正比 压强增量和摄氏温度成正比 气体原来的压强 气体在零摄氏度的压强 这些内容易混淆 教具1 引入新课的演示实验 带有橡皮塞的滴液瓶 加热装置 2 演示一定质量的气体保持体积不变时 压强与温度的关系 查理定律演示器 水银气压计 搅棒 食盐和适量碎冰 温度计 保温套 容器 在物理学中 当需要研究三个物理量之间的关系时 往往采用 控制变量法 保持一个量不变 研究其它两个量之间的关系 然后综合起来得出所要研究的几个量之间的关系 1 等容变化 当体积 V 保持不变时 压强 p 和温度 T 之间的关系 一 气体的等容变化 一定质量 m 的气体的总分子数 N 是一定的 体积 V 保持不变时 其单位体积内的分子数 n 也保持不变 当温度 T 升高时 其分子运动的平均速率 v 也增大 则气体压强 p 也增大 反之当温度 T 降低时 气体压强 p 也减小 2 查理定律 一定质量的气体 在体积不变的情况下 温度每升高 或降低 1 增加 或减少 的压强等于它0 时压强的1 273 或一定质量的某种气体 在体积保持不变的情况下 压强p与热力学温度T成正比 3 公式 4 查理定律的微观解释 一定质量的气体 在压强不变的情况下 温度每升高 或降低 1 增加 或减少 的体积等于它0 时体积的1 273 二 气体的等压变化 1 等压变化 当压强 p 保持不变时 体积 V 和温度 T 之间的关系 3 公式 或一定质量的某种气体 在压强p保持不变的情况下 体积V与热力学温度T成正比 2 盖 吕萨克定律 一定质量的理想气体的压强 体积的乘积与热力学温度的比值是一个常数 n为气体的摩尔数 R为普适气体恒量 4 盖 吕萨克定律的微观解释 一定质量 m 的理想气体的总分子数 N 是一定的 要保持压强 p 不变 当温度 T 升高时 全体分子运动的平均速率v会增加 那么单位体积内的分子数 n 一定要减小 否则压强不可能不变 因此气体体积 V 一定增大 反之当温度降低时 同理可推出气体体积一定减小 三 气态方程 1A 由查理定律可知 一定质量的理想气体在体积不变时 它的压强随温度变化关系如图中实线表示 把这个结论进行合理外推 便可得出图中t0 如果温度能降低到t0 那么气体的压强将减小到Pa 273 0 15 一定质量的理想气体在等容变化过程中测得 气体在0 时的压强为P0 10 时的压强为P10 则气体在21 时的压强在下述各表达式中正确的是 A B C D AD A 两次管中气体压强相等B T1时管中气体压强小于T2时管中气体压强C T1T2 5 如图所示 A端封闭有气体的U形玻璃管倒插入水银槽中 当温度为T1时 管中水银面处在M处 温度为T2时 管中水银面处在N处 且M N位于同一高度 若大气压强不变 则 AD 12 对于一定质量的理想气体 可能发生的过程是 A 压强和温度不变 体积变大B 温度不变 压强减少 体积减少C 体积不变 温度升高 压强增大 D 压强增大 体积增大 温度降低 C 17 如图所示 导热性能良好的气缸开口向下 缸内用一活塞封闭一定质量的气体 活塞在气缸内可以自由滑动且不漏气 其下方用细绳吊着一重物 系统处于平衡状态 现将细绳剪断 从剪断细绳到系统达到新的平衡状态的过程可视为一缓慢过程 在这一过程中气缸内 A 气体从外界吸热B 单位体积的气体分子数变大C 气体分子平均速率变大D 单位时间单位面积器壁上受到气体分子撞击的次数减少 B 12 2 在图所示的气缸中封闭着温度为100 的空气 一重物用绳索经滑轮与缸中活塞相连接 重物和活塞均处于平衡状态 这时活塞离缸底的高度为10cm 如果缸内空气变为0 问 重物是上升还是下降 这时重物将从原处移动多少厘米 设活塞与气缸壁间无摩擦 气体初态体积V1 10Scm3 温度T1 373K 则重物上升高度 h 10 7 4 2 6cm 解 可得h 7 4cm 据 末态温度T2 273K 体积设为V2 hScm3 h为活塞到缸底的距离 分析可知缸内气体作等压变化 设活塞截面积为Scm2 缸内气体温度降低 压强减小 故活塞下移 重物上升 10 如图所示 一竖直放置的气缸由两个截面积不同的圆柱构成 各有一个活塞且用细杆相连 上 下分别封有两部分气体A和B 两活塞之间是真空 原来活塞恰好静止 两部分气体的温度相同 现在将两部分气体同时缓慢升高相同温度 则 A 两活塞将静止不动 B 两活塞将一起向上移动 C A气体的压强改变量比B气体的压强改变量大 D 无法比较两部分气体的压强改变量的大小 BC 14 如图所示 内壁光滑的绝热气缸竖直立于地面上 绝热活塞将一定质量的气体封闭在气缸中 活塞静止时处于A位置 现将一重物轻轻地放在活塞上 活塞最终静止在B位置 若除分子之间相互碰撞以外的作用力可忽略不计 则活塞在B位置时与活塞在A位置时相比较 A 气体的温度可能相同B 气体的内能可能相同C 单位体积内的气体分子数不变D 单位时间内气体分子撞击单位面积气缸壁的次数一定增多 D 13 如图所示 两端开口的弯管 左管插入水银槽中 右管有一段高为h的水银柱 中间封有一段空气 则 A 弯管左管内外水银面的高度差为h B 若把弯管向上移动少许 则管内气体体积增大 C 若把弯管向下移动少许 右管内的水银柱沿管壁上升 D 若环境温度升高 右管内的水银柱沿管壁上升 ACD 解见下页 环境温度升高 封闭气体体积增大 则右管内的水银柱沿管壁上升 D对 解析 封闭气体的压强等于大气压与水银柱产生压强之差 故左管内外水银面高度差也为h A对 弯管上下移动 封闭气体温度和压强不变 体积不变 B错C对 21 10分 如图 水平放置的汽缸内壁光滑 一个不导热的活塞将汽缸内的气体分为A B两部分 两部分气体可以分别通过放在其中的电热丝加热 开始时 A气体的体积是B的一半 A气体的温度是17 C B气体的温度是27 C 活塞静止 现缓慢加热汽缸内气体 使A B两部分气体的温度都升高10 C 在此过程中活塞向哪个方向移动 某同学是这样解答的 先设法保持A B气体的体积不变 由于两部分气体原来的压强相等 温度每升高1 C 压强就增加原来的1 273 因此温度都升高10 C 两边的压强还相等 故活塞不移动 你认为该同学的思路是否正确 如果认为正确 请列出公式加以说明 如果认为不正确 请指出错误之处 并确定活塞的移动方向 解 该同学思路不正确 在体积不变的情况下 一定质量的理想气体温度每升高1 C 压强就增加0 C时压强的1 273 而现在A B的温度不同而压强相等 说明0 C时它们的压强不相等 因此升高相同的温度后 最后的压强不等 设想先保持A B的体积不变 当温度分别升高10 C时 对A有 同理 对B有 由于pA pB 所以pA pB 故活塞向右移动 20 如图所示 气缸内封闭有一定质量的理想气体 当时温度为0 大气压为1atm 设其值为105Pa 气缸横截面积为500cm2 活塞重为5000N 则 1 气缸内气体压强为多少 2 如果开始时内部被封闭气体的总体积为汽缸上部体积为 并且汽缸口有个卡环可以卡住活塞 使之只能在汽缸内运动 所有摩擦不计 现在使气缸内的气体加热至273 求气缸内气体压强又为多少 解 1 由受力平衡可知 2 缸内气体先做等压变化 活塞将运动到卡环处就不再运动 设此时温度为T1 有 所以 接下来继续升温 气缸内气体将做等体积变化 设所求压强为p2 故有 代入可得 19 10分 如图所示 上端开口的光滑圆柱形气缸竖直放置 截面积为40cm2的活塞将一定质量的气体和一形状不规则的固体A封闭在气缸内 在气缸内距缸底60cm处设有a b两限制装置 使活塞只能向上滑动 开始时活塞搁在a b上 缸内气体的压强为p0 p0 1 0 105Pa为大气压强 温度为300K 现缓慢加热汽缸内气体 当温度为330K 活塞恰好离开a b 当温度为360K时 活塞上升了4cm 求 1 活塞的质量 2 物体A的体积 更多课件 全套09届课件集 143个课件 联系庞老师 设物体A的体积为 V 气体的状态参量为 气体从状态1到状态2为等容过程 代入数据得 代入数据得m 4kg 气体从状态2到状态3为等压过程 解 20 12分 一根两端开口 粗细均匀的长直玻璃管横截面积为S 2 10 3m2 竖直插入水面足够宽广的水中 管中有一个质量为m 0 4kg的密闭活塞 封闭一段长度为L0 66cm的气体 气体温度T0 300K 如图所示 开始时 活塞处于静止状态 不计活塞与管壁间的摩擦 外界大气压强P0 1 0 105Pa 水的密度 1 0 103kg m3 试问 1 开始时封闭气体的压强多大 2 现保持管内封闭气体温度不变 用竖直向上的力F缓慢地拉动活塞 当活塞上升到某一位置时停止移动 此时F 6 0N 则这时管内外水面高度差为多少 管内气柱长度多大 3 再将活塞固定住 改变管内气体的温度 使管内外水面相平 此时气体的温度是多少 1 当活塞静止时 2 当F 6 0N时 有 管内外液面的高度差 由玻意耳定律P1L1S P2L2S 解 空气柱长度 3 P3 P0 1 0 105PaL3 68 10 78cmT2 T1 气体温度变为 由气态方程 题目 12 2 本题供使用选修3 3教材的考生作答 如图所示的圆柱形容器内用活塞密封一定质量的气体 已知容器横截面积为S 活塞重为G 大气压强为P0 若活塞固定 密封气体温度升高1 需吸收的热量为Q1 若活塞不固定 且可无摩擦滑动 仍使密封气体温度升高1 需吸收的热量为Q2 1 Q1和Q2哪个大些 气体在定容下的比热容与在定压下的比热容为什么会不同 2 求在活塞可自由滑动时 密封气体温度升高1 活塞上升的高度h 设密闭气体温度升高1 内能的增量为 U 则有 U Q1 U Q2 W 对活塞用动能定理得 W内 W大气 Gh 0 W大气 P0Sh W W内 解 得 Q2 U P0S G h Q1 Q2 解 由此可见 质量相等的同种气体 在定容和定压两种不同情况下 尽管温度变化相同 但吸收的热量不同 所以同种气体在定容下的热比容与在定压下的热比容不同 解 两式 U Q1 Q2 U P0S G h 得 题目 20A 10分 汽车行驶时轮胎的胎压太高容易造成爆胎事故 太低又会造成耗油量上升 已知某型号轮胎能在 40 C 90 C正常工作 为使轮胎在此温度范围内工作时的最高胎压不超过3 5atm 最低胎压不低于1 6atm 那么 在t 20 C时给该轮胎充气 充气后的胎压在什么范围内比较合适 设轮胎的体积不变 更多课件 全套09届课件集 143个课件 联系庞老师 解 由于轮胎容积不变 轮胎内气体做等容变化 设在T0 293K充气后的最小胎压为Pmin 最大胎压为Pmax 依题意 当T1 233K时胎压为P1 1 6atm 根据查理定律 即 解得 Pmin 2 01atm 当T2 363K是胎压为P2 3 5atm 根据查理定律 即 解得 Pmax 2 83atm 5 温度计是生活 生产中常用的测温装置 右图为一个简单温度计 一根装有一小段有色水柱的细玻璃管穿过橡皮塞插入烧瓶内 封闭一定质量的气体 当外界温度发生变化时 水柱位置将上下变化 已知A D间的测量范围为20 80 A D间刻度均匀分布 由图可知 A D及有色水柱下端所示的温度分别是 A 20 80 64 B 20 80 68 C 80 20 32 D 80 20 34 C 解见下页 解 温度升高 容器内气体的体积增大 A点温度高 可见A D点温度分别为80 20 设D点下容器的体积为V0 一小格玻璃管的体积为h 由查理定律 即 即 解得t 32 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全