高中物理 第2章 气体 3 气体实验定律教师用书 教科版选修3-3

3气体实验定律学 习 目 标知 识 脉 络1.知道气体的三个状态参量.2.掌握控制变量法探究气体实验定律(重点)3.掌握三个气体实验定律(重点)4.会用气体实验定律计算有关问题(重点、难点)气体的状态参量1研究气体的性质，用压强、体积、温度等物理量描述气体的状态描述气体状态的这几个物理量叫做气体的状态参量2气体的体积是指气体占有空间的大小，就是贮放气体的容器的容积在国际单位制中，体积的单位是立方米，符号是m3.常用单位间的换算关系：1 L103 m3,1 mL106 m3.3温度是气体分子平均动能的标志，热力学温度，亦称绝对温度，用符号T表示，单位是开尔文，符号是K.两种温度间的关系是Tt273.4气体的压强是大量气体分子对器壁撞击的宏观表现，用符号p表示在国际单位制中，单位是帕斯卡，符号是Pa.1气体体积就是所有气体分子体积的总和()2温度越高，所有的分子运动越快()3一个物体的温度由10 升高到20 ，与它从288 K升高到298 K所升高的温度是相同的()摄氏温度的1 与热力学温度的1 K大小相同吗？【提示】热力学温度与摄氏温度零点选择不同，但它们的分度方法，即每一度的大小是相同的1温度的含义：温度表示物体的冷热程度，这样的定义带有主观性，因为冷热是由人体的感觉器官比较得到的，往往是不准确的2温标(1)常见的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标(2)比较摄氏温标和热力学温标.摄氏温标热力学温标提出者摄尔修斯和施勒默尔英国物理学家开尔文零度的规定一个标准大气压下冰水混合物的温度273.15 温度名称摄氏温度热力学温度温度符号tT单位名称摄氏度开尔文单位符号K关系Tt273.15，粗略表示：Tt2731(2016西安高二检测)关于热力学温度下列说法中正确的是()A33 240 KB温度变化1 ，也就是温度变化1 KC摄氏温度与热力学温度都可能取负值D温度由t 升至2t ，对应的热力学温度升高了273 KtE136 比136 K温度高【解析】T273t，由此可知：33 240 K，A正确，同时B正确；D中初态热力学温度为273t，末态为2732t温度变化t K，故D错；对于摄氏温度可取负值的范围为0到273 ，因绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，故C错；根据Tt273，可知136 137 K，E正确【答案】ABE2下列关于热力学温度的说法中，正确的是()A热力学温度的零值等于273.15 B热力学温度变化1 K和摄氏温度变化1 ，变化量的大小是相等的C绝对零度是低温的极限，永远达不到D1 就是1 KE升高1 就是升高274.15 K【解析】根据热力学温标零值的规定可知A正确；热力学温度变化1 K和摄氏温度变化1 的变化量大小是相等的，但1 不是1 K，B正确，D、E错误；绝对零度是低温的极限，只能无限接近而永远不可能达到，C正确【答案】ABC3如果物体的温度从27 升高到127 ，用热力学温度表示，以下说法不正确的是()【导学号：74320029】A物体的温度升高了400 KB物体的温度升高了100 KC物体的温度升高到400 KD物体的温度升高到373 KE物体的温度升高到273 K【解析】由Tt273知27 时对应的热力学温度为300 K,127 时对应的热力学温度为400 K，所以升高了100 K，B和C正确，A、D、E错误【答案】ADE1热力学温度与摄氏温度的关系是Tt273.15，因此对于同一温度来说，用不同的温标表示，数值不同，这是因为零值选取不同2在热力学温标与摄氏温标中，热力学温度升高(或降低)1 K，则摄氏温度也升高(或降低)1 .玻意耳定律1等温变化：一定质量的气体，如果在状态变化时其温度保持不变，这种变化称为等温变化2玻意耳定律(1)内容：一定质量的某种气体，在温度保持不变的情况下，压强p和体积V成反比(2)公式：pV常量或p1V1p2V2.(3)适用条件气体质量不变、温度不变气体压强不太大、温度不太低1在探究气体压强、体积、温度三个状态参量之间关系时采用控制变量法()2玻意耳定律的成立条件是一定质量的气体，温度保持不变()3玻意耳定律的公式是p1V1p2V2.()在探究气体等温变化规律的实验时，在改变封闭气体的体积时，为什么要缓慢进行？【提示】该实验的条件是气体的质量一定，温度不变，体积变化时封闭气体自身的温度会发生变化，为保证温度不变，应给封闭气体以足够的时间进行热交换，以保证气体的温度不变1玻意耳定律p1V1p2V2是实验定律，只有在气体质量一定、温度不变的条件下才成立2玻意耳定律的数学表达式pVC中的常量C不是一个普适恒量，它与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该恒量C越大3应用玻意耳定律的思路和方法(1)确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律成立的条件(2)确定始末状态及状态参量(p1、V1、p2、V2)(3)根据玻意耳定律列方程p1V1p2V2，代入数值求解(注意各状态参量要统一单位)(4)注意分析题目中的隐含条件，必要时还应由力学或几何知识列出辅助方程(5)有时要检验结果是否符合实际，对不符合实际的结果要删去4一定质量的气体，在做等温变化的过程中，下列物理量发生变化的有()A气体的体积B单位体积内的分子数C气体的压强D分子总数 E气体分子的平均动能【解析】等温过程中，p、V发生相应变化，单位体积内的分子数也随之发生相应变化温度不变，分子的平均动能不变，故选A、B、C.【答案】ABC5.如图231所示，一汽缸水平固定在静止的小车上，一质量为m、面积为S的活塞将一定量的气体封闭在汽缸内，平衡时活塞与汽缸底相距L.现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动，稳定时发现活塞相对于汽缸移动了距离d.已知大气压强为p0，不计汽缸和活塞间的摩擦，且小车运动时，大气对活塞的压强仍可视为p0，整个过程中温度保持不变，求小车加速度的大小图231【解析】选汽缸内被封闭的气体为研究对象小车静止时为状态1，系统处于平衡状态，气体的压强p1p0，气体的体积V1SL设小车加速度为a时为状态2，由牛顿第二定律得p2Sp0Sma气体的压强p2p0，气体的体积V2S(Ld)由玻意耳定律得p1V1p2V2联立各式得a.【答案】解题时的注意事项(1)压强的确定方面：应用玻意耳定律解题时，确定气体的压强是解题的关键，无论是液柱、活塞、汽缸，还是封闭在液面下的气柱，都不要忘记大气压强产生的影响(2)统一单位方面：列方程时，由于等式两边是对应的，因此各物理量的单位可以不是国际单位，但等式两边必须统一例如，体积可以都用升，压强可以都用大气压查理定律1等容变化一定质量的气体，在体积不变时，压强和温度的关系2查理定律(1)内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比(2)公式：常量或或.(3)适用条件气体的质量一定，气体的体积不变气体压强不太大、温度不太低1在质量和体积不变的情况下，气体的压强与摄氏温度成正比()2在体积不变的条件下，压强与热力学温度成正比()3气体在做等容变化时，温度升高1 ，增大的压强是原来压强的.()某登山运动员在一次攀登珠穆朗玛峰的过程中，在接近山顶时他裸露在手腕上的防水手表的表盘玻璃突然爆裂了，而手表没有受到任何撞击，你知道其中的原因吗？【提示】手表表壳可以看成一个密闭容器，出厂时封闭着一定质量的气体，登山过程中气体发生等容变化，因为高山山顶附近的温度低很多，压强比山脚处小很多，内外压力差超过表盘玻璃的承受限度，便会发生爆裂1查理定律的适用条件：压强不太大，温度不太低的情况当温度较低，压强较大时，气体会液化，定律不再适用2公式变式由得或pp1，TT1.6一定质量的气体在体积不变时，下列有关气体的状态变化的说法正确的是()【导学号：74320030】A温度每升高1 ，压强的增量是原来压强的B温度每升高1 ，压强的增量是0 时压强的C气体的压强和热力学温度成正比D气体的压强和摄氏温度成正比E压强的变化量与热力学温度的变化量成正比【解析】根据查理定律：pCT，知C正确；将T(273t)K代入得：pC(273t)，升高1 时的压强为p1C(274t)，所以pC，B正确；由可知E正确【答案】BCE7用易拉罐盛装碳酸饮料非常卫生和方便，但如果剧烈碰撞或严重受热会导致爆炸我们通常用的可乐易拉罐容积V335 mL.假设在室温(17 )下罐内装有0.9V的饮料，剩余空间充满CO2气体，气体压强为1 atm.若易拉罐能承受的最大压强为1.2 atm，则保存温度不能超过多少？【解析】本题为一定质量的气体发生等容变化，取CO2气体为研究对象初态：p11 atm，T1(27317)K290 K，末态：p21.2 atm，T2待求由查理定律得T2 K348 K.t(348273) 75 .【答案】75 利用查理定律解题的一般步骤(1)明确研究对象，并判断是否满足其适用条件(2)确定始末状态参量(p1、T1，p2、T2)(3)根据查理定律列方程求解(注意p1和p2、T1和T2统一单位)盖吕萨克定律1等压变化一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积和温度的关系2盖吕萨克定律(1)内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比(2)公式：常量或或.(3)适用条件气体质量一定，气体压强不变气体压强不太大、温度不太低1一定质量的气体，若压强保持不变，则体积与热力学温度成正比()2一定质量的气体，若压强和体积保持不变，温度可能会发生变化()3一定质量的气体，若体积变大，则温度一定升高()一定质量的某种气体，温度降得足够低时其状态是否发生变化？等压变化是否还遵守盖吕萨克定律？【提示】当温度降得比较低时，气体就会变成液体，甚至变成固体，此时将不再遵守盖吕萨克定律1盖吕萨克定律的适用范围：压强不太大，温度不太低原因同查理定律2公式变式由得，所以VV1，TT1.8对于一定质量的气体，在压强不变时，体积增大到原来的两倍，则正确说法是()【导学号：74320031】A气体的摄氏温度升高到原来的两倍B气体的热力学温度升高到原来的两倍C温度每升高1 K体积增加是原来的D体积的变化量与温度的变化量成正比E气体的体积与热力学温度成正比【解析】由盖吕萨克定律可知A错误，B正确；温度每升高1 即1 K，体积增加是0 体积的，C错误；由盖吕萨克定律的变形式可知D正确；答案BDE.【答案】BDE9如图232所示，一圆柱形容器竖直放置，通过活塞封闭着摄氏温度为t的理想气体活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距h.现通过电热丝给气体加热一段时间，结果活塞缓慢上升了h，已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计器壁向外散失的热量及活塞与器壁间的摩擦，求：图232(1)气体的压强；(2)这段时间内气体的温度升高了多少？【解析】(1)以活塞为研究对象，受力分析得：pSp0Smg解得气体的压强为pp0.(2)以被封闭气体为研究对象，气体经历等压变化，初状态：V1hST1273t末状态：V22hST2273t由盖吕萨克定律得：解得：t2732tttt273t.【答案】(1)p0(2)273t盖吕萨克定律解题的一般步骤(1)明确研究对象，并判断是否满足适用条件(2)确定始末状态参量(V1、T1，V2、T2)(3)根据盖吕萨克定律列方程求解(注意V1和V2，T1和T2统一单位)