2019-2020年高中物理第二章固体、液体和气体第八节气体实验定律（Ⅱ）教学案粤教版选修3-3.doc

2019-2020年高中物理第二章固体、液体和气体第八节气体实验定律（）教学案粤教版选修3-3目标定位 1.知道什么是等容变化，知道查理定律的内容和公式.2.知道什么是等压变化，知道盖吕萨克定律的内容和公式.3.了解等容变化的pT图线和等压变化的VT图线及其物理意义.4.会用分子动理论和统计观点解释气体实验定律一、查理定律导学探究打足气的自行车在烈日下曝晒，常常会爆胎，原因是什么？答案车胎在烈日下曝晒，胎内的气体温度升高，气体的压强增大，把车胎胀破知识梳理1等容变化：一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度的变化叫做等容变化2查理定律(1)内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比(填“正比”或“反比”)(2)表达式：pCT或.(3)适用条件：气体的质量和体积不变3等容线：pT图象和pt图象分别如图1甲、乙所示图14从图1可以看出：pT图象(或pt图象)为一次函数图象，由此我们可以得出一个重要推论：一定质量的气体，从初状态(p、T)开始发生等容变化，其压强的变化量p与热力学温度的变化量T之间的关系为：.延伸思考图1中斜率的不同能够说明什么问题？答案斜率与体积成反比，斜率越大，体积越小二、盖吕萨克定律1等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度的变化叫做等压变化2盖吕萨克定律(1)内容：一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成正比(2)表达式：VCT或.(3)适用条件：气体的质量和压强不变3等压线：VT图象和Vt图象分别如图2甲、乙所示图24从图2可以看出：VT图象(或Vt图象)为一次函数图象，由此我们可以得出一个重要推论：一定质量的气体从初状态(V、T)开始发生等压变化，其体积的变化量V与热力学温度的变化量T之间的关系为.延伸思考图2中斜率的不同能够说明什么问题？答案斜率与压强成反比，斜率越大，压强越小三、对气体实验定律的微观解释导学探究如何从微观角度来解释气体实验定律？答案从决定气体压强的微观因素上来解释，即气体分子的平均动能和气体分子的密集程度知识梳理1玻意耳定律的微观解释一定质量的某种理想气体，温度不变，分子的平均动能不变体积减小，分子的密集程度增大，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增多，气体的压强增大2查理定律的微观解释一定质量的某种理想气体，体积不变，则分子的密集程度不变，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁的作用力变大，所以气体的压强增大3盖吕萨克定律的微观解释一定质量的某种理想气体，温度升高，分子的平均动能增大，撞击器壁的作用力变大，而要使压强不变，则需使影响压强的另一个因素分子的密集程度减小，所以气体的体积增大.一、查理定律的应用例1气体温度计结构如图3所示玻璃测温泡A内充有气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D中水银面高出O点h114 cm，后将A放入待测恒温槽中，上下移动D，使C中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点h244 cm.求恒温槽的温度(已知外界大气压为1个标准大气压，1个标准大气压等于76 cmHg)图3答案364 K(或91 )解析设恒温槽的温度为T2，由题意知T1273 KA内气体发生等容变化，根据查理定律得p1p0ph1p2p0ph2联立式，代入数据得T2364 K(或91 )二、盖吕萨克定律的应用例2如图4所示，绝热的气缸内封有一定质量的气体，缸体质量M200 kg，活塞质量m10 kg，活塞横截面积S100 cm2.活塞与气缸壁无摩擦且不漏气此时，缸内气体的温度为27 ，活塞位于气缸正中间，整个装置都静止已知大气压恒为p01.0105 Pa，重力加速度为g10 m/s2.求：图4(1)缸内气体的压强 p1；(2)缸内气体的温度升高到多少时，活塞恰好会静止在气缸缸口AB处答案(1)3.0105 Pa(2)327 解析(1)以气缸为研究对象(不包括活塞)，由气缸受力平衡得：p1SMgp0S解得：p13.0105 Pa.(2)设当活塞恰好静止在气缸缸口AB处时，缸内气体温度为T2，压强为p2，此时仍有p2SMgp0S，即缸内气体做等压变化对这一过程研究缸内气体，由盖吕萨克定律得：所以T22T1600 K故t2(600273)327 .三、pT图象与VT图象的应用例3图5甲是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的VT图象，已知气体在状态A时的压强是1.5105 Pa.图5(1)根据图象提供的信息，计算图中TA的值(2)请在图乙坐标系中，作出气体由状态A经状态B变为状态C的pT图象，并在图线相应位置上标出字母A、B、C，如果需要计算才能确定有关坐标值，请写出计算过程答案(1)200 K(2)见解析图解析(1)根据盖吕萨克定律可得所以TATB300 K200 K.(2)根据查理定律得pCpBpBpB1.5105 Pa2.0105 Pa则可画出由状态ABC的pT图象如图所示四、对气体实验定律的微观解释例4(多选)对一定质量的理想气体，下列说法正确的是()A体积不变，压强增大时，气体分子的平均动能一定增大B温度不变，压强减小时，气体的密度一定减小C压强不变，温度降低时，气体的密度一定减小D温度升高，压强和体积可能都不变答案AB解析根据气体压强、体积、温度的关系可知，体积不变，压强增大时，气体的温度升高，气体分子的平均动能一定增大，选项A正确；温度不变，压强减小时，气体体积增大，气体的密度减小，故选项B正确；压强不变，温度降低时，体积减小，气体的密度增大，故选项C错误；温度升高，压强、体积中至少有一个会发生改变，故选项D错误1(查理定律的应用)一定质量的气体，在体积不变的条件下，温度由0 升高到10 时，其压强的增量为p1，当它由100 升高到110 时，所增压强为p2，则p1与p2之比是()A101 B373273C11 D383283答案C解析由查理定律得pT，一定质量的气体在体积不变的条件下C，温度由0 升高到10 和由100 升高到110 ，T10 K相同，故所增加的压强p1p2，C项正确2(盖吕萨克定律的应用)如图6所示，气缸中封闭着温度为100 的空气，一重物用轻质绳索经光滑滑轮跟缸中活塞相连接，重物和活塞都处于平衡状态，这时活塞离气缸底的高度为10 cm.如果缸内空气温度变为0 ，重物将上升多少厘米？(绳索足够长，结果保留三位有效数字)图6答案2.68 cm解析这是一个等压变化过程，设活塞的横截面积为S.初态：T1(273100) K373 K，V110S末态：T2273 K，V2LS由盖吕萨克定律得LSV1，L10 cm7.32 cm重物上升高度为10 cm7.32 cm2.68 cm.3(pT图象与VT图象的应用)如图7所示，是一定质量的气体从状态A经状态B、C到状态D的pT图象，已知气体在状态B时的体积是8 L，求VA和VC、VD，并画出此过程的VT图象图7答案4 L8 L10.7 LVT图象见解析图解析AB为等温过程，有pAVApBVB所以VA L4 LBC为等容过程，所以VCVB8 LCD为等压过程，有，VDVC8 L L10.7 L此过程的VT图象如图所示：4(气体实验定律的微观解释)一定质量的理想气体，在压强不变的条件下，温度升高，体积增大，从分子动理论的观点来分析，正确的是 ()A此过程中分子的平均速率不变，所以压强保持不变B此过程中每个气体分子碰撞器壁的平均冲击力不变，所以压强保持不变C此过程中单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数不变，所以压强保持不变D以上说法都不对答案D解析压强与单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数和每个分子的冲击力有关，温度升高，分子对器壁的平均冲击力增大，单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数应减小，压强才可能保持不变题组一查理定律的应用1一定质量的气体，体积保持不变，下列过程可以实现的是()A温度升高，压强增大B温度升高，压强减小C温度不变，压强增大D温度不变，压强减小答案A解析由查理定律pCT得温度和压强只能同时升高或同时降低，故A项正确2民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地被“吸”在皮肤上其原因是，当火罐内的气体()A温度不变时，体积减小，压强增大B体积不变时，温度降低，压强减小C压强不变时，温度降低，体积减小D质量不变时，压强增大，体积减小答案B解析纸片燃烧时，罐内气体的温度升高，将罐压在皮肤上后，封闭气体的体积不再改变，温度降低时，由pT知封闭气体压强减小，火罐紧紧“吸”在皮肤上，B选项正确题组二盖吕萨克定律的应用3一定质量的气体保持其压强不变，若其热力学温度降为原来的一半，则气体的体积变为原来的()A四倍 B二倍C一半 D四分之一答案C4房间里气温升高3 时，房间内的空气将有1%逸出到房间外，由此可计算出房间内原来的温度是 ()A7 B7 C17 D27 答案D解析以升温前房间里的气体为研究对象，由盖吕萨克定律：，解得：T300 K，t27 ，所以答案选D.5一定质量的空气，27 时的体积为1.0102 m3，在压强不变的情况下，温度升高100 时体积是多大？答案1.33102 m3解析一定质量的空气，在等压变化过程中，可以运用盖吕萨克定律进行求解空气的初、末状态参量分别为初状态：T1(27327) K300 K，V11.0102 m3；末状态：T2(27327100) K400 K.由盖吕萨克定律得，气体温度升高100 时的体积为V2V11.0102 m31.33102 m3.题组三pT图象和VT图象的考查6(多选)如图1所示是一定质量的气体从状态A经状态B到状态C的pT图象，则下列判断正确的是()图1AVAVBBVBVCCVBVC答案AC解析由题图和查理定律可知VAVB，故A正确；由状态B到状态C，温度不变，压强减小，说明体积增大，故C正确7. (多选)一定质量的气体的状态经历了如图2所示的ab、bc、cd、da四个过程，其中bc的延长线通过原点，cd垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平行，则气体体积在()图2Aab过程中不断增加Bbc过程中保持不变Ccd过程中不断增加Dda过程中保持不变答案AB解析首先，因为bc的延长线通过原点，所以bc是等容线，即气体体积在bc过程中保持不变，B正确；ab是等温线，压强减小则体积增大，A正确；cd是等压线，温度降低则体积减小，C错误；如图所示，连接aO交cd于e，则ae是等容线，即VaVe，因为VdVe，所以VdVa，所以da过程中气体体积变大，D错误8(多选)一定质量的某种气体自状态A经状态C变化到状态B，这一过程的VT图象如图3所示，则 ()图3A在过程AC中，气体的压强不断变大B在过程CB中，气体的压强不断变小C在状态A时，气体的压强最大D在状态B时，气体的压强最大答案AD解析气体的AC变化过程是等温变化，由pVC可知，体积减小，压强增大，故A正确在CB变化过程中，气体的体积不发生变化，即为等容变化，由C可知，温度升高，压强增大，故B错误综上所述，在ACB过程中气体的压强始终增大，所以气体在状态B时的压强最大，故C错误，D正确题组四气体实验定律的微观解释9(多选)封闭在气缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是()A气体的密度增大B气体的压强增大C气体分子的平均动能减小D每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多答案BD解析当体积不变时，常量，T升高，压强增大，B对由于质量不变，体积不变，分子密度不变，而温度升高，分子的平均动能增大，所以单位时间内，气体分子对容器单位面积器壁碰撞次数增多，D对，A、C错10(多选)一定质量的气体，在温度不变的情况下，体积增大、压强减小，体积减小、压强增大的原因是 ()A体积增大后，气体分子的平均速率变小了B体积减小后，气体分子的平均速率变大了C体积增大后，单位体积内的分子数变少了D体积减小后，在相等的时间内，撞击到单位面积上的分子数变多了答案CD解析气体分子的平均速率跟温度有关，温度一定时，分子的平均速率一定，A、B错误；体积增大，分子密度减小，体积减小后，分子密度增大，在相等的时间内撞击到单位面积上的分子数变多，C、D正确11. (多选)图4中的实线表示一定质量的理想气体状态变化的pT图象，变化方向如图中箭头所示，则下列说法中正确的是()图4Aab过程中气体内能增加，密度不变Bbc过程中气体内能增加，密度也增大Ccd过程中，气体分子的平均动能不变Dda过程中，气体内能增加，密度不变答案AC题组五综合应用12. 如图5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，结果使活塞又缓慢上升了h，若这段时间内气体吸收的热量为Q，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，求：图5(1)气体的压强；(2)这段时间内气体的温度升高了多少？答案(1)pp0(2)t273解析 (1)对活塞受力分析如图所示，由平衡条件得pp0(2)由盖吕萨克定律得：解得：t2732t即：ttt273t.13.有人设计了一种测温装置，其结构如图6所示，玻璃泡A内封有一定质量的气体，与A相连的B管插在水银槽中，管内外水银面的高度差x即可反映泡内气体的温度，即环境温度，并可由B管上的刻度直接读出设B管的体积与A泡的体积相比可略去不计在1标准大气压下对B管进行温度标刻(1标准大气压相当于76 cmHg的压强)已知当温度t127 时，管内水银面的高度为x116 cm，此高度即为27 的刻线，问t0 的刻线在何处？图6答案21.4 cm解析玻璃泡A内气体的初始状态：T1300 K，p1(7616) cmHg60 cmHg.末状态，即t0 的状态：T0273 K，p？由查理定律得：pp160 cmHg54.6 cmHg，所以t0 时，水银面的高度即t0 的刻线位置是：x0(7654.6) cm21.4 cm.14一定质量的理想气体由状态A经状态B变化到状态C，其中AB过程为等压变化，BC过程为等容变化已知VA0.3 m3，TATC300 K，TB400 K.(1)求气体在状态B时的体积；(2)说明BC过程压强变化的微观原因答案(1)0.4 m3(2)见解析解析(1)AB过程，由盖吕萨克定律，VBVA0.3 m30.4 m3(2)BC过程，气体体积不变，分子数密度不变，温度降低，分子平均动能减小，平均每个分子对器壁的冲击力减小，压强减小15.如图7所示，一定质量的气体从状态A经B、C、D再回到A.问AB、BC、CD、DA经历的是什么过程？已知气体在状态A时的体积是1 L，求在状态B、C、D时的体积各为多少，并把此图改为pV图象图7答案见解析解析AB为等容变化，压强随温度升高而增大BC为等压变化，体积随温度升高而增大CD为等温变化，体积随压强减小而增大DA为等压变化，体积随温度降低而减小由题意知VBVA1 L，因为，所以VCVB1 L2 L.由pCVCpDVD，得VDVC2 L6 L.所以VB1 L，VC2 L，VD6 L.根据以上数据，题中四个过程的pV图象如图所示