新教材2023_2024学年高中物理第1章分子动理论与气体实验定律第5节第二课时气体的等压变化和等容变化课件鲁科版选择性必修第三册.pptx

基础落实必备知识全过关重难探究能力素养全提升学以致用随堂检测全达标目录索引基础落实必备知识全过关一、查理定律1.内容内容:一定质量的气体,在体积保持不变的条件下,压强与热力学温度成2.表达式表达式:3.适用条件适用条件:气体的质量和体积不变,压强不太大、温度不太低正比4.图像图像:如图所示1)p-T图像中的等容线是一条过原点的倾斜直线2)p-t图像中的等容线不过原点,但反向延长线交t轴于-273.15二、盖吕萨克定律1.内容内容:一定质量的气体,在压强保持不变的条件下,体积与热力学温度成2.表达式表达式:3.适用条件适用条件:气体的质量和压强不变,压强不太大、温度不太低正比4.图像图像:如图所示1)V-T图像中的等压线是一条过原点的倾斜直线2)V-t图像中的等压线不过原点,但反向延长线交t轴于-273.15三、理想气体1.物理学中把严格遵循三个气体实验定律的气体称为2.理想气体的分子势能可忽略不计,其内能只是所有分子热运动 的总和所以,一定质量理想气体的内能只与气体的有关,而与气体的体积无关理想气体动能温度想一想(1)炎热的夏天,给汽车轮胎充气太足会有什么隐患?为什么?(2)如图所示,烧瓶上通过橡胶塞连接一根玻璃管,向玻璃管中注入一段水柱。

用手捂住烧瓶,会观察到水柱缓慢向外移动,这说明了什么?提示(1)可能会导致轮胎爆裂;原因是温度升高,体积近似不变,压强变大,导致轮胎爆裂2)被封闭的气体压强不变,温度升高,体积变大易错辨析判一判判一判(1)一定质量的某种气体,在压强不变时,若温度升高,则体积增大)(2)一定质量的气体,若温度升高,则压强减小)(3)一定质量的气体,若体积增大到原来的两倍,则摄氏温度升高到原来的两倍)(4)一定质量的理想气体,在体积保持不变的条件下,压强的变化量与热力学温度的变化量成正比)提示气体的体积状态未确定,故温度与压强的关系也不能确定提示一定质量的气体,在压强不变的情况下,若体积增大到原来的两倍,则热力学温度升高到原来的两倍即学即用练一练练一练(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,这一过程在V-T图像上的表示如图所示,则()A.在AC过程中,气体的压强不断变大B.在CB过程中,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AD解析气体由AC的变化过程是等温变化,由pV=C(C是常量)可知,体积减小,压强增大,故A正确CB的变化过程中,气体的体积不发生变化,即为等容变化,由=C(C是常量)可知,温度升高,压强增大,故B错误。

综上所述,ACB的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正确重难探究能力素养全提升探究一查理定律探究一查理定律情境探究情境探究为什么拧上盖的水杯(内盛半杯热水)放置一段时间后很难打开杯盖?要点提示 杯内气体的体积不变,放置一段时间后,杯内的空气温度降低,压强减小,外界的大气压强大于杯内空气压强,所以杯盖很难打开知识归纳知识归纳1.查理定律及查理定律及推论推论 表示一定质量的某种气体从初状态(p、T)开始发生等容变化,其压强的变化量p与温度的变化量T成正比画龙点睛画龙点睛一定质量的某种气体在体积不变的情况下,压强p跟热力学温度T成正比,而不是与摄氏温度t成正比2.p-T图像和图像和p-t图像图像(1)p-T图像:一定质量的某种气体,在等容变化过程中,气体的压强p和热力学温度T的图线是过原点的倾斜直线,如图甲所示,且V1V2,即体积越大,斜率越小2)p-t图像:一定质量的某种气体,在等容变化过程中,压强p与摄氏温度t是一次函数关系,不是简单的正比例关系,如图乙所示,等容线是一条延长线通过横轴上-273.15的倾斜直线,且斜率越大,体积越小图像纵轴的截距p0是气体在0时的压强。

3.应用查理定律解题的一般步骤应用查理定律解题的一般步骤(1)确定研究对象,即被密闭的气体2)分析被研究的气体在状态变化时是否符合定律的适用条件3)确定初、末两个状态的温度、压强4)根据查理定律列式求解5)求解结果并分析、检验4.查理定律的微观解释查理定律的微观解释一定质量的气体,在体积保持不变时,单位体积内的分子数保持不变当温度升高时,分子平均动能增大,气体的压强增大;当温度降低时,分子的平均动能减小,气体的压强减小应用体验应用体验典例1如图所示,气缸内密闭有一定质量的理想气体,水平轻杆一端固定在墙壁上,另一端与活塞相连已知大气压强为1.0105Pa,气缸的质量为50kg,活塞质量不计,其横截面积为0.01m2,气缸与地面间的最大静摩擦力为气缸重力的,活塞与气缸之间的摩擦可忽略开始时被封闭气体的压强为1.0105Pa、温度为27,重力加速度g取10m/s21)缓慢升高气体温度,求气缸恰好开始向左运动时气体的压强p和温度t2)为保证气缸静止不动,气缸内气体的温度应控制在什么范围内?答案(1)1.2105Pa87(2)-33到87之间解析(1)气缸恰好开始运动时,气缸与地面间的摩擦力为最大静摩擦力,此时对气缸有pS=p0S+f代入数据得T=360K即t=T-273K=87故气缸恰好开始向左运动时气缸内气体的压强p=1.2105Pa,温度t=87。

2)当气缸恰好向右运动时,温度有最低值,气缸内气体压强为代入数据得T=240K即t=T-273K=-33故气缸内气体的温度在-33到87之间时,气缸静止不动针对训练1有人设计了一种测温装置,其结构如图所示玻璃泡A内封有一定量气体,与A相连的B管插在水银槽中,管内水银面的高度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B管的体积可略去不计1)在标准大气压下对B管进行温度标度(标准大气压相当于76cm水银柱的压强)已知温度t=27的刻度线在x=16cm处,求t=0的刻度线所在位置2)若大气压变为相当于75cm水银柱的压强,利用该测温装置测量温度时所得读数为27,求此时的实际温度答案(1)21.4cm(2)22 解析(1)玻璃泡A内气体的初始状态为T1=300K,p1=(76-16)cmHg=60cmHg末态即t=0的状态为T0=273K所以t=0时水银面高度,即刻度线的位置是x0=(76-54.6)cm=21.4cm2)此时A泡内气体的压强p2=(75-16)cmHg=59cmHg得T2=295K=22探究二盖探究二盖吕萨克定律吕萨克定律情境探究情境探究孔明灯为什么能升空?要点提示 孔明灯利用火焰的热量使容器内的气体等压膨胀,使部分气体从孔明灯内溢出,进而使孔明灯内气体的质量减小,当大气对孔明灯的浮力恰好等于孔明灯的重力时,达到孔明灯升空的临界条件,若气体继续升温,孔明灯就能升空了。

知识归纳知识归纳1.盖盖吕萨克定律及吕萨克定律及推论推论 表示一定质量的某种气体从初状态(V、T)开始发生等压变化,其体积的变化量V与温度的变化量T成正比2.V-T图像和图像和V-t图像图像(1)V-T图像:一定质量的某种气体,在等压变化过程中,气体的体积V 随热力学温度T 变化的图线是过原点的倾斜直线,如图甲所示,且p1p2,即压强越大,斜率越小2)V-t图像:一定质量的某种气体,在等压变化过程中,体积V与摄氏温度t是一次函数关系,不是简单的正比例关系,如图乙所示,等压线是一条延长线通过横轴上-273.15的倾斜直线,且斜率越大,压强越小,图像纵轴的截距V0是气体在0时的体积画龙点睛画龙点睛一定质量的气体,在压强不变时,其体积与热力学温度成正比,而不是与摄氏温度成正比3.应用盖应用盖吕萨克定律解题的一般步骤吕萨克定律解题的一般步骤(1)确定研究对象,即被密闭的气体2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件3)确定初、末两个状态的温度、体积4)根据盖吕萨克定律列式求解5)求解结果并分析、检验4.盖盖吕萨克定律的微观解释吕萨克定律的微观解释一定质量的某种理想气体,温度升高时,分子的平均动能增大,只有气体的体积同时增大,使分子的数密度减小,才能保持压强不变。

应用体验应用体验典例2如图所示,两端开口的气缸水平固定,A、B是两个厚度不计的活塞,可在气缸内无摩擦滑动,面积分别为S1=20cm2,S2=10cm2它们之间用一根细杆连接,B通过水平细绳绕过光滑的定滑轮与质量m=2kg的重物C连接,静止时气缸中的气体温度T1=600K,气缸两部分的气柱长均为L,已知大气压强p0=1105Pa,g取10m/s2,缸内气体可看成理想气体1)活塞静止时,求气缸内气体的压强2)若降低气缸内气体的温度,当活塞A缓慢向右移动时,求气缸内气体的温度答案(1)1.2105Pa(2)500K解析(1)设静止时气缸内气体压强为p1,两活塞受力平衡,有p1S1+p0S2=p0S1+p1S2+mg代入数据解得压强p1=1.2105Pa2)由活塞A受力平衡可知缸内气体压强没有变化,设开始时的温度为T1,变化后的温度为T2,则根据盖吕萨克定律,有代入数据解得T2=500K针对训练2(多选)如图所示,竖直放置、开口向上的长试管内用水银密闭一段气体,若大气压强不变,管内气体()A.温度降低,则压强可能增大B.温度升高,则压强可能减小C.温度降低,则压强不变D.温度升高,则体积增大CD解析大气压强不变,水银柱的长度不变,所以密闭的气体的压强不变,故A、B错误,C正确;气体做等压变化,温度升高,则体积增大,所以D正确。

情境探究情境探究探究三三p-T图像与图像与V-T图像图像 p-T图像与V-T图像中,为什么靠近坐标原点处有一段虚线?要点提示 当温度降低到一定程度时,气体会被液化,不再遵守气体实验定律知识归纳知识归纳1.p-T图像与图像与V-T图像的图像的比较比较 不同点图像纵坐标 压强p体积V斜率意义斜率越大,体积越小,V4V3V2V1斜率越大,压强越小,p4p3p2p1相同点都是一条通过原点的倾斜直线横坐标都是热力学温度T都是斜率越大,气体的另外一个状态参量越小2.对于对于p-T图像与图像与V-T图像的注意事项图像的注意事项(1)首先要明确是p-T图像还是V-T图像2)不是热力学温度的先转换为热力学温度3)解决问题时要将图像与实际情况相结合画龙点睛画龙点睛图线的斜率都有物理意义应用体验应用体验能力点1V-T图像典例3如图甲所示是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的V-T图像已知气体在状态A时的压强是1.5105Pa1)说出AB过程中压强变化的情况,并根据图像提供的信息,计算图中TA的值2)请在图乙坐标系中,画出由状态A经过状态B变为状态C的p-T图像,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)压强不变200K(2)见解析解析(1)由题图甲可以看出,A与B的连线的延长线经过原点O,所以AB是规律方法规律方法气体图像相互转换的五条“黄金律”(1)准确理解p-V图像、p-T图像和V-T图像的物理意义和各图像的函数关系,各图像的特点2)知道图线上的一个点表示的是一定质量气体的一个平衡状态,知道其状态参量:p、V、T3)知道图线上的某一线段表示的是一定质量的气体由一个平衡状态(p、V、T)转化到另一个平衡状态(p、V、T)的过程,并能判断出该过程是等温过程、等容过程还是等压过程4)从图像中的某一点(平衡状态)的状态参量开始,根据不同的变化过程,先用相对应的规律计算出下一点(平衡状态)的状态参量,再逐一分析计算出各点的p、V、T5)根据计算结果在图像中描点,连线作出一个新的图线,并根据相应的规律逐一检查是否有误针对训练3(2021全国甲卷)如图所示,一定量的理想气体经历的两个不同过程,分别由体积温度(V-t)图上的两条直线和表示,V1和V2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标;t0是它们的延长线与横轴交点的横坐标,t0=-273.15;a为直线上的一点由图可知。