2019-2020年高中物理第二章固體液體和氣體第八節(jié)氣體實(shí)驗(yàn)定律Ⅱ教學(xué)案粵教版選修3.doc
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2019-2020年高中物理第二章固體液體和氣體第八節(jié)氣體實(shí)驗(yàn)定律Ⅱ教學(xué)案粵教版選修3 [目標(biāo)定位] 1.知道什么是等容變化，知道查理定律的內(nèi)容和公式.2.知道什么是等壓變化，知道蓋呂薩克定律的內(nèi)容和公式.3.了解等容變化的p－T圖線和等壓變化的V－T圖線及其物理意義.4.會(huì)用分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律． 一、查理定律 [導(dǎo)學(xué)探究] 打足氣的自行車在烈日下曝曬，常常會(huì)爆胎，原因是什么？ 答案 車胎在烈日下曝曬，胎內(nèi)的氣體溫度升高，氣體的壓強(qiáng)增大，把車胎脹破． [知識(shí)梳理] 1．等容變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變時(shí)，壓強(qiáng)隨溫度的變化叫做等容變化． 2．查理定律 (1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T成正比(填“正比”或“反比”)． (2)表達(dá)式：p＝CT或＝. (3)適用條件：氣體的質(zhì)量和體積不變． 3．等容線：p－T圖象和p－t圖象分別如圖1甲、乙所示． 圖1 4．從圖1可以看出：p－T圖象(或p－t圖象)為一次函數(shù)圖象，由此我們可以得出一個(gè)重要推論：一定質(zhì)量的氣體，從初狀態(tài)(p、T)開(kāi)始發(fā)生等容變化，其壓強(qiáng)的變化量Δp與熱力學(xué)溫度的變化量ΔT之間的關(guān)系為：＝. [延伸思考] 圖1中斜率的不同能夠說(shuō)明什么問(wèn)題？ 答案 斜率與體積成反比，斜率越大，體積越小． 二、蓋呂薩克定律 1．等壓變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，體積隨溫度的變化叫做等壓變化． 2．蓋呂薩克定律 (1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，體積V與熱力學(xué)溫度T成正比． (2)表達(dá)式：V＝CT或＝. (3)適用條件：氣體的質(zhì)量和壓強(qiáng)不變． 3．等壓線：V－T圖象和V－t圖象分別如圖2甲、乙所示． 圖2 4．從圖2可以看出：V－T圖象(或V－t圖象)為一次函數(shù)圖象，由此我們可以得出一個(gè)重要推論：一定質(zhì)量的氣體從初狀態(tài)(V、T)開(kāi)始發(fā)生等壓變化，其體積的變化量ΔV與熱力學(xué)溫度的變化量ΔT之間的關(guān)系為＝. [延伸思考] 圖2中斜率的不同能夠說(shuō)明什么問(wèn)題？ 答案 斜率與壓強(qiáng)成反比，斜率越大，壓強(qiáng)越?。? 三、對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋 [導(dǎo)學(xué)探究] 如何從微觀角度來(lái)解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律？ 答案 從決定氣體壓強(qiáng)的微觀因素上來(lái)解釋，即氣體分子的平均動(dòng)能和氣體分子的密集程度． [知識(shí)梳理] 1．玻意耳定律的微觀解釋 一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度不變，分子的平均動(dòng)能不變．體積減小，分子的密集程度增大，單位時(shí)間內(nèi)撞擊單位面積器壁的分子數(shù)增多，氣體的壓強(qiáng)增大． 2．查理定律的微觀解釋 一定質(zhì)量的某種理想氣體，體積不變，則分子的密集程度不變，溫度升高，分子平均動(dòng)能增大，分子撞擊器壁的作用力變大，所以氣體的壓強(qiáng)增大． 3．蓋呂薩克定律的微觀解釋 一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度升高，分子的平均動(dòng)能增大，撞擊器壁的作用力變大，而要使壓強(qiáng)不變，則需使影響壓強(qiáng)的另一個(gè)因素分子的密集程度減小，所以氣體的體積增大. 一、查理定律的應(yīng)用 例1 氣體溫度計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示．玻璃測(cè)溫泡A內(nèi)充有氣體，通過(guò)細(xì)玻璃管B和水銀壓強(qiáng)計(jì)相連．開(kāi)始時(shí)A處于冰水混合物中，左管C中水銀面在O點(diǎn)處，右管D中水銀面高出O點(diǎn)h1＝14 cm，后將A放入待測(cè)恒溫槽中，上下移動(dòng)D，使C中水銀面仍在O點(diǎn)處，測(cè)得D中水銀面高出O點(diǎn)h2＝44 cm.求恒溫槽的溫度(已知外界大氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓等于76 cmHg)． 圖3 答案 364 K(或91 ℃) 解析 設(shè)恒溫槽的溫度為T2，由題意知T1＝273 K A內(nèi)氣體發(fā)生等容變化，根據(jù)查理定律得 ＝ ① p1＝p0＋ph1 ② p2＝p0＋ph2 ③ 聯(lián)立①②③式，代入數(shù)據(jù)得 T2＝364 K(或91 ℃)． 二、蓋呂薩克定律的應(yīng)用 例2 如圖4所示，絕熱的氣缸內(nèi)封有一定質(zhì)量的氣體，缸體質(zhì)量M＝200 kg，活塞質(zhì)量m＝10 kg，活塞橫截面積S＝100 cm2.活塞與氣缸壁無(wú)摩擦且不漏氣．此時(shí)，缸內(nèi)氣體的溫度為27 ℃，活塞位于氣缸正中間，整個(gè)裝置都靜止．已知大氣壓恒為p0＝1.0105 Pa，重力加速度為g＝10 m/s2.求： 圖4 (1)缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng) p1； (2)缸內(nèi)氣體的溫度升高到多少℃時(shí)，活塞恰好會(huì)靜止在氣缸缸口AB處． 答案 (1)3.0105 Pa (2)327 ℃ 解析 (1)以氣缸為研究對(duì)象(不包括活塞)，由氣缸受力平衡得：p1S＝Mg＋p0S 解得：p1＝3.0105 Pa. (2)設(shè)當(dāng)活塞恰好靜止在氣缸缸口AB處時(shí)，缸內(nèi)氣體溫度為T2，壓強(qiáng)為p2，此時(shí)仍有p2S＝Mg＋p0S，即缸內(nèi)氣體做等壓變化．對(duì)這一過(guò)程研究缸內(nèi)氣體，由蓋呂薩克定律得： ＝ 所以T2＝2T1＝600 K 故t2＝(600－273)℃＝327 ℃. 三、p－T圖象與V－T圖象的應(yīng)用 例3 圖5甲是一定質(zhì)量的氣體由狀態(tài)A經(jīng)過(guò)狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的V－T圖象，已知?dú)怏w在狀態(tài)A時(shí)的壓強(qiáng)是1.5105 Pa. 圖5 (1)根據(jù)圖象提供的信息，計(jì)算圖中TA的值． (2)請(qǐng)?jiān)趫D乙坐標(biāo)系中，作出氣體由狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的p－T圖象，并在圖線相應(yīng)位置上標(biāo)出字母A、B、C，如果需要計(jì)算才能確定有關(guān)坐標(biāo)值，請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程． 答案 (1)200 K (2)見(jiàn)解析圖 解析 (1)根據(jù)蓋呂薩克定律可得＝ 所以TA＝TB＝300 K＝200 K. (2)根據(jù)查理定律得＝ pC＝pB＝pB＝pB＝1.5105 Pa＝2.0105 Pa 則可畫出由狀態(tài)A→B→C的p－T圖象如圖所示． 四、對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋 例4 (多選)對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，下列說(shuō)法正確的是( ) A．體積不變，壓強(qiáng)增大時(shí)，氣體分子的平均動(dòng)能一定增大 B．溫度不變，壓強(qiáng)減小時(shí)，氣體的密度一定減小 C．壓強(qiáng)不變，溫度降低時(shí)，氣體的密度一定減小 D．溫度升高，壓強(qiáng)和體積可能都不變 答案 AB 解析 根據(jù)氣體壓強(qiáng)、體積、溫度的關(guān)系可知，體積不變，壓強(qiáng)增大時(shí)，氣體的溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能一定增大，選項(xiàng)A正確；溫度不變，壓強(qiáng)減小時(shí)，氣體體積增大，氣體的密度減小，故選項(xiàng)B正確；壓強(qiáng)不變，溫度降低時(shí)，體積減小，氣體的密度增大，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；溫度升高，壓強(qiáng)、體積中至少有一個(gè)會(huì)發(fā)生改變，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 1．(查理定律的應(yīng)用)一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下，溫度由0 ℃升高到10 ℃時(shí)，其壓強(qiáng)的增量為Δp1，當(dāng)它由100 ℃升高到110 ℃時(shí)，所增壓強(qiáng)為Δp2，則Δp1與Δp2之比是( ) A．10∶1 B．373∶273 C．1∶1 D．383∶283 答案 C 解析 由查理定律得Δp＝ΔT，一定質(zhì)量的氣體在體積不變的條件下＝C，溫度由0 ℃升高到10 ℃和由100 ℃升高到110 ℃，ΔT＝10 K相同，故所增加的壓強(qiáng)Δp1＝Δp2，C項(xiàng)正確． 2．(蓋呂薩克定律的應(yīng)用)如圖6所示，氣缸中封閉著溫度為100 ℃的空氣，一重物用輕質(zhì)繩索經(jīng)光滑滑輪跟缸中活塞相連接，重物和活塞都處于平衡狀態(tài)，這時(shí)活塞離氣缸底的高度為10 cm.如果缸內(nèi)空氣溫度變?yōu)? ℃，重物將上升多少厘米？(繩索足夠長(zhǎng)，結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 圖6 答案 2.68 cm 解析 這是一個(gè)等壓變化過(guò)程，設(shè)活塞的橫截面積為S. 初態(tài)：T1＝(273＋100) K＝373 K，V1＝10S 末態(tài)：T2＝273 K，V2＝LS 由蓋呂薩克定律＝得 LS＝V1，L＝10 cm≈7.32 cm 重物上升高度為10 cm－7.32 cm＝2.68 cm. 3．(p－T圖象與V－T圖象的應(yīng)用)如圖7所示，是一定質(zhì)量的氣體從狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B、C到狀態(tài)D的p－T圖象，已知?dú)怏w在狀態(tài)B時(shí)的體積是8 L，求VA和VC、VD，并畫出此過(guò)程的V－T圖象． 圖7 答案 4 L 8 L 10.7 L V－T圖象見(jiàn)解析圖 解析 A→B為等溫過(guò)程，有pAVA＝pBVB 所以VA＝＝ L＝4 L B→C為等容過(guò)程，所以VC＝VB＝8 L C→D為等壓過(guò)程，有＝，VD＝VC＝8 L＝ L≈10.7 L 此過(guò)程的V－T圖象如圖所示： 4．(氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋)一定質(zhì)量的理想氣體，在壓強(qiáng)不變的條件下，溫度升高，體積增大，從分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)來(lái)分析，正確的是 ( ) A．此過(guò)程中分子的平均速率不變，所以壓強(qiáng)保持不變 B．此過(guò)程中每個(gè)氣體分子碰撞器壁的平均沖擊力不變，所以壓強(qiáng)保持不變 C．此過(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)單位面積器壁的碰撞次數(shù)不變，所以壓強(qiáng)保持不變 D．以上說(shuō)法都不對(duì) 答案 D 解析 壓強(qiáng)與單位時(shí)間內(nèi)碰撞到器壁單位面積的分子數(shù)和每個(gè)分子的沖擊力有關(guān)，溫度升高，分子對(duì)器壁的平均沖擊力增大，單位時(shí)間內(nèi)碰撞到器壁單位面積的分子數(shù)應(yīng)減小，壓強(qiáng)才可能保持不變． 題組一 查理定律的應(yīng)用 1．一定質(zhì)量的氣體，體積保持不變，下列過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)的是( ) A．溫度升高，壓強(qiáng)增大 B．溫度升高，壓強(qiáng)減小 C．溫度不變，壓強(qiáng)增大 D．溫度不變，壓強(qiáng)減小 答案 A 解析 由查理定律p＝CT得溫度和壓強(qiáng)只能同時(shí)升高或同時(shí)降低，故A項(xiàng)正確． 2．民間常用“拔火罐”來(lái)治療某些疾病，方法是將點(diǎn)燃的紙片放入一個(gè)小罐內(nèi)，當(dāng)紙片燃燒完時(shí)，迅速將火罐開(kāi)口端緊壓在皮膚上，火罐就會(huì)緊緊地被“吸”在皮膚上．其原因是，當(dāng)火罐內(nèi)的氣體( ) A．溫度不變時(shí)，體積減小，壓強(qiáng)增大 B．體積不變時(shí)，溫度降低，壓強(qiáng)減小 C．壓強(qiáng)不變時(shí)，溫度降低，體積減小 D．質(zhì)量不變時(shí)，壓強(qiáng)增大，體積減小 答案 B 解析 紙片燃燒時(shí)，罐內(nèi)氣體的溫度升高，將罐壓在皮膚上后，封閉氣體的體積不再改變，溫度降低時(shí)，由p∝T知封閉氣體壓強(qiáng)減小，火罐緊緊“吸”在皮膚上，B選項(xiàng)正確． 題組二 蓋呂薩克定律的應(yīng)用 3．一定質(zhì)量的氣體保持其壓強(qiáng)不變，若其熱力學(xué)溫度降為原來(lái)的一半，則氣體的體積變?yōu)樵瓉?lái)的( ) A．四倍 B．二倍 C．一半 D．四分之一 答案 C 4．房間里氣溫升高3 ℃時(shí)，房間內(nèi)的空氣將有1%逸出到房間外，由此可計(jì)算出房間內(nèi)原來(lái)的溫度是 ( ) A．－7 ℃ B．7 ℃ C．17 ℃ D．27 ℃ 答案 D 解析 以升溫前房間里的氣體為研究對(duì)象，由蓋呂薩克定律：＝，解得：T＝300 K，t＝27 ℃，所以答案選D. 5．一定質(zhì)量的空氣，27 ℃時(shí)的體積為1.010－2 m3，在壓強(qiáng)不變的情況下，溫度升高100 ℃時(shí)體積是多大？ 答案 1.3310－2 m3 解析 一定質(zhì)量的空氣，在等壓變化過(guò)程中，可以運(yùn)用蓋呂薩克定律進(jìn)行求解．空氣的初、末狀態(tài)參量分別為 初狀態(tài)：T1＝(273＋27) K＝300 K，V1＝1.010－2 m3； 末狀態(tài)：T2＝(273＋27＋100) K＝400 K. 由蓋呂薩克定律＝得，氣體溫度升高100 ℃時(shí)的體積為V2＝V1＝1.010－2 m3≈1.3310－2 m3. 題組三 p－T圖象和V－T圖象的考查 6．(多選)如圖1所示是一定質(zhì)量的氣體從狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B到狀態(tài)C的p－T圖象，則下列判斷正確的是( ) 圖1 A．VA＝VB B．VB＝VC C．VB下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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