2013-2014学年高中物理人教版选修3-3同步辅导与检测课件：第8章 第2节 气体的等容变化和等

金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆第2节气体的等容变化和等压变化气体金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回麦克劳德真空计用来测量真空程度的仪器为真空计，它实际上就是测量低压的压强计．麦克劳德真空计(Macleodgauge)便是其中的一种，它的测量范围约为10～10－4mmHg(1mmHg＝133Pa)或更低．(1)结构常用的麦克劳德真空计如图所示，B为一大玻璃泡，下端通过玻璃管C与真空系统连接．B的上端有毛细管K1，在C管的支路上，有一与K1相平行的毛细管K2，两毛细管的内截面相等，以避免因毛细现象而引起的高度差．a为一标记，刻在B与C相通处，C的下端经橡皮管D与玻璃瓶A相连．自a以上直到K1的顶端，总容积为V0，是常数．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回(2)测压原理金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回麦克劳德真空计的主要原理是隔离一部分待测的气体加以压缩，直到压强大到可以测量的程度，然后根据玻意耳定律计算出原始压强．具体操作如下：升高玻璃瓶A，使水银上升到标记a处，此时封闭在B泡中气体的体积为V0，压强为px，即真空系统的原始待测气体的压强；继续升高A，并调节A的高度使K2中水银面与K1的顶端相齐，如图b所示，K1、K2中的水银面高度差Δh可直接用标尺测定，若K1的内截面积为S，由玻意耳定律，有pxV0＝pV＝(px＋Δh)·ΔhS，所以得px＝.由pxV0＝pV＝pxΔhS＋S·Δh2＝S·Δh2，因为px≪Δh，近似计算得px＝.S·Δh2V0－S·ΔhS·Δh2V0金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回1．在等容过程中，压强p与摄氏温度t是________关系，不是简单的正比关系．而在pT图象中，一定质量气体的等容线是一条________的直线．2．查理定理：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，写成公式就是________或________．3．在VT图象中，等压线是一条________的直线．4．盖·吕萨克定律：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，写成公式为________或________．答案：1．一次函数通过坐标原点2.pT＝Cp1p2＝T1T23．过原点4.VT＝CV1T1＝V2T2金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回气体的等容变化1．气体的等容变化气体的等容变化：气体体积保持不变的情况下所发生的状态变化叫等容变化．2．等容变化的规律(1)实验条件：①气体质量一定；②气体体积不变．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回(2)实验过程：①在室温t1下封闭一定质量的气体在烧瓶中，记下气体的体积V1和压强p1＝p.②把烧瓶放入冰水混合物的容器里，记下这时温度为t2＝0℃，调整压强计保持气体体积不变，记下压强p2＝p－h.如上图所示．③把烧瓶放在温度为t3的温水中，调整压强计保持气体体积不变，记下压强p3＝p0＋h′.(3)实验结论：一定质量的气体，在体积不变的条件下，气体的压强随温度升高而增大，随温度降低而减小金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回3．摄氏温标下的查理定律(1)定律：一定质量的气体，在体积不变的条件下，气体温度每升高(或降低)1℃，增加(或减小)的压强等于气体在0℃时压强的1/273.这条规律叫做查理定律．(2)公式：.其中pt是温度为t时的压强，p0是0℃时的压强．(3)等容曲线，如右图所示．注：pt图象：一定质量的某种气体，在等容过程中，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，等容线是一条延长线通过横轴－273.15℃的倾斜直线，且斜率越大，体积越小．图象纵轴的截距p0是气体在0℃时的压强．pt－p0p0t＝1273或pt＝p01＋t273金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回4．热力学温标下的查理定律(1)定律：一定质量的气体，在体积不变的条件下，气体的压强跟热力学温度成正比．(2)公式：.(3)等容线如右图所示．注：pT图象：一定质量的某种气体，在等容过程中，气体的压强p和热力学温度T的图线是过原点的直线，如右图所示，V1＜V2，即体积越大，斜率越小．p1T1＝p2T2，或p1p2＝T1T2金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回如右图甲所示，汽缸内底部面积为0.002m2，被活塞封闭在汽缸内的空气温度为－5℃，活塞质量为8kg，当汽缸缸筒与水平面成60°角时，活塞距离缸底仍为L，现将汽缸内直立如右图乙所示，欲使活塞距缸底仍为L，应使缸内温度升高到多少℃？(大气压强p0＝1.0×105Pa，g取10m/s2，≈1.7)．分析：汽缸在直立前后，缸内的气体体积不变，对活塞受力解析，由力的平衡条件可以求出气体初末状态的压强，从而由查理定律求得缸内气体升高的温度．3金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回解析：汽缸直立前，对活塞受力解析如图所示，则有：mgcos30°＋p0S＝p1S所以气体的压强为：此时气体的温度为：T1＝(t＋273)K＝268K汽缸直立后，对活塞受力解析如右图所示，则有：mg＋p0S＝p2Sp1＝p0＋mgcos30°S＝1.0×105Pa＋8×10×320.002Pa＝1.34×105Pa.金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回所以气体压强为：p2＝p0＋＝1.0×105Pa＋＝1.4×105Pa.由于汽缸直立前后，气体体积不变，则由查理定律得：所以汽缸直立后，气体的温度为：t＝(T2－273)℃＝7℃.答案：7℃点评：明确研究对象，确认体积不变，选好初末状态，正确确定压强是正确运用查理定律的关键．mgS8×100.002Pap1T1＝p2T2T2＝p2p1T1＝1.4×1051.34×105×268K＝280K.金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回气体的等压变化1．气体在压强不变的情况下所发生的状态变化叫做等压变化2．一定质量的气体，在压强不变的情况下，温度每升高(或降低)1℃，增加(或减少)的体积等于它在0℃时体的，这就是盖·吕萨克定律．其数学表达式为.3．采用热力学温标时，盖·吕萨克定律可表述为：一定质量的气体，在压强不变的情况下，它的体积跟热力学温度1273Vt－V0t＝V0273或Vt＝V01＋t273金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回成正比．其数学表达式为．4．适用条件：对于实际气体，温度不太低(与室温比较)，压强不太大(与大气压相比)的情况．5．VT和Vt图象(1)VT图象：一定质量的某种气体，在等压过程中，气体的体积V和热力学温度T的图线是过原点的倾斜直线，如下图所示，p1＜p2，即压强越大，斜率越小．V1T1＝V2T2或VT＝恒量金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回(2)Vt图象：一定质量的某种气体，在等压过程中，体积V与摄氏温度t是一次性函数，不是简单的正比例关系，如上图右所示，图象纵轴的截距V0是气体在0℃时的体积，等压线是一条延长线通过横轴上－273.15℃的倾斜直线，且斜率越大表示压强越小．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回一定质量的气体，压强保持不变，下列过程可以实现的是()A．温度升高，体积增大B．温度升高、体积减小C．温度不变，体积增大D．温度不变，体积减小解析：一定质量的气体，压强保持不变时，其热力学温度和体积成正比，则温度升高，体积增大；温度降低，体积减小；温度不变，体积也不发生变化，故A正确．答案：A金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回变式迁移2．一定质量的空气，27℃时的体积为1.0×10－2m3，在压强不变的情况下，温度升高100℃时体积是多大？解析：一定质量的空气，在等压变化过程中，可以运用盖·吕萨克定律的两种形式进行求解．解法一：空气的初末状态参量分别为初状态：T1＝(273＋27)K＝300K，V1＝1.0×10－2m3末状态：T2＝(273＋27＋100)K＝400K由盖·吕萨克定律得，气体温度升高100℃时的体积为：＝1.33×10－2m3V1T1＝V2T2V2＝T2T1V1＝400300×1.0×10－2m3金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回解法二：设空气在27℃时的体积为V1，在升高100℃时的体积为V2,0℃时的体积为V0，则由盖·吕萨克定律得：由①②两式解得：V2＝1.33×10－2m3.答案：1.33×10－2m3点评：在盖·吕萨克定律的第一种表述中，气体的温度是热力学温度，而在第二种表述中则是摄氏温度，而且式中V0是0℃时气体的体积，并非气体初状态的体积．Vt＝V01＋t273V1＝V01＋t1273①V2＝V01＋t2273②金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回两个重要推论及其应用1．两个重要的推论(1)一定质量的气体，从初状态(p、T)开始，发生一个等容变化过程，其压强的变化量Δp与温度的变化量ΔT间的关系为Δp＝·p.这是查理定律的分比形式．(2)一定质量的气体从初状态(V、T)开始发生等压变化，其体积的改变量ΔV与温度变化量ΔT之间的关系是ΔV＝·V.这是盖·吕萨克定律的分比形式．ΔTTΔTT金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回2．汞柱移动问题的分析方法(1)假设法用液柱或活塞隔开两部分气体，当气体温度变化时，液柱或活塞是否移动？如何移动？此类问题的特点是：气体的状态参量p、V、T都发生了变化，直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难，通常先进行气体状态的假设，然后应用查理定律可以简单地求解．其一般思路为：①先假设液柱或活塞不发生移动，两部分气体均做等容变化．②对两部分气体分别应用查理定律的分比形式Δp＝p，求出每部分气体压强的变化量Δp，并加以比较．ΔTT金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回③如果液柱两端的横截面积相等，则若Δp均大于零，意味着两部分气体的压强均增大，则液柱向Δp值较小的一方移动；若Δp均小于零，意味着两部分气体的压强均减小，则液柱向压强减小量较大的一方(即|Δp|较大的一方)移动；若Δp相等，则液柱不移动．④如果液柱两端的横截面积不相等，则应考虑液柱两端的受力变化(ΔpS)，若Δp均大于零，则液柱向ΔpS较小的一方移动；若Δp均小于零，则液柱向|ΔpS|值较大的一方移动；若ΔpS相等，则液柱不移动．⑤要判断活塞的移动方向，则需要选择好研究对象，进行受力分析，综合应用查理定律和力学规律进行推理和判断．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回(2)极限法所谓极限法就是将问题推向极端．如在讨论压强大小变化时，将变化较大的压强推向无穷大，而将变化较小的压强推向零．这样使复杂的问题变得简单明了．如图所示，两端封闭、粗细均匀竖直放置的玻璃管内有一段长为h的水银柱，将管内气体分为两部分．已知l2＝2l1，若使两部分气体同时升高相同的温度，管内水银柱将如何运动？(设原来温度相同)根据极限法：由于管上段气柱压强p2较下段气柱压强p1小，设想p2→0，即管上部认为近似为真空，于是立即得到，温度T升高，水银柱向上移动．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回