2.气体的等容变化和等压变化

高中物理选修3-3课件•2.气体的等容变化和等压变化高中物理选修3-3课件高中物理选修3-3课件•一、气体的等容变化•1．等容变化：一定质量的气体在体积不变时随的变化．•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．(2)表达式：或或.压强温度正比p＝CTp1T1＝p2T2p1p2＝T1T2高中物理选修3-3课件•(3)图象：•(4)适用条件：①气体的不变．②气体的不变．质量体积高中物理选修3-3课件•二、气体的等压变化•1．等压变化：一定质量的气体，在压强不变的情况下，随的变化．•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，体积与热力学温度成．•(2)表达式：•或或.体积温度正比V＝CTV1T1＝V2T2V1V2＝T1T2高中物理选修3-3课件•(3)图象•【特别提醒】若横轴用摄氏度t表示，则在p－t图象中的等容线或V－t图象中的等压线均不再过原点，它们的延长线应过－273.15℃.•(4)适用条件：①气体不变；②气体不变.质量压强高中物理选修3-3课件科目一考试年科目一模拟考试题科目二考试年科目二考试技巧、考试内容、考试视频高中物理选修3-3课件•一、查理定律与盖—吕萨克定律的比较定律查理定律盖—吕萨克定律表达式p1T1＝p2T2＝恒量V1T1＝V2T2＝恒量成立条件气体的质量一定，体积不变气体的质量一定，压强不变图线表达应用直线的斜率越大，体积越小，如图V2＜V1直线的斜率越大，压强越小，如图p2＜p1高中物理选修3-3课件•如图甲所示，为一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的V－T图象．已知气体在状态A时的压强是1.5×105Pa.•(1)说出A→B过程中压强变化的情形，并根据图象提供的信息，计算图中TA的温度值；•(2)请在图乙所示的坐标系中，作出由状态A经过状态B变为状态C的p－T图象，并在图象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，请根据实际情况写出计算过程．高中物理选修3-3课件解析：(1)由图甲可以看出，A与B连线的延长线过原点O，所以A→B是等压变化过程，即pA＝pB根据盖—吕萨克定律可得VATA＝VBTB，即TA＝VAVBTB＝0.40.6×300K＝200K.高中物理选修3-3课件(2)由图甲可知，由B→C是等容变化过程，根据查理定律得pBTB＝pCTC故pC＝TCTBpB＝400300pB＝43pB＝43pA＝43×1.5×105Pa＝2.0×105Pa.则可画出由状态A→B→C的p－T图象，如图所示．高中物理选修3-3课件•二、一定质量的气体不同图象比较类别图线特点举例p－VpV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远p－1/V斜率越大，温度越高高中物理选修3-3课件p－T斜率越大，体积越小V－T斜率越大，压强越小高中物理选修3-3课件•一定质量气体的状态变化过程的p－V图线如图所示，其中A是初始态，B、C是中间状态．A→B为双曲线的一部分，B→C与纵轴平行，C→A与横轴平行．如将上述变化过程改用p－T图线和V－T图线表示，则在下列的各图中正确的是()高中物理选修3-3课件•解析：在p－V图象中，气体由A→B是等温过程，且压强减小，气体体积增大；由B→C是等容过程，且压强增大，气体温度升高；由C→A是等压过程，且体积减小，温度降低．由此可判断在p－T图中A错、B正确，在V－T图中C错、D正确．•答案：BD高中物理选修3-3课件•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．设B管的体积与A玻璃泡的体积•相比可忽略不计．在1标准大气压下对B管进行•温度刻度(1标准大气压相当于76cmHg的压强，•等于101kPa)．已知当温度t1＝27℃时，管内•水银面高度x1＝16cm，此高度即为27℃的刻•度线，问t＝0℃的刻度线在何处．高中物理选修3-3课件•思路点拨：高中物理选修3-3课件解析：选玻璃泡A内的一定量的气体为研究对象，由于B管的体积可略去不计，温度变化时，A内气体经历的是一个等容过程．玻璃泡A内气体的初始状态：T1＝300K，p1＝(76－16)cmHg＝60cmHg末态，即t＝0℃的状态：T0＝273K由查理定律得p＝T0T1p1＝273300×60cmHg＝54.6cmHg所以t＝0℃时水银面高度，即刻度线的位置是x0＝(76－54.6)cm＝21.4m.•答案：21.4cm高中物理选修3-3课件•【反思总结】利用查理定律解题的一般步骤：•(1)确定研究对象，即被封闭的气体．•(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律条件．是否是质量和体积保持不变．•(3)确定初、末两个状态的温度、压强或温度、体积．•(4)按查理定律公式列式求解．•(5)分析检验求解结果．高中物理选修3-3课件•【跟踪发散】1－1：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V＝355mL.假设在室温(17℃)罐内装有0.9V的饮料，剩余空间充满CO2气体，气体压强为1atm.若易拉罐承受的压强为1.2atm，则保存温度不能超过多少？高中物理选修3-3课件•答案：75℃解析：取CO2气体为研究对象，则：初态：p1＝1atm，T1＝(273＋17)K＝290K末态：p2＝1.2atm，T2＝未知量气体发生等容变化，由查理定律p2p1＝T2T1得：T2＝p2p1T1＝1.2×2901K＝348Kt＝(348－273)℃＝75℃.高中物理选修3-3课件•如图所示，活塞的质量为m，大气压强为p0，当密闭气体的温度由T1升高到T2时，求：•(1)温度为T2时气体的压强；•(2)温度为T2时的气体体积．•(汽缸的横截面积为S，忽略活塞与汽缸间的摩擦，温度T1时气体的体积为V1)高中物理选修3-3课件•思路点拨：高中物理选修3-3课件解析：(1)以活塞为研究对象进行受力分析，如图所示．由平衡条件pS＝mg＋p0S，得p＝mgS＋p0(2)由盖—吕萨克定律V1T1＝V2T2得：V2＝V1T2T1.答案：(1)mgS＋p0(2)V1T2T1高中物理选修3-3课件•【反思总结】利用盖—吕萨克定律解题的一般步骤•(1)确定研究对象，即某被封闭气体．•(2)分析状态变化过程，明确初、末状态，确认在状态变化过程中气体的质量和体积保持不变．•(3)分别找出初、末两状态的温度、压强或温度、体积．•(4)根据盖—吕萨克定律列方程求解．•(5)分析所求结果是否合理高中物理选修3-3课件•【跟踪发散】2－1：一气象探测气球，在充有压强为1.00atm(即76.0cmHg)、温度为27.0℃的氦气时，体积为3.50m3.在上升至海拔6.50km高空的过程中，气球内氦气的压强逐渐减小至此高度上的大气压36.0cmHg，气球内部因启动一持续加热过程而维持其温度不变．此后停止加热，保持高度不变．已知在这一海拔高度气温为－48.0℃.求：•(1)氦气在停止加热前的体积；•(2)氦气在停止加热较长一段时间后的体积．高中物理选修3-3课件•解析：(1)在气球上升至海拔6.50km高空的过程中，气球内氦气经历一等温过程．•根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2①•式中，p1＝76.0cmHg，V1＝3.50m3，p2＝36.0cmHg，V2是在此等温过程末氦气的体积．•由①式得•V2≈7.39m3②•(2)在停止加热较长一段时间后，氦气的温度逐渐从T1＝300K下降到与外界气体温度相同，即T2＝225K．这是一等压过程．根据盖—吕萨克定律有高中物理选修3-3课件•答案：(1)7.39m3(2)5.54m3V2T1＝V3T2③式中，V3是在此等压过程末氦气的体积．由③式得V3≈5.54m3高中物理选修3-3课件•如图所示，一定质量的气体从状态A经B、C、D再回到A.问AB、BC、CD、DA是什么过程？已知气体在状态A时的体积是1L，求在状态B、C、D时的体积各为多少，并把此图改为p－V图．高中物理选修3-3课件•解析：A→B为等容线，压强随温度升高而增大．•B→C为等压过程，体积随温度升高而增大．•C→D为等温变化，体积随压强减小而增大．•D→A为等压变化，体积随温度降低而减小．由题意知VB＝VA＝1L，因为VBTB＝VCTC，所以VC＝TCTB·VB＝900450×1L＝2L．VD＝pCpD·VC＝31×2L＝6L，据以上数据，题中四个过程的p－V图象如图所示．高中物理选修3-3课件•答案：见解析•【反思总结】图象的分析方法及应用：•(1)图象上的某一点表示一定质量气体的一个平衡状态；图象上的某一线段，表示一定质量气体的状态变化的一个过程．•(2)应用图象解决问题时，要注意数学公式与图象的数图转换，图象与物理过程、物理意义之间的关系．•(3)在图形转换时，关键是要明确状态的各个参量，并正确分析出各过程的性质及图象特点．高中物理选修3-3课件•【跟踪发散】3－1：如图所示，为一定质量的理想气体p－1/V图象，图中BC为过原点的直线，A、B、C为气体的三个状态，则下列说法中正确的是()•A．TATB＝TCB．TATBTC•C．TA＝TBTCD．TATBTC高中物理选修3-3课件•解析：由题图可知A→B为等容变化，根据查理定律，pApB，TATB.由B→C为等温变化，即TB＝TC.所以TATB＝TC，选项A正确．•答案：A高中物理选修3-3课件•1．描述一定质量的气体作等容变化的过程的图线是图中的()高中物理选修3-3课件•解析：等容变化的过程的p－t图在t轴上的交点坐标是(－273℃，0)，D正确．•答案：D高中物理选修3-3课件•2．如图所示，在一只烧瓶上连一根玻璃管，把它跟一个水银压强计连在一起，烧瓶里封闭着一定质量的气体，开始时水银压强计U形管两端水银面一样高．下列情况下，为使U形管两端水银面一样高，管A的移动方向是()高中物理选修3-3课件•A．如果把烧瓶浸在热水中，应把A向下移•B．如果把烧瓶浸在热水中，应把A向上移•C．如果把烧瓶浸在冷水中，应把A向下移•D．如果把烧瓶浸在冷水中，应把A向上移•解析：使U形管两端水银面一样高，即保持封闭气体的压强始终等于外界大气压而不变，若把烧瓶浸在热水中，气体体积增大，A中水银面上升，为使两管水银等高，应把A下移，故A项正确，B错；若把烧瓶浸在冷水中，气体体积减小，B管中水银面上升，为使两管水银面等高，应把A管上移，故C错，D对．•答案：AD高中物理选修3-3课件•3.(2011·临沂联考)如图所示，两端开口的U形管，右侧直管中有一部分空气被一段水银柱与外界隔开，若在左管中再注入一些水银，平衡后则()•A．下部两侧水银面A、B高度差h减小•B．h增大•C．右侧封闭气柱体积变小•D．水银面A、B高度差h不变•解析：在左管中注入水银过程中，右管中的封闭气体的压强不变，所以水银面A、B高度差h不变，故选D.•答案：D高中物理选修3-3课件•4．一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V－T图象如图所示，则()•A．在过程A→C中，气体的压强不断变小•B．在过程C→B中，气体的压强不断变大•C．在状态A时，气体的压强最小•D．在状态B时，气体的压强最大高中物理选修3-3课件•答案：BCD解析：A→C过程中，气体的体积不变，发生等容变化，由pT＝C可知，温度升高，压强增大，故A错误；在C→B过程中，发生等温变化，由pV＝C可知，体积减小，压强增大，故B正确；综上所述，在A→C→B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，在状态A时的压强最小，故C、D正确．高中物理选修3-3课件•5．(2011·上海单科，4)如图，一定量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b，在此过程中，其压强()•A．逐渐增大B．逐渐减小•