2020版高中物理 第8章 气体 2 气体的等容变化和等压变化课件 新人教版选修3-3

第八章气体2气体的等容变化和等压变化2[学习目标]1.知道什么是等容变化，理解查理定律的内容和公式．(重点)2.掌握等容变化的p­T图线、物理意义并会应用．(重点、难点)3.知道什么是等压变化，理解盖­吕萨克定律的内容和公式．(重点)4.掌握等压变化的V­T图线、物理意义并会应用．(重点、难点)3自主探新知预习4一、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)文字表述：一定质量的某种气体，在________的情况下，______与____________成正比．(2)公式表达：p＝____或p1T1＝__或p1p2＝__.压强温度体积不变压强p热力学温度TCTp2T2T1T25(3)图象：从图甲可以看出，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．但是，如果把图甲中的直线AB延长至与横轴相交，把交点当作坐标原点，建立新的坐标系(如图乙所示)，那么这时的压强与温度的关系就是正比例关系了．图乙坐标原点的意义为气体压强为0时，其温度为0K．可以证明，新坐标原点对应的温度就是___.甲乙0K6(4)适用条件：气体的____一定，气体的____不变．质量体积7二、气体的等压变化1．等压变化质量一定的气体，在________的条件下，体积随温度的变化．2．盖—吕萨克定律(1)文字表述：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．(2)公式表达：V＝____或V1T1＝V2T2或V1V2＝__.(3)适用条件：气体____一定；气体____不变．压强不变CTT1T2质量压强8(4)等压变化的图象：由V＝CT可知在V­T坐标系中，等压线是一条通过坐标原点的倾斜的直线．对于一定质量的气体，不同等压线的斜率不同．斜率越小，压强越大，如图所示，p2__(选填“”或“”)p1.91．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)在质量和体积不变的情况下，气体的压强与摄氏温度成正比．()(2)等容变化的p­T图线是一条过坐标原点的直线．()(3)一定质量的气体，若体积变大，则温度一定升高.()×√×10(4)一定质量的某种气体，在压强不变时，其V­T图象是过原点的直线．()(5)pV＝C，pT＝C，VT＝C，三个公式中的常数C是同一个数值．()√×112．(多选)下列描述一定质量的气体作等容变化的过程的图线不正确的是()12ABC[等容变化的过程的p­t图象在t轴上的交点坐标是(－273℃，0)，D正确；p­T图象是过原点的直线，E正确．]133．在密封容器中装有某种气体，当温度从50℃升高到100℃时，气体的压强从p1变到p2，则p1p2为__________．[解析]由于气体做等容变化，所以p1p2＝T1T2＝t1＋273t2＋273＝323373.[答案]32337314合作攻重难探究15气体的等容变化1．查理定律的适用条件压强不太大，温度不太低的情况．当温度较低，压强较大时，气体会液化，定律不再适用．162．公式变式由p1T1＝p1＋ΔpT1＋ΔT得p1T1＝ΔpΔT或Δp＝ΔTT1p1，ΔT＝Δpp1T1.173．等容线(1)p­T图象①意义：反映了一定质量的气体在等容变化中，压强p与热力学温度T成正比．②图象：过原点的直线．③特点：斜率越大，体积越小18(2)p­t图象①意义：反映了一定质量的气体在等容变化中，压强p与摄氏温度t的线性关系．②图象：倾斜直线，延长线与t轴交点为－273.15℃.③特点：连接图象中的某点与(－273.15℃，0)连线的斜率越大，体积越小．19【例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x＝16cm，此高度即为27℃的刻度线，问t＝0℃的刻度线在何处？2021[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.22由查理定律得p＝T0T1p1＝273300×60cmHg＝54.6cmHg.所以t＝0℃时水银面的高度，即刻度线的位置是x0＝(76－54.6)cm＝21.4cm.[答案]21.4cm23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成立条件，即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．(4)按查理定律公式列式求解，并对结果进行讨论．241．有一上端开口、竖直放置的玻璃管，管中有一段15cm长的水银柱将一些空气封闭在管中，如图所示，此时气体的温度为27℃.当温度升高到30℃时，为了使气体体积不变，需要再注入多少水银？(设大气压强为p0＝75cmHg且不变，水银密度ρ＝13.6g/cm3)25[解析]设再注入的水银柱长为x，以封闭在管中的气体为研究对象，气体做等容变化．初态：p1＝p0＋15cmHg＝90cmHg，T1＝(273＋27)K＝300K；26末态：p2＝(90＋x)cmHg，T2＝(273＋30)K＝303K.由查理定律p2T2＝p1T1得90＋x303＝90300，解得x＝0.9cm.则注入水银柱的长度为0.9cm.[答案]0.9cm27气体的等压变化1．盖—吕萨克定律的适用范围压强不太大，温度不太低．原因同查理定律．2．公式变式由V1T1＝V1＋ΔVT1＋ΔT得V1T1＝ΔVΔT，所以ΔV＝ΔTT1V1，ΔT＝ΔVV1T1，283．等压线(1)V­T图象①意义：反映了一定质量的气体在等压变化中体积与热力学温度T成正比．②图象：过原点的直线．③特点：斜率越大，压强越小．29(2)V­t图象①意义：反映了一定质量的气体在等压变化中体积与摄氏温度t成线性关系．②图象：倾斜直线，延长线与t轴交点为－273.15℃.③特点：连接图象中的某点与(－273.15℃，0)，连线的斜率越大，压强越小．30【例2】如图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1.5×105Pa.甲乙31(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的值．(2)请在图乙所示坐标系中，作出由状态A经过状态B变为状态C的p­T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，请写出计算过程．32思路点拨：(1)在根据图象判断气体的状态变化时，首先要确定横、纵坐标表示的物理量，其次根据图象的形状判断各物理量的变化规律．(2)在气体状态变化的图象中，图线上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态，一个线段表示气体状态变化的一个过程．33[解析](1)由图象可知A→B为等压过程，根据盖—吕萨克定律可得VATA＝VBTB，所以TA＝VAVBTB＝0.40.6×300K＝200K.34(2)根据查理定律得pBTB＝pCTC，pC＝TCTBpB＝400300pB＝43pB＝43pA＝43×1.5×105Pa＝2.0×105Pa.则可画出由状态A→B→C的p­T图象如图所示．[答案](1)压强不变200K(2)见解析35(1)从图象中的某一点(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，逐一分析计算出各点的p、V、T.(2)根据计算结果在图象中描点，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．(3)图象特点：p­1V图象、p­T图象、V­T图象在原点附近都要画成虚线．362．如图甲所示，竖直放置的汽缸内壁光滑，活塞厚度与质量均不计，在B处设有限制装置，使活塞只能在B以上运动，B以下汽缸的容积为V0，A、B之间的容积为0.2V0.开始时活塞在A处，温度为87℃，大气压强为p0，现缓慢降低汽缸内气体的温度，直至活塞移动到A、B的正中间，然后保持温度不变，在活塞上缓慢加沙，直至活塞刚好移动到B，然后再缓慢降低汽缸内气体的温度，直到－3℃.求：37甲乙(1)活塞刚到达B处时的温度TB；(2)缸内气体最后的压强p；(3)在图乙中画出整个过程的p­V图线．38[解析](1)缓慢降低汽缸内气体的温度，使活塞移到A、B的正中间，此过程是等压过程：由盖—吕萨克定律VATA＝V′T′代入数据1.2V0360＝1.1V0T′，得T′＝330K.然后保持温度不变，在活塞上缓慢加沙，直至活塞刚好移动到B，这个过程是等温过程，故活塞刚到达B处时的温度TB＝330K.39(2)保持温度不变，在活塞上加沙，直至活塞刚好移动至B，这个过程是等温过程：根据玻意耳定律有，p0×1.1V0＝p1×V0，解得p1＝1.1p0，再接下来的等容过程，根据查理定律有：1.1p0330＝p270，解得p＝0.9p0.40(3)整个过程的p­V图线如图所示．[答案](1)330K(2)0.9p0(3)见解析41课堂小结知识脉络1.等容变化和查理定律.2.p­T图线及物理意义.3.等压变化和盖—吕萨克定律.4.V­T图线及物理意义.42当堂固双基达标431．对于一定质量的气体，在体积不变时，压强增大到原来的2倍，则气体温度的变化情况是()A．气体的摄氏温度升高到原来的2倍B．气体的热力学温度升高到原来的2倍C．气体的摄氏温度降为原来的一半D．气体的热力学温度降为原来的一半44B[一定质量的气体体积不变时，压强与热力学温度成正比，即p1T1＝p2T2，所以T2＝p2p1·T1＝2T1，选项B正确．]452．(多选)图中描述一定质量的气体做等容变化图线的是()ABCDCD[由查理定律知，一定质量的气体，在体积不变时，其压强和热力学温度成正比，选项C正确，选项A、B错误；在p­t图象中，直线与横轴的交点表示热力学温度的零度，选项D正确．]463．如图所示为0.3mol的某种气体的压强和温度关系的p­t图线．p0表示标准大气压，则在状态B时气体的体积为()A．5.6LB．3.2LC．1.2LD．8.4L47D[此气体在0℃时，压强为标准大气压，所以它的体积应为22.4×0.3L＝6.72L，根据图线所示，从0℃到A状态的127℃，气体是等容变化，则A状态的体积为6.72L．从A状态到B状态的等压变化，A状态的温度为127K＋273K＝400K，B状态的温度为227K＋273K＝500K，根据盖—吕萨克定律VATA＝VBTB，VB＝VATBTA＝6.72×500400L＝8.4L，D项正确．]484．(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，这一过程如图所示，则()A．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49AD[气体在过程AC中发生等温变化，由pV＝C(恒量)可知，体积减小，压强增大，故选项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pT＝C(恒量)可知，温度升高，压强增大，故选项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，故选项C错误，选项D正确．]