高中物理人教版 (新课标)选修32 气体的等容变化和等压变化学案

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第2节 气体的等容变化和等压变化目标导航知道什么是等容变化，什么是等压变化。掌握查理定律，盖·吕萨克定律的内容和公式表达。理解p-T图上等容变化的图线及物理意义。理解V-T图上等压变化的图线及物理意义。会用查理定律、盖·吕萨克定律解决有关问题。诱思导学 1、概念：（1）等容变化：气体在体积不变的情况下发生的状态变化叫等容变化。 （2）等压变化：气体在压强不变的情况下发生的状态变化叫等压变化。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，压强与热力学温度成正比。（2）公式：=C 或 =点拨： ①查理定律是实验定律，由法国科学家查理发现②成立条件：气体质量一定，体积不变③一定质量的气体在等容变化时，升高（或降低）相同的温度增加（或减小）的压强是相同的，即=④解题时，压强的单位要统一⑤C与气体的种类、质量和体积有关3、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正比。（2）公式：=或=C点拨：①盖·吕萨克定律是通过实验发现的②成立条件：气体质量一定，压强不变③一定质量的气体在等压变化时，升高（或降低）相同的温度增加（或减小）的体积是相同的④C与气体的种类、质量和压强有关4、等容线：（1）等容线：一定质量的气体在等容变化过程中，压强P与热力学温度T成正比关系，在p—T直角坐标系中的图象叫等容线（2）一定质量的气体的p—T图线其延长线过原点，斜率反映体积的大小点拨：等容线的物理意义：图象上每一点表示气体一个确定的状态。同一等容线上，各气体的体积相同不同体积下的等温线，斜率越大，体积越小（见图8.2—1）5、等压线：（1）定义：一定质量的气体在等压变化过程中，体积V与热力学温度T成正比关系，在V—T直角坐标系中的图象叫等压线（2）一定质量的气体的V—T图线其延长线过原点点拨：等压线的物理意义： ① 图象上每一点表示气体一个确定的状态。同一等压线上，各气体的压强相同②不同压强下的等压线，斜率越大，压强越小（见图8.2—2）[探究] 查理定律的另一种表达式； 设温度为0℃时，一定质量的气体压强为p0，此时T=273K；当温度为t℃时，气体压强为p，则有 p0/273=p/（273+t） 即p= p0（1+t/273）同样对盖·吕萨克定律：V= V0（1+t/273）典型探究例1．一定质量的气体在0℃时压强为p0，在27℃时压强为p，则当气体从27℃升高到28℃时，增加的压强为A.1/273 p0 B.1/273p C.1/300p0 D.1/300p【解析】本题只要灵活应用查理定律的各种表达式即可求得。 根据p/T=C可得pt=p0（1+t/273），所以p=p0（1+27/273），p′=p0(1+28/273),∴△p=p′－p=1/273 p0 根据p1/T1=p2/T2得p1/（273+27）=p′/（273+28）从而p′=301/300p∴△p=p′－p=1/300p故正确答案为A、D例2、如图8.2—3所示，两端封闭的粗细均匀的、竖直放置的玻璃管内有一长为h的水银柱，将管内气体分为两部分，已知l2=2l1，开始两部分气体温度相同，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？【解析】判断两容器间液柱移动方向常用“假设法” 先假设水银柱不移动，即假设两端空气柱体积不变，用查理定律分别对上、下两部分气体列式，求得两气柱升高温度前后压强的增量△p1和△p2.若△p1=△p2，则水银柱不移动；若△p1<△p2，则水银住下移，若△p1>△p2，则水银住上移由△p1=p1，△p2=p2，以及p1>p2可得△p1>△p2，所以水银柱上移。例3.容积为2L的烧瓶，在压强为1.0×105Pa时，用塞子塞住，此时温度为27℃，当把它加热到127℃时，塞子被打开了，稍过一会儿，重新把盖子塞好，停止加热并使它逐渐降温到27℃，求：塞子打开前的最大压强27℃时剩余空气的压强【解析】塞子打开前，瓶内气体的状态变化为等容变化。塞子打开后，瓶内有部分气体会逸出，此后应选择瓶中剩余气体为研究对象，再利用查理定律求解。（1）塞子打开前：选瓶中气体为研究对象， 初态：p1=1.0×105Pa，T1=273+27=300K 末态：p2=？，T2=273+127=400K 由查理定律可得：p2=T2/T1 ×p1=400/300 ×1.0×105 Pa≈1.33×105Pa塞子塞紧后，选瓶中剩余气体为研究对象。初态：p1′=1.0×105Pa，T1′=400K末态：p2′=？ T2′=300K由查理定律可得：p2′=T2′/T1′×p1′=300/400 ×1.0×105≈0.75×105Pa例4. 一定质量的理想气体的P—t图象，如图8.2—4所示，在状态A到状态B的过程中，体积：A.一定不变 B.一定减小 C.一定增加 D.不能判定怎样变化【解析】正确答案是D。很多同学错选C。原因是他们“死记”等容线通过原点，因此连接OA、OB得两条等容线，∵斜率大而V小，故VA8.15×106Pa 所以已漏气。解析：选管内气体为研究对象，L为油柱离管口的距离， 初状态：V1=360+2=362cm3 T1=298K 末状态：V2=360+L×0.2 T2=？ 由盖·吕萨克定律，V1/T1=V2/T2 T2= V2 T1/V1=298（360+L×0.2）/36 ΔT=T2-T1=298×0.2×（L-10）/362=298×0.2×ΔL/362 ΔT与ΔL成正比，刻度均匀。 当L=0时 T=298×360/362=296.4K 当L=20时 T=298×364/362=299.6K测量范围为；23.4℃～26.6℃3、解析：（1）A→B过程中为等压变化，压强不变：0.4/TA=0.6/300 TA=200K=-730C （2）B→C过程中为等容变化，pB/TB=pC/TC ， pC=2×105Pa 图略 。基础训练一定质量的气体在保持密度不变的情况下，把它的温度由原来的27℃升到127℃，这时该气体的压强是原来的A. 3倍 B. 4倍 C. 4/3倍 D. 3/4倍一定质量的气体，在体积不变时，温度每升高1℃，它的压强增加量A. 相同 B. 逐渐增大 C. 逐渐减小 D. 成正比例增大将质量相同的同种气体A、B分别密封在体积不同的两容器中，保持两部分气体体积不变，A、B两部分气体压强温度的变化曲线如图8.2—6所示，下列说法正确的是A. A部分气体的体积比B部分小 B. A、B直线延长线将相交于t轴上的同一点C. A、B气体温度改变量相同时，压强改变量也相同D.A、B气体温度改变量相同时，A部分气体压强改变量较大如图8.2—7所示，将盛有温度为T的同种气体的两容器用水平细管相连，管中有一小段水银将A、B两部分气体隔开，现使A、B同时升高温度，若A升高到T+△TA，B升高到T+△TB，已知VA=2VB，要使水银保持不动，则A. △TA=2△TB B. △TA=△TB C. △TA=△TB D. △TA=△TB一定质量的气体，在体积不变的条件下，温度由0℃升高到10℃时， 其压强的增量为△p1，当它由100℃升高到110℃时，所增压强为△p2，则△p1与△p2之比是A. 10：1 B. 373：273 C.1：1 D. 383：283如图8.2—8，某同学用封有气体的玻璃管来测绝对零度，当容器水温是30℃时，空气柱长度为30cm，当水温是90℃时，空气柱的长度是36cm，则该同学测得的绝对零度相当于多少摄氏度A.-273℃ B. -270℃ C. -268℃ D. -271℃查理定律的正确说法是一定质量的气体，在体积保持不变的情况下气体的压强跟摄氏温度成正比气体温度每升高1℃，增加的压强等于它原来压强的1/273气体温度每降低1℃.减小的压强等于它原来压强的1/273以上说法都不正确一定质量的气体当体积不变而温度由100℃上升到200℃时，其压强A. 增大到原来的两倍 B. 比原来增加100/273倍C. 比原来增加100/373倍 D. 比原来增加1/2倍一定质量的理想气体等容变化中，温度每升高1℃，压强的增加量等于它在17℃时压强的A. 1/273 B. 1/256 C. 1/300 D. 1/290一定质量的理想气体，现要使它的压强经过状态变化后回到初始状态的压强，那么使用下列哪些过程可以实现先将气体等温膨胀，再将气体等容降温 先将气体等温压缩，再将气体等容降温先将气体等容升温，再将气体等温膨胀先将气体等容降温，再将气体等温压缩如图8.2—9所示，开口向上，竖直放置的容器中，用两活塞封闭着两段同温度的气柱，体积为V1、V2，且V1=V2，现给他们缓慢加热，使气柱升高的温度相同，这时它们的体积分别为V1′、V2′，A. V1′>V2′ B. V1′=V2′ C. V1′ΔpA,即温度升高后，B部分气体增加的压强较A大，故水银柱向上移动，选A项正确。（2）极限法：由于上部气体压强pA较小，设想pA=0，即上部几乎是真空，于是立即得到T增大时，水银柱上移。3、一个瓶子里装有某种气体，瓶上一个小孔跟外面的大气相通，瓶中原来气体的温度为150C，如果把它加热到2070C，瓶中气体的质量是原来质量的几分之几？解析：选原瓶中气体为研究对象，T1=288K V1=VT2=480K V2=？由盖·吕萨克定律，V1/T1=V2/T2 得V2=480V/288在2070C时，气体各部分密度一样，处于同一状态，其密度为ρ，m*/m=V/V2=60%关键搞清瓶中气体末状态下与总体积的多少。4、课本做一做：此装置还可演示压强不变时热胀冷缩的实验。方法是用双手握住烧瓶，瓶内气体膨胀，油柱右移；用冷湿毛巾包住烧瓶，瓶内气体收缩，油柱左移，为增加可见度，油柱应带颜色。