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高中人教版 (2019)第二章 气体、固体和液体3 气体的等压变化和等容变化示范课课件ppt
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这是一份高中人教版 (2019)第二章 气体、固体和液体3 气体的等压变化和等容变化示范课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，素养·目标定位，随堂训练，模型方法·素养提升，素养•目标定位，目标素养，知识概览，3图像表示，答案C等内容，欢迎下载使用。
1.知道什么是等压变化,理解盖-吕萨克定律的内容和公式。2.掌握等压变化的V-T图线、物理意义。3.知道什么是等容变化,理解查理定律的内容和公式。4.掌握等容变化的p-T图线、物理意义。5.知道什么是理想气体并知道理想气体的特点。6.知道用分子动理论对气体实验定律的微观解释。
一、气体的等压变化1.等压变化:一定质量的某种气体,在压强不变时,体积随温度变化的过程叫作气体的等压变化。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,其体积V与热力学温度T成 正比 。
(3)图像表示。(4)适用条件。①气体质量不变、压强不变。②气体温度不太低、压强不太大。微思考 V-T图像的斜率能否反映气体压强的大小?提示:能。斜率越大,表示压强越小。
二、 气体的等容变化1.气体的等容变化:一定质量的某种气体,在体积不变时,压强随温度变化的过程叫作气体的等容变化。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 正比 。
微探究1 在炎热的夏天,打足气的自行车轮胎在日光的暴晒下有时会胀破。忽略轮胎体积变化,试探究轮胎胀破的原因。提示:自行车轮胎体积一定,日光暴晒时,轮胎里的空气温度升高明显,气体压强增大,当气体压强增大到超过轮胎承受的限度时,轮胎就会被胀破。
三、理想气体1.理想气体:在任何温度、任何压强下都遵从 气体实验定律 的气体,我们把它叫作理想气体。 2.条件:气体 分子大小 和 相互作用力 可以忽略不计,气体分子与器壁碰撞的动能损失不计。 3.理想气体是一种 理想化 的模型。在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时,可把实际气体当成理想气体来处理。
4.理想气体的状态方程。(1)内容:一定质量的某种理想气体,在从某一状态变化到另一状态时,尽管其压强p、体积V和温度T 都可能改变,但是压强p跟体积V的乘积与热力学温度T的比值却保持 不变 。
式中C 是与压强p、体积V、温度T无关的常量,它与气体的质量、种类有关。上式叫作理想气体的状态方程。
微探究2 液态的氮气是惰性的,无色,无臭,无腐蚀性,不可燃,温度极低。氮气构成了大气的大部分(体积比78.03%,重力比75.5%)。氮气不活泼,不支持燃烧,汽化时大量吸热。在常压下,液氮温度为-196 ℃。(1)常温常压下氮气能不能看作理想气体?(2)能不能根据理想气体状态方程推导出查理定律?提示:(1)常温常压下氮气可以认为是理想气体。(2)查理定律是一定质量的气体在体积不变的情况下,压强和温度的关系,根据理想气体状态方程,体积不变,压强和热力学温度成正比。
四、气体实验定律的微观解释1.玻意耳定律的微观解释:一定质量的某种理想气体,温度保持不变时,分子的平均动能是 一定 的。在这种情况下,体积减小时,分子的数密度增大,单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多,气体的压强就增大。 2.盖-吕萨克定律的微观解释:一定质量的某种理想气体,温度升高时,分子的 平均动能 增大;只有气体的体积同时增大,使分子的数密度减小,才能保持压强不变。
3.查理定律的微观解释:一定质量的某种理想气体,体积保持不变时,分子的数密度保持不变。在这种情况下,温度升高时,分子的 平均动能 增大,气体的压强就增大。
微探究3 自行车的轮胎没气后会变瘪,用打气筒向里打气,打进去的气越多,轮胎会越“硬”。你怎样用分子动理论的观点来解释这种现象?(假设轮胎的容积和气体的温度不发生变化)提示:轮胎的容积不发生变化,随着气体不断地打入,轮胎内气体分子的密集程度不断增大,温度不变意味着气体分子的平均动能没有发生变化,故气体压强不断增大,轮胎会越来越“硬”。
重难归纳1.盖-吕萨克定律的理解。
一 盖-吕萨克定律的理解与应用
2.应用盖-吕萨克定律解题的一般步骤。(1)确定研究对象,即被封闭的一定质量的气体。(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件:质量一定,压强不变。(3)确定初、末两个状态的温度、体积。(4)根据盖-吕萨克定律列式。(5)求解结果并分析、检验。
相传三国时期著名的军事家、政治家诸葛亮被司马懿困于平阳,无法派兵出城求救,就在此关键时刻,诸葛亮发明了一种可以升空的信号灯——孔明灯,并成功进行了信号联络,其后终于顺利脱险,你知道孔明灯为什么能够升空吗?提示:孔明灯是利用火焰的热量使容器内的气体等压膨胀,使部分气体从孔明灯内逸出,进而使孔明灯内气体的质量减小,当大气对孔明灯的浮力恰好等于孔明灯的重力时,即达到孔明灯升空的临界条件,若继续升温,孔明灯就能升空了。
典例剖析用绳子系住汽缸缸底,将汽缸倒过来悬挂,汽缸内用活塞封闭了一定质量的理想气体,达到平衡时如图所示,活塞到缸底的距离l1=36 cm,已知活塞质量m=10 kg、面积S=100 cm2,不计活塞厚度及其与汽缸之间的摩擦,重力加速度g取10 m/s2,大气压强为p0=1×105 Pa,缸内气体初始温度为27 ℃。(1)求汽缸内气体的压强p1。(2)现缓慢升高汽缸内气体的温度,使活塞恰好到达缸口,此时活塞与缸底的距离为l=42 cm,求此时缸内气体的温度。
答案:(1)9×104 Pa (2)350 K(或77 ℃)解析:(1)对活塞受力分析可知p1S+mg=p0S解得p1=9×104 Pa。
学以致用如图所示,汽缸长l0=1.0 m,固定在水平地面上,汽缸中有横截面积S=100 cm2的光滑活塞,活塞封闭了一定质量的理想气体,大气压强p0=1.0×105 Pa,当温度t=27 ℃时,气柱长度l=0.8 m,汽缸和活塞的厚度均可忽略不计。(1)如果温度保持不变,将活塞缓慢拉至汽缸右端口,此时水平拉力F的大小是多少?(2)如果汽缸内气体温度缓慢升高,使活塞移至汽缸右端口时的气体温度是多少?
答案:(1)200 N (2)375 K解析:(1)设活塞缓慢到达汽缸端口时,被封气体压强为p1,则由玻意耳定律p0lS=p1l0S解得p1=0.8×105 Pa把活塞缓慢拉至汽缸右端口处有p1S=p0S-F解得F=200 N。
(2)设汽缸内气体温度缓慢升高,使活塞移至汽缸右端口时的气体温度为T2,T1=(27+273) K=300 K
解得T2=375 K。
重难归纳1.对查理定律的理解。
二 对查理定律的理解与应用
2.应用查理定律解题的一般步骤。(1)确定研究对象,即被封闭的一定质量的气体。(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件:质量一定,体积不变。(3)确定初、末两个状态的温度、压强。(4)根据查理定律列式。(5)求解结果并分析、检验。
我国民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病,即先加热罐中气体,然后迅速将火罐开口端紧压在人体的皮肤上,待火罐冷却后,火罐就被紧紧地“吸”在皮肤上。你知道其中的道理吗?提示:火罐内的气体体积一定,冷却后气体的温度降低,压强减小,故在大气压力的作用下被“吸”在皮肤上。
典例剖析1.一定质量的气体在等容变化过程中,温度每升高1 ℃,压强的增加等于它在300 K时压强的( )
2.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。在标准大气压下对B管进行温度刻度标记(标准大气压相当于76 cm高的水银柱产生的压强,等于101 kPa)。已知当温度t1=27 ℃时,管内水银面高度x=16 cm,此高度即为27 ℃的刻度线,问t=0 ℃的刻度线在何处?答案:21.4 cm
解析:选玻璃泡A内的气体为研究对象,由于B管的体积可忽略不计,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=300 K,p1=(76-16) cm·ρ水银g=60 cm·ρ水银g末态,即t=0 ℃的状态:T0=273 K
所以t=0 ℃时水银面的高度,即刻度线的位置是x0=(76-54.6) cm=21.4 cm。
学以致用用易拉罐盛装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。我们通常用的易拉罐容积V=355 mL。假设在室温(17 ℃)下罐内装有0.9V的饮料,剩余空间充满CO2气体且气体的质量不发生变化,气体压强为1.0×105 Pa。若易拉罐能承受的最大压强为1.2×105 Pa,则保存温度不能超过多少?答案:75 ℃
重难归纳1.p-T图像与V-T图像的比较。
三 p-T图像与V-T图像
2.图像的物理意义:在气体状态变化图像中,图像上的一个点表示一定质量的气体的一个状态,一条线段表示气体状态变化的一个过程。
右图是一定质量的气体经历的两个状态变化的p-T图像,请你作出对应的p-V图像。提示:在p-T图像中AB直线过原点,所以A→B为等容过程,体积不变,压强增大,温度升高,B→C为等温过程,故p-V图像如下图所示。
典例剖析如图所示,一定质量的理想气体从状态a经过等容过程ab到达状态b,再经过等温过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到状态a。下列说法正确的是( )A.在过程ca中外界对气体做功B.在过程ab中气体的内能减少C.在过程ab中气体对外界做功D.在过程bc中与气体沿直线从状态b到达状态c相比气体吸收热量更多
解析:在过程ca中气体体积减小,则外界对气体做功,故选项A正确;在过程ab中气体的体积不变,压强变大,由 =C可知气体温度升高,则内能增加,故选项B错误;在过程ab中气体的体积不变,则气体不对外界做功,外界也不对气体做功,故选项C错误;在过程bc中,气体温度不变,则内能不变,体积变大,气体对外做功,根据热力学第一定律有ΔU=Q+W=0,气体从外界吸收的热量等于气体对外做的功;若气体沿直线从状态b到达状态c,由p-V图像围成的面积表示气体对外做的功可知,该情形下做的功较多,由于气体内能不变,所以从外界吸收的热量更多,故选项D错误。
规律总结 分析气体图像问题的技巧 1.在根据图像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,其次根据图像的形状判断各物理量的变化规律。 2.不是热力学温度的先转换为热力学温度。 3.要将图像与实际情况相结合。
学以致用(多选)某同学利用DIS(数字信息系统)研究一定质量气体的状态变化,实验后计算机屏幕显示的p-t图像如图所示。已知在状态B时气体的体积为VB=3 L,则下列说法正确的是( )A.从状态A到状态B,气体的体积不变B.从状态A到状态B,气体的体积增大C.从状态B到状态C,气体体积增大D.状态C气体的体积是2 L答案:AD
解析:气体状态A到状态B是等容变化,故气体的体积不变,选项A正确,B错误;状态B到状态C的过程中,气体温度不变,压强增大,体积减小,选项C错误;从题图中可知,pB=1.0×105 Pa,VB=3 L,pC=1.5×105 Pa,根据玻意耳定律,有pBVB=pCVC,解得VC=2 L,选项D正确。
理想气体模型——科学思维培养方法归纳1.对“理想气体”的理解。(1)宏观特点。①理想气体是为了方便研究问题而提出的一种理想模型,是实际气体的一种科学抽象,就像力学中的质点、电学中的点电荷模型一样。②宏观上,理想气体严格遵从气体实验定律及理想气体状态方程。
(2)微观特点。①理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可以忽略不计。②理想气体分子之间的相互作用力可以忽略不计,故无分子势能,理想气体的内能等于所有分子热运动的动能之和,理想气体的内能仅由温度和分子总数决定,与气体的体积无关。③分子之间和分子与器壁之间的碰撞,都是完全弹性碰撞。分子向各个方向运动的机会相同。
(3)实际处理。在温度不低于零下几十摄氏度,压强不超过大气压的几倍时,很多气体都可当成理想气体来处理。
2.对理想气体状态方程的理解。(1)成立条件:一定质量的理想气体。(2)该方程表示的是气体三个状态参量的关系,与中间的变化过程无关。(3)在 =C(恒量)中,恒量C与气体的种类、质量有关,与状态参量(p、V、T)无关。(4)方程应用时单位方面应注意:温度T必须是热力学温度,公式两边中压强p和体积V单位必须统一,但不一定是国际单位制中的单位。
(5)理想气体状态方程与气体实验定律。
一定质量的理想气体由状态A沿平行于T轴的直线变化到状态B,然后沿过原点的直线由状态B变化到状态C,p-T图像如图所示。该理想气体在状态A、状态B和状态C时的体积VA、VB、VC的大小关系是怎样的?提示:从A到B为等压变化,根据盖-吕萨克定律可知,随着温度的升高,体积增大,故VA
解析:由p-V图像可知,气体状态由A变到B为等容升压过程,根据查理定律,一定质量的气体,当体积不变时,压强跟热力学温度成正比,所以压强增大温度升高,故选项A错误;一定质量的理想气体的内能仅由温度决定,所以气体的温度升高,内能增加,分子的平均速率增大,故选项B正确,C错误;气体温度升高,则气体分子在单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增加,故选项D错误。
学以致用(多选)对一定质量的理想气体,下列说法正确的是( )A.体积不变,压强增大时,气体分子的平均动能一定增大B.温度不变,压强减小时,气体分子的数密度一定减小C.压强不变,体积增大时,气体的内能可能不变D.温度升高,压强和体积可能都不变答案:AB
解析:根据气体压强、体积、温度的关系可知,体积不变,压强增大时,气体的温度升高,气体分子的平均动能增大,选项A正确;温度不变,压强减小时,气体体积增大,气体分子的数密度减小,选项B正确;压强不变,体积增大时,气体温度升高,气体内能一定增大,选项C错误;温度升高,压强、体积中至少有一个发生改变,选项D错误。
1.将一定质量的空气封闭在气瓶内,并进行等压变化。把这些空气看成理想气体,则下列四幅图中能正确表示变化过程中空气的体积V和温度T的关系的是( )答案:B解析:等压变化中有 =C,则 V=CT,即V-T图像为过原点的直线,故选项B正确,A、C、D错误。
2.一定质量的理想气体在体积保持不变的情况下,下列说法正确的是( )
C.气体压强的增加量与热力学温度的增加量成正比D.p-T图像中等容线在p轴上的截距一定是它在0 ℃时的压强答案:C
3.下图表示一定质量的理想气体,由状态A变化到状态B,再变化到状态C的p-t图像,下列叙述正确的是( )A.A→B是等容升温过程B.A→B是等压升温过程C.B→C是等温压缩过程D.C→A是等压膨胀过程答案:A
解析:因为BA的反向延长线与t轴的交点为-273 ℃,可知A→B是等容变化,温度升高,压强变大,故A→B是等容升温过程,选项A正确,B错误;B→C是等温变化过程,根据玻意耳定律,压强与体积成反比,压强减小,体积增大,所以B→C是等温膨胀过程,选项C错误;C→A是等压变化过程,根据盖-吕萨克定律,温度降低,体积与热力学温度成正比,体积减小,所以C→A是等压压缩过程,选项D错误。
4.如图所示,竖直放置的两端封闭的U形管内有一段水银柱将空气隔成两部分,初始温度相同的情况下,对两端气体同时降低相同的温度,则( )A.两管内水银面高度差增大B.两管内水银面高度差减小C.两管内水银面高度差不变D.无法判断答案:B
解析:由题图可知p右=p左+ρ水银gh假设气体体积不变,由查理定律得压强变化量
初状态时p右>p左,T相等,如果同时使两边空气柱降低相同的温度,则左边减小的压强小于右边减小的压强,水银柱向右流动,两水银面高度差减小,故选项B正确,A、C、D错误。
5.(多选)一定质量的理想气体的状态发生变化,经历了图示A→B→C→A的循环过程,则( )A.气体在状态A时的温度等于气体在状态B时的温度B.从状态B变化到状态C的过程中,气体经历的是等压变化C.从状态B变化到状态C的过程中,气体分子平均动能增大D.从状态C变化到状态A的过程中,气体的温度逐渐降低
解析:气体在状态A和状态B满足玻意耳定律pV=C,所以A、B两状态温度相等,选项A正确;根据图像可知,从状态B变化到状态C的过程中,压强恒定,所以气体经历的是等压变化,选项B正确;根据图像可知VC
(1)当汽缸B中的活塞刚好被活塞销卡住时,气体的温度T1;(2)当汽缸A中的活塞刚要滑动时,气体的温度T2。答案:(1)400 K(2)450 K
1.知道什么是等压变化,理解盖-吕萨克定律的内容和公式。2.掌握等压变化的V-T图线、物理意义。3.知道什么是等容变化,理解查理定律的内容和公式。4.掌握等容变化的p-T图线、物理意义。5.知道什么是理想气体并知道理想气体的特点。6.知道用分子动理论对气体实验定律的微观解释。
一、气体的等压变化1.等压变化:一定质量的某种气体,在压强不变时,体积随温度变化的过程叫作气体的等压变化。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,其体积V与热力学温度T成 正比 。
(3)图像表示。(4)适用条件。①气体质量不变、压强不变。②气体温度不太低、压强不太大。微思考 V-T图像的斜率能否反映气体压强的大小?提示:能。斜率越大,表示压强越小。
二、 气体的等容变化1.气体的等容变化:一定质量的某种气体,在体积不变时,压强随温度变化的过程叫作气体的等容变化。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 正比 。
微探究1 在炎热的夏天,打足气的自行车轮胎在日光的暴晒下有时会胀破。忽略轮胎体积变化,试探究轮胎胀破的原因。提示:自行车轮胎体积一定,日光暴晒时,轮胎里的空气温度升高明显,气体压强增大,当气体压强增大到超过轮胎承受的限度时,轮胎就会被胀破。
三、理想气体1.理想气体:在任何温度、任何压强下都遵从 气体实验定律 的气体,我们把它叫作理想气体。 2.条件:气体 分子大小 和 相互作用力 可以忽略不计,气体分子与器壁碰撞的动能损失不计。 3.理想气体是一种 理想化 的模型。在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时,可把实际气体当成理想气体来处理。
4.理想气体的状态方程。(1)内容:一定质量的某种理想气体,在从某一状态变化到另一状态时,尽管其压强p、体积V和温度T 都可能改变,但是压强p跟体积V的乘积与热力学温度T的比值却保持 不变 。
式中C 是与压强p、体积V、温度T无关的常量,它与气体的质量、种类有关。上式叫作理想气体的状态方程。
微探究2 液态的氮气是惰性的,无色,无臭,无腐蚀性,不可燃,温度极低。氮气构成了大气的大部分(体积比78.03%,重力比75.5%)。氮气不活泼,不支持燃烧,汽化时大量吸热。在常压下,液氮温度为-196 ℃。(1)常温常压下氮气能不能看作理想气体?(2)能不能根据理想气体状态方程推导出查理定律?提示:(1)常温常压下氮气可以认为是理想气体。(2)查理定律是一定质量的气体在体积不变的情况下,压强和温度的关系,根据理想气体状态方程,体积不变,压强和热力学温度成正比。
四、气体实验定律的微观解释1.玻意耳定律的微观解释:一定质量的某种理想气体,温度保持不变时,分子的平均动能是 一定 的。在这种情况下,体积减小时,分子的数密度增大,单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多,气体的压强就增大。 2.盖-吕萨克定律的微观解释:一定质量的某种理想气体,温度升高时,分子的 平均动能 增大;只有气体的体积同时增大,使分子的数密度减小,才能保持压强不变。
3.查理定律的微观解释:一定质量的某种理想气体,体积保持不变时,分子的数密度保持不变。在这种情况下,温度升高时,分子的 平均动能 增大,气体的压强就增大。
微探究3 自行车的轮胎没气后会变瘪,用打气筒向里打气,打进去的气越多,轮胎会越“硬”。你怎样用分子动理论的观点来解释这种现象?(假设轮胎的容积和气体的温度不发生变化)提示:轮胎的容积不发生变化,随着气体不断地打入,轮胎内气体分子的密集程度不断增大,温度不变意味着气体分子的平均动能没有发生变化,故气体压强不断增大,轮胎会越来越“硬”。
重难归纳1.盖-吕萨克定律的理解。
一 盖-吕萨克定律的理解与应用
2.应用盖-吕萨克定律解题的一般步骤。(1)确定研究对象,即被封闭的一定质量的气体。(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件:质量一定,压强不变。(3)确定初、末两个状态的温度、体积。(4)根据盖-吕萨克定律列式。(5)求解结果并分析、检验。
相传三国时期著名的军事家、政治家诸葛亮被司马懿困于平阳,无法派兵出城求救,就在此关键时刻,诸葛亮发明了一种可以升空的信号灯——孔明灯,并成功进行了信号联络,其后终于顺利脱险,你知道孔明灯为什么能够升空吗?提示:孔明灯是利用火焰的热量使容器内的气体等压膨胀,使部分气体从孔明灯内逸出,进而使孔明灯内气体的质量减小,当大气对孔明灯的浮力恰好等于孔明灯的重力时,即达到孔明灯升空的临界条件,若继续升温,孔明灯就能升空了。
典例剖析用绳子系住汽缸缸底,将汽缸倒过来悬挂,汽缸内用活塞封闭了一定质量的理想气体,达到平衡时如图所示,活塞到缸底的距离l1=36 cm,已知活塞质量m=10 kg、面积S=100 cm2,不计活塞厚度及其与汽缸之间的摩擦,重力加速度g取10 m/s2,大气压强为p0=1×105 Pa,缸内气体初始温度为27 ℃。(1)求汽缸内气体的压强p1。(2)现缓慢升高汽缸内气体的温度,使活塞恰好到达缸口,此时活塞与缸底的距离为l=42 cm,求此时缸内气体的温度。
答案:(1)9×104 Pa (2)350 K(或77 ℃)解析:(1)对活塞受力分析可知p1S+mg=p0S解得p1=9×104 Pa。
学以致用如图所示,汽缸长l0=1.0 m,固定在水平地面上,汽缸中有横截面积S=100 cm2的光滑活塞,活塞封闭了一定质量的理想气体,大气压强p0=1.0×105 Pa,当温度t=27 ℃时,气柱长度l=0.8 m,汽缸和活塞的厚度均可忽略不计。(1)如果温度保持不变,将活塞缓慢拉至汽缸右端口,此时水平拉力F的大小是多少?(2)如果汽缸内气体温度缓慢升高,使活塞移至汽缸右端口时的气体温度是多少?
答案:(1)200 N (2)375 K解析:(1)设活塞缓慢到达汽缸端口时,被封气体压强为p1,则由玻意耳定律p0lS=p1l0S解得p1=0.8×105 Pa把活塞缓慢拉至汽缸右端口处有p1S=p0S-F解得F=200 N。
(2)设汽缸内气体温度缓慢升高,使活塞移至汽缸右端口时的气体温度为T2,T1=(27+273) K=300 K
解得T2=375 K。
重难归纳1.对查理定律的理解。
二 对查理定律的理解与应用
2.应用查理定律解题的一般步骤。(1)确定研究对象,即被封闭的一定质量的气体。(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件:质量一定,体积不变。(3)确定初、末两个状态的温度、压强。(4)根据查理定律列式。(5)求解结果并分析、检验。
我国民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病,即先加热罐中气体,然后迅速将火罐开口端紧压在人体的皮肤上,待火罐冷却后,火罐就被紧紧地“吸”在皮肤上。你知道其中的道理吗?提示:火罐内的气体体积一定,冷却后气体的温度降低,压强减小,故在大气压力的作用下被“吸”在皮肤上。
典例剖析1.一定质量的气体在等容变化过程中,温度每升高1 ℃,压强的增加等于它在300 K时压强的( )
2.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。在标准大气压下对B管进行温度刻度标记(标准大气压相当于76 cm高的水银柱产生的压强,等于101 kPa)。已知当温度t1=27 ℃时,管内水银面高度x=16 cm,此高度即为27 ℃的刻度线,问t=0 ℃的刻度线在何处?答案:21.4 cm
解析:选玻璃泡A内的气体为研究对象,由于B管的体积可忽略不计,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=300 K,p1=(76-16) cm·ρ水银g=60 cm·ρ水银g末态,即t=0 ℃的状态:T0=273 K
所以t=0 ℃时水银面的高度,即刻度线的位置是x0=(76-54.6) cm=21.4 cm。
学以致用用易拉罐盛装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。我们通常用的易拉罐容积V=355 mL。假设在室温(17 ℃)下罐内装有0.9V的饮料,剩余空间充满CO2气体且气体的质量不发生变化,气体压强为1.0×105 Pa。若易拉罐能承受的最大压强为1.2×105 Pa,则保存温度不能超过多少?答案:75 ℃
重难归纳1.p-T图像与V-T图像的比较。
三 p-T图像与V-T图像
2.图像的物理意义:在气体状态变化图像中,图像上的一个点表示一定质量的气体的一个状态,一条线段表示气体状态变化的一个过程。
右图是一定质量的气体经历的两个状态变化的p-T图像,请你作出对应的p-V图像。提示:在p-T图像中AB直线过原点,所以A→B为等容过程,体积不变,压强增大,温度升高,B→C为等温过程,故p-V图像如下图所示。
典例剖析如图所示,一定质量的理想气体从状态a经过等容过程ab到达状态b,再经过等温过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到状态a。下列说法正确的是( )A.在过程ca中外界对气体做功B.在过程ab中气体的内能减少C.在过程ab中气体对外界做功D.在过程bc中与气体沿直线从状态b到达状态c相比气体吸收热量更多
解析:在过程ca中气体体积减小,则外界对气体做功,故选项A正确;在过程ab中气体的体积不变,压强变大,由 =C可知气体温度升高,则内能增加,故选项B错误;在过程ab中气体的体积不变,则气体不对外界做功,外界也不对气体做功,故选项C错误;在过程bc中,气体温度不变,则内能不变,体积变大,气体对外做功,根据热力学第一定律有ΔU=Q+W=0,气体从外界吸收的热量等于气体对外做的功;若气体沿直线从状态b到达状态c,由p-V图像围成的面积表示气体对外做的功可知,该情形下做的功较多,由于气体内能不变,所以从外界吸收的热量更多,故选项D错误。
规律总结 分析气体图像问题的技巧 1.在根据图像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,其次根据图像的形状判断各物理量的变化规律。 2.不是热力学温度的先转换为热力学温度。 3.要将图像与实际情况相结合。
学以致用(多选)某同学利用DIS(数字信息系统)研究一定质量气体的状态变化,实验后计算机屏幕显示的p-t图像如图所示。已知在状态B时气体的体积为VB=3 L,则下列说法正确的是( )A.从状态A到状态B,气体的体积不变B.从状态A到状态B,气体的体积增大C.从状态B到状态C,气体体积增大D.状态C气体的体积是2 L答案:AD
解析:气体状态A到状态B是等容变化,故气体的体积不变,选项A正确,B错误;状态B到状态C的过程中,气体温度不变,压强增大,体积减小,选项C错误;从题图中可知,pB=1.0×105 Pa,VB=3 L,pC=1.5×105 Pa,根据玻意耳定律,有pBVB=pCVC,解得VC=2 L,选项D正确。
理想气体模型——科学思维培养方法归纳1.对“理想气体”的理解。(1)宏观特点。①理想气体是为了方便研究问题而提出的一种理想模型,是实际气体的一种科学抽象,就像力学中的质点、电学中的点电荷模型一样。②宏观上,理想气体严格遵从气体实验定律及理想气体状态方程。
(2)微观特点。①理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可以忽略不计。②理想气体分子之间的相互作用力可以忽略不计,故无分子势能,理想气体的内能等于所有分子热运动的动能之和,理想气体的内能仅由温度和分子总数决定,与气体的体积无关。③分子之间和分子与器壁之间的碰撞,都是完全弹性碰撞。分子向各个方向运动的机会相同。
(3)实际处理。在温度不低于零下几十摄氏度,压强不超过大气压的几倍时,很多气体都可当成理想气体来处理。
2.对理想气体状态方程的理解。(1)成立条件:一定质量的理想气体。(2)该方程表示的是气体三个状态参量的关系,与中间的变化过程无关。(3)在 =C(恒量)中,恒量C与气体的种类、质量有关,与状态参量(p、V、T)无关。(4)方程应用时单位方面应注意:温度T必须是热力学温度,公式两边中压强p和体积V单位必须统一,但不一定是国际单位制中的单位。
(5)理想气体状态方程与气体实验定律。
一定质量的理想气体由状态A沿平行于T轴的直线变化到状态B,然后沿过原点的直线由状态B变化到状态C,p-T图像如图所示。该理想气体在状态A、状态B和状态C时的体积VA、VB、VC的大小关系是怎样的?提示:从A到B为等压变化,根据盖-吕萨克定律可知,随着温度的升高,体积增大,故VA
解析:由p-V图像可知,气体状态由A变到B为等容升压过程,根据查理定律,一定质量的气体,当体积不变时,压强跟热力学温度成正比,所以压强增大温度升高,故选项A错误;一定质量的理想气体的内能仅由温度决定,所以气体的温度升高,内能增加,分子的平均速率增大,故选项B正确,C错误;气体温度升高,则气体分子在单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增加,故选项D错误。
学以致用(多选)对一定质量的理想气体,下列说法正确的是( )A.体积不变,压强增大时,气体分子的平均动能一定增大B.温度不变,压强减小时,气体分子的数密度一定减小C.压强不变,体积增大时,气体的内能可能不变D.温度升高,压强和体积可能都不变答案:AB
解析:根据气体压强、体积、温度的关系可知,体积不变,压强增大时,气体的温度升高,气体分子的平均动能增大,选项A正确;温度不变,压强减小时,气体体积增大,气体分子的数密度减小,选项B正确;压强不变,体积增大时,气体温度升高,气体内能一定增大,选项C错误;温度升高,压强、体积中至少有一个发生改变,选项D错误。
1.将一定质量的空气封闭在气瓶内,并进行等压变化。把这些空气看成理想气体,则下列四幅图中能正确表示变化过程中空气的体积V和温度T的关系的是( )答案:B解析:等压变化中有 =C,则 V=CT,即V-T图像为过原点的直线,故选项B正确,A、C、D错误。
2.一定质量的理想气体在体积保持不变的情况下,下列说法正确的是( )
C.气体压强的增加量与热力学温度的增加量成正比D.p-T图像中等容线在p轴上的截距一定是它在0 ℃时的压强答案:C
3.下图表示一定质量的理想气体,由状态A变化到状态B,再变化到状态C的p-t图像,下列叙述正确的是( )A.A→B是等容升温过程B.A→B是等压升温过程C.B→C是等温压缩过程D.C→A是等压膨胀过程答案:A
解析:因为BA的反向延长线与t轴的交点为-273 ℃,可知A→B是等容变化,温度升高,压强变大,故A→B是等容升温过程,选项A正确,B错误;B→C是等温变化过程,根据玻意耳定律,压强与体积成反比,压强减小,体积增大,所以B→C是等温膨胀过程,选项C错误;C→A是等压变化过程,根据盖-吕萨克定律,温度降低,体积与热力学温度成正比,体积减小,所以C→A是等压压缩过程,选项D错误。
4.如图所示,竖直放置的两端封闭的U形管内有一段水银柱将空气隔成两部分,初始温度相同的情况下,对两端气体同时降低相同的温度,则( )A.两管内水银面高度差增大B.两管内水银面高度差减小C.两管内水银面高度差不变D.无法判断答案:B
解析:由题图可知p右=p左+ρ水银gh假设气体体积不变,由查理定律得压强变化量
初状态时p右>p左,T相等,如果同时使两边空气柱降低相同的温度,则左边减小的压强小于右边减小的压强,水银柱向右流动,两水银面高度差减小,故选项B正确,A、C、D错误。
5.(多选)一定质量的理想气体的状态发生变化,经历了图示A→B→C→A的循环过程,则( )A.气体在状态A时的温度等于气体在状态B时的温度B.从状态B变化到状态C的过程中,气体经历的是等压变化C.从状态B变化到状态C的过程中,气体分子平均动能增大D.从状态C变化到状态A的过程中,气体的温度逐渐降低
解析:气体在状态A和状态B满足玻意耳定律pV=C,所以A、B两状态温度相等,选项A正确;根据图像可知,从状态B变化到状态C的过程中,压强恒定,所以气体经历的是等压变化,选项B正确;根据图像可知VC
(1)当汽缸B中的活塞刚好被活塞销卡住时,气体的温度T1;(2)当汽缸A中的活塞刚要滑动时,气体的温度T2。答案:(1)400 K(2)450 K
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