第2章 第3节 气体的等压变化和等容变化-【优化指导】2020-2021学年新教材高中物理选择性必修第三册(Word教参)(人教版)

第3节　气体的等压变化和等容变化 课程内容要求 核心素养提炼 1．知道什么是等容变化和等压变化． 2．知道查理定律和盖－吕萨克定律的内容及表达式． 3．掌握查理定律、盖－吕萨克定律及其应用． 4．知道p－T图像、V－T图像的物理意义． 5．知道什么是理想气体，了解理想气体状态方程． 6．知道气体实验定律的微观解释. 1．物理观念：等压过程、等容过程、理想气体． 2．科学思维：盖－吕萨克定律和查理定律的应用，V－T图像和 p－T图像． 3．科学态度与责任：认识理想气体是和质点、点电荷、单摆、弹簧振子等具有同样意义的理想模型. 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，其体积V与热力学温度T成正比. (2)表达式：V＝CT或＝C或＝. (3)适用条件：①气体的质量不变；②气体的压强不变． 3．等压线 一定质量的气体，在压强不变时，其V－T图像是一条过原点的直线，这条直线叫作等压线． [判断] 1．一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与摄氏温度成正比．(　×　) 2．一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比．(　√　) 二、气体的等容变化 1．等容变化 一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度的变化． 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成正比. (2)表达式：p＝CT或＝C或＝. (3)适用条件：①气体的质量不变；②气体的体积不变． 3．等容线 一定质量的某种气体，在体积不变时，其p－T图像是一条过原点的直线，这条直线叫作等容线． [思考]　如图分别是气体的等容和等压变化图像，图像与横轴的交点的物理意义是什么？ 提示　在横轴上的截距－273.15℃恰好是热力学温标的0 K. 三、理想气体、气体实验定律的微观解释 1．理想气体 (1)定义：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体． (2)实际气体当成理想气体的条件 (3)理想气体的状态方程 ①内容：一定质量的某种理想气体，在从一个状态变化到另一个状态时，压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变． ②公式：＝或＝C. ③适用条件：一定质量的理想气体． 2．对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，温度不变，分子的平均动能不变.体积越小，分子越密集，单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多，气体的压强就越大. (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，分子平均动能增大，撞击器壁的作用力变大，而要使压强不变，则需分子密集程度减小，所以气体的体积增大. (3)查理定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，体积不变，则分子密集程度不变.温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁的作用力变大，所以气体的压强增大. [判断] (1)理想气体也不能严格地遵守气体实验定律．(　×　) (2)实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下，可看成理想气体．(　√　) (3)一定质量的理想气体，当压强不变而温度由100℃上升到200℃时，其体积增大为原来的2倍．(　×　) 探究点一　等压过程和盖－吕萨克定律 如图是探究等压过程中体积和温度关系的实验装置． (1)温度升高时，水银柱向哪个方向移动？ 提示　温度升高，毛细管中封闭气体，体积增大，水银柱将向上移动． (2)实验可以得出什么结论？ 提示　一定质量的气体，在压强不变的条件下，体积与热力学温度成正比． 1．对盖－吕萨克定律的理解 (1)适用条件：气体的质量一定，压强保持不变． (2)＝中T为热力学温度． 2．V－T和V－t图像 (1)V－T图像：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图线的延长线是过原点的倾斜直线，如图甲所示，且p1<p2，即压强越大，斜率越小． (2)V－t图像：一定质量的某种气体，在等压过程中，体积V与摄氏温度t是一次线性函数，不是简单的正比例关系，如图乙所示，图像纵轴的截距V0是气体0℃时的体积，等压线是一条延长线通过横轴上t＝－273.15℃的倾斜直线，且斜率越大，压强越小． (2019·全国卷Ⅲ)如图，一粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内有一段高度为2.0 cm的水银柱，水银柱下密封了一定质量的理想气体，水银柱上表面到管口的距离为2.0 cm.若将细管倒置，水银柱下表面恰好位于管口处，且无水银滴落，管内气体温度与环境温度相同．已知大气压强为76 cmHg，环境温度为296 K. (1)求细管的长度； (2)若在倒置前，缓慢加热管内被密封的气体，直到水银柱的上表面恰好与管口平齐为止，求此时密封气体的温度． 解析　(1)设细管的长