2.3气体等圧変化和等容变化-2022-2023学年高二物理素养提升学案（人教版2019选择性必修第三册）

选择性必修三学案 第二章 气体、固体和液体 第3节 气体的等压变化和等容变化 一、新课标要求 1.掌握盖-吕萨克定律和查理定律的内容、表达式及适用条件。 2.会用气体变化规律解决实际问题。 3.理解图像与图像的物理意义。 4.了解理想气体的模型,并知道实际气体看成理想气体的条件。 5.掌握理想气体状态方程的内容和表达式,并能应用方程解决实际问题。 6.能用分子动理论解释三个气体实验定律。 二、科学素养要求 1.物理观念：知道气体的等压变化、等容变化、理想气体的概念，知道气体实验定律的微观解释。 2.科学思维：掌握盖-吕萨克定律、查理定律的内容、公式及应用，理解理想气体的状态方程并能利用其解决实际问题。 3.科学探究：理解并会推导理想气体状态方程，养成推理论证严谨、细致的习惯，在解释气体实验定律中提高分析能力。 4.科学态度与责任：通过对定律的理解及应用，学会探索科学规律的方法，坚持实事求是的科学态度，培养学习科学的兴趣。 三、教材研习 要点一、盖-吕萨克定律 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①。 要点二、查理定律 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。 【自主思考】 ①如图所示，用水银柱封闭了一定量的气体，慢慢给封闭气体加热，能看到什么现象？封闭的气体发生的是什么变化？ ②盛有半杯热水的水杯，拧上杯盖放置一段时间后，杯盖很难打开，这是为什么？ 四、名师点睛 1.盖-吕萨克定律的理解 （1）公式：或。 （2）适用条件：气体质量一定，气体压强不变。 （3）等压变化的图像：一定时，在图像中，等压线是一条延长线过坐标原点的直线，直线的斜率越大，压强越小，如图甲所示。在图像中，等压线与轴的交点总是，等压线是一条倾斜的直线，纵截距表示时气体的体积，如图乙所示。 2.查理定律的理解 （1）公式：或。 （2）适用条件：气体质量一定，气体体积不变。 （3）等容变化的图像：一定时，在图像中，等容线为一条延长线过坐标原点的直线，直线的斜率越小，体积越大，如图丙所示。在图像中，等容线与轴的交点是，等容线是一条倾斜的直线，纵截距表示气体在时的压强，如图丁所示。 五、互动探究 探究点一、气体的等压变化 情境探究 1.图中封闭着温度为的空气，一重物用绳索经滑轮跟汽缸中活塞相连接，重物和活塞都处于平衡状态，这时活塞离汽缸底的高度为，如果缸内空气温度缓慢降至。 （1）在变化过程中气体发生的是什么变化？ （2）此时活塞到缸底的距离是多大？ 探究归纳 1.盖-吕萨克定律的推论 （1）公式推导：由得，（或，）。 （2）意义：表示一定质量的某种气体从初状态开始发生等压变化，其体积的变化量与温度的变化量成正比。 2.盖-吕萨克定律在摄氏温标下的表述 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，温度每升高（或降低），增大（或减小）的体积等于它在时体积的，数学表达式为或。 3.图像和图像 （1）图像：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，气体的体积和热力学温度的关系图线是过原点的倾斜直线，如图甲所示，且，即斜率越小，压强越大。 （2）图像：一定质量的某种气体，在等压过程中，体积与摄氏温度是线性函数关系，不是简单的正比例关系。如图乙所示，图像纵轴的截距是气体在时的体积，等压线是一条延长线通过横轴上点的倾斜直线，且斜率越大，压强越小。 探究应用 【典例】如图所示，汽缸长，固定在水平地面上，汽缸中有横截面积的光滑活塞，活塞封闭了一定质量的理想气体，大气压强，当温度时，气柱长度，汽缸和活塞的厚度均可忽略不计。求： （1）如果温度保持不变，将活塞缓慢拉至汽缸右端口，此时水平拉力的大小； （2）如果汽缸内气体温度缓慢升高，求活塞移至汽缸右端口时的气体温度。 【解题感悟】 利用盖-吕萨克定律解题的一般步骤 （1）确定研究对象，即被封闭的气体。 （2）分析被研究气体在状态变化时是否符合定律成立的条件，即是不是质量和压强保持不变。 （3）分别找出初、末两状态的温度、体积。 （4）根据盖-吕萨克定律列方程求解，并对结果进行讨论。 【迁移应用】 1.如图所示，绝热汽缸倒扣放置，质量为的绝热活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸间摩擦可忽略不计，活塞下部空间与外界连通，汽缸底部连接一形细管（管内气体的体积忽略不计）。初始时，封闭气体温度为，活塞距离汽缸底部为，细管内两侧水银柱存在高度差。已知水银密度为，大气压强为，汽缸横截面积为，重力加速度为，则： （1）形细管内两侧水银柱的高度差； （2）通过加热装置缓慢提升气体温度使活塞下降，求此时的温度。 探究点二、气体的等容变化 情境探究 1.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