2.3气体的等压变化和等容变化（第一课时）-2022-2023学年高二物理备课必备讲义（人教2019选择性必修第三册 ）

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（第一课时） 【核心素养目标】 物理观念 知道什么是等压变化和等容变化. 科学思维 知道盖－吕萨克定律和查理定律的内容和表达式，并会进行相关计算. 科学探究 了解p－T图像和V－T图像及其物理意义． 科学态度与责任 通过气体的等压变化和等容变化知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。 知识点一　气体的等压变化 【情境导入】 如图所示，用水银柱封闭了一定质量的气体．当给封闭气体缓慢加热时能看到什么现象？说明了什么？ 【重难诠释】 1．盖－吕萨克定律及推论 表示一定质量的某种气体从初状态(V、T)开始发生等压变化，其体积的变化量ΔV与热力学温度的变化量ΔT成正比． 2．V－T图像和V－t图像 一定质量的某种气体，在等压变化过程中 (1)V－T图像：气体的体积V随热力学温度T变化的图线是过原点的倾斜直线，如图甲所示，且p1<p2，即斜率越小，压强越大． (2)V－t图像：体积V与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的正比例关系，如图乙所示，等压线是一条延长线通过横轴上－273.15 ℃的倾斜直线，且斜率越大，压强越小，图像纵轴的截距V0是气体在0 ℃时的体积． 特别提醒　一定质量的气体，在压强不变时，其体积与热力学温度成正比，而不是与摄氏温度成正比． 【典例精析】 例1．如图为一简易恒温控制装置，一根足够长的玻璃管竖直放置在水槽中，玻璃管内装有一段长L＝4 cm的水银柱，水银柱下方封闭有一定质量的气体(气体始终处在恒温装置中且均匀受热)．开始时，开关S断开，水温为27 ℃，水银柱下方空气柱的长度为L0＝20 cm，电路中的A、B部分恰好处于水银柱的正中央．闭合开关S后，电热丝对水缓慢加热使管内气体温度升高；当水银柱最下端恰好上升到A、B处时，电路自动断开，电热丝停止加热，大气压强p0＝76 cmHg.则水温为多少时电路自动断开(　　) A．320 K B．340 K C．330 K D．333 K 【规律方法】 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－吕萨克定律列式求解． (5)求解结果并分析、检验． 知识点二　气体的等容变化 【情境导入】 (1)为什么拧上盖的水杯(内盛半杯热水)放置一段时间后很难打开杯盖？ (2)打足气的自行车在烈日下曝晒，常常会爆胎，原因是什么？ 【重难诠释】 1．查理定律及推论 表示一定质量的某种气体从初状态(p、T)开始发生等容变化，其压强的变化量Δp与热力学温度的变化量ΔT成正比． 2．p－T图像和p－t图像 一定质量的某种气体，在等容变化过程中 (1)p－T图像：气体的压强p和热力学温度T的关系图线是过原点的倾斜直线，如图甲所示，且V1<V2，即体积越大，斜率越小． (2)p－t图像：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，如图乙所示，等容线是一条延长线通过横轴上－273.15 ℃的倾斜直线，且斜率越大，体积越小．图像纵轴的截距p0是气体在0 ℃时的压强． 特别提醒　一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p跟热力学温度T成正比，而不是与摄氏温度t成正比． 【典例精析】 例2．如图所示，圆柱形汽缸倒置在水平地面上，汽缸内部封有一定质量的气体．已知汽缸质量为10 kg，缸壁厚度不计，活塞质量为5 kg，其横截面积为50 cm2，所有摩擦不计．当缸内气体温度为27 ℃时，活塞刚好与地面接触，但对地面无压力．(已知大气压强为p0＝1.0×105 Pa)求： (1)此时封闭气体的压强； (2)现使汽缸内气体温度升高，当汽缸恰对地面无压力时，缸内气体温度为多少摄氏度？ 【规律方法】 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)根据查理定律列式求解． (5)求解结果并分析、检验． 知识点三　p－T图像与V－T图像 【重难诠释】 1．p－T图像与V－T图像的比较 不同点 图像 纵坐标 压强p 体积V 斜率意义 斜率越大，体积越小，V4<V3<V2<V1 斜率越大，压强越小，p4<p3<p2<p1 相同点 ①都是一条通过原点的倾斜直线 ②横坐标都是热力学温度T ③都是斜率越大，气体的另外一个状态参量越小 2.分析气体图像问题的注意事项 (1)在根据图像判断气体的状态变化时，首先要确定