第二章 6 5.第1课时 气体的等容变化和等压变化-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

5.气体的等容变化和等压变化 第1课时　气体的等容变化和等压变化 【核心素养目标】 物理观念 知道气体的等压变化、等容变化、理想气体的概念；从微观角度解释气体实验定律。 科学思维 掌握气体等容或等压变化规律的内容、公式及应用；理解p-T图像和V-T图像的物理意义。 一、气体的等容变化 1．等容变化：一定质量的气体，在保持体积不变的情况下，压强随温度变化的过程。 2．气体等容变化规律 (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：＝常量或＝。 (3)适用条件：气体的质量和体积不变。 二、气体的等压变化 1．等压变化：一定质量的某种气体，在保持压强不变的情况下，体积随温度变化的过程。 2．气体等压变化规律 (1)内容：一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成正比。 (2)表达式：＝常量或＝。 (3)适用条件：气体的质量和压强不变。 1．判断正误 (1)一定质量的气体，若温度升高，则体积减小。(　　 ) (2)一定质量的气体，在体积不变的条件下，压强与摄氏温度成正比。(　　 ) (3)一定质量的气体，若体积增大到原来的两倍，则摄氏温度升高到原来的两倍。(　　 ) (4)一定质量的气体做等容变化时，温度从13 ℃升高到52 ℃，则气体的压强升高为原来的4倍。(　　 ) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)× 2．链接实景 (1)双手捂住瓶体时，瓶内气体的温度如何变化？ (2)封闭气体的红色液柱上升，说明气体的体积如何变化？ 提示：(1)温度升高。 (2)体积增大。 知识点一　气体的等容变化 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。 (1)气体发生的是什么变化？ (2)试解释轮胎胀破的原因。 提示：(1)等容变化。 (2)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。 学生用书↓第47页 1．气体等容变化遵循的规律及推论 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．应用气体等容变化规律解题的一般步骤 (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气体等容变化规律的适用条件：质量一定，体积不变。 (3)确定初、末两个状态的温度、压强。 (4)根据气体等容变化规律列式求解。 (5)求解结果并分析、检验。 如图所示，汽缸内封闭有一定质量的气体，水平轻杆一端固定在竖直墙壁上，另一端与活塞相连。已知大气压强为1.0×105Pa，汽缸的质量为50 kg，活塞质量不计，其横截面积为0.01 m2，汽缸与地面间的最大静摩擦力为汽缸重力的0.4倍，活塞与汽缸之间的摩擦可忽略。开始时被封闭气体压强为1.0×105Pa、温度为27℃，取重力加速度g＝10 m/s2，T/K＝t/℃＋273。求： (1)缓慢升高气体温度，汽缸恰好开始向左运动时气体的压强p和温度t； (2)为保证汽缸静止不动，汽缸内气体的温度应控制在什么范围内。 解析：(1)汽缸恰好开始向左运动时，汽缸与地面间的摩擦力为最大静摩擦力，此时对汽缸有pS＝p0S＋f，f＝0.4mg 则汽缸内气体压强为p＝p0＋＝1.2×105 Pa 气体发生了等容变化，则＝ 代入数据得T＝360 K 即t＝87 ℃。 (2)当汽缸恰好开始向右运动时，气体的温度有最低值，汽缸内气体压强为p′＝p0－＝0.8×105 Pa 气体发生了等容变化，则＝ 代入数据得T′＝240 K 即t′＝－33 ℃ 故汽缸内气体的温度在－33 ℃到87 ℃之间时，汽缸静止不动。 答案：(1)1.2×105 Pa　87 ℃　(2)－33 ℃到87 ℃之间 针对练1.在玻璃瓶中装入半瓶热水并拧紧瓶盖，一段时间后发现瓶盖很难拧开，由此可推断瓶内气体可能发生的变化是(　　) A．温度降低，压强减小 B．温度降低，压强不变 C．温度降低，压强增大 D．温度升高，压强减小 A　[瓶内气体的体积不变，经过一段时间后，气体的温度降低，根据＝常量可知，气体压强减小，内外压强差变大，则瓶盖很难拧开，故A正确。] 针对练2.如图所示，A是容积很大的玻璃容器，B是内径很小的玻璃管，B的左端与A相通，右端开口，B中一段水银柱将一定质量的空气封闭在A中，当把A放在冰水混合物里，B的左管比右管中水银面高30 cm；当B的左管比右管的水银面低30 cm时，A中气体的温度是多少？(设大气压强p0＝760 mmHg，T/K＝t/℃＋273) 解析：以A中的气体为研究对象，初状态温度T1＝273 K，p1＝p0－ph＝460 mmHg，末状态压强p2＝p0＋ph＝1