第二章 4 3.第1课时 气体的等压变化和等容变化-【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（人教版）

3．气体的等压变化和等容变化 【学习目标】 学科知识 学科能力 学科素养 1.对盖－吕萨克定律的理解 2.对查理定律的理解 3.对理想气体状态方程的理解 1.能在观察和实验中发现问题、提出合理猜想，并具有设计探究方案和获取论证信息的能力 2.能从定性和定量两个角度认识气体的状态变化特点，能运用公式、图像等数学方法探究、总结规律，并解决实际问题 3.能主动与同学合作，向老师寻求帮助，能基于证据和逻辑表达自己的观点，并能创造性地解决实际问题 1.物理观念：理解气体分子运动及相互作用的特点和规律，进而形成对理想气体内能的正确认识 2.科学思维：认识到理想气体模型的特点及建立的意义，能够通过科学思想方法，从定性和定量两个方面对理想气体的变化规律进行科学推理、找出规律、形成结论 3.科学探究：通过实验探究气体的等压变化和等容变化规律 4.科学态度与责任：培养学习和研究物理问题的好奇心与求知欲，通过小组合作学习和自主学习探究气体状态变化的规律，实事求是，敢于创新 第1课时　气体的等压变化和等容变化 知识点一　气体的等压变化 如图所示，利用烧瓶、橡胶塞、细玻璃管及其中的红色小液柱封闭的一定量的气体。双手捂住瓶体时，会看到细管中红色液柱上升。请思考： (1)瓶内封闭气体的温度如何变化？ (2)瓶内封闭气体的体积如何变化？ (3)瓶内封闭气体的压强如何变化？ 提示：(1)温度升高。 (2)体积增大。 (3)压强不变。 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。 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＝。 (3)适用条件：气体的质量和压强不变。 (4)等压变化的图像：如图所示。 等压线在VQ000QT图像中是一条过原点的直线。 【判断正误】 1．一定质量的气体，若温度升高，则体积一定增大。(×) 2．一定质量的气体，若体积增大到原来的两倍，则摄氏温度升高到原来的两倍。(×) 3．一定质量的气体做等压变化时，体积的变化量与热力学温度的变化量成正比。(√) 学生用书↓第39页 1．盖—吕萨克定律的适用条件 (1)气体质量一定，压强不变。 (2)压强不太大(与大气压比较)，温度不太低(与常温比较)。 2．盖—吕萨克定律的表达式及推论 3．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。 (2022·全国乙卷) 如图，一竖直放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成，汽缸中活塞Ⅰ和活塞Ⅱ之间封闭有一定量的理想气体，两活塞用一轻质弹簧连接，汽缸连接处有小卡销，活塞Ⅱ不能通过连接处。活塞Ⅰ、Ⅱ的质量分别为2m、m，面积分别为2S、S，弹簧原长为l。初始时系统处于平衡状态，此时弹簧的伸长量为0.1l，活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸连接处的距离相等，两活塞间气体的温度为T0。已知活塞外大气压强为p0，忽略活塞与缸壁间的摩擦，汽缸无漏气，不计弹簧的体积。 (1)求弹簧的劲度系数； (2)缓慢加热两活塞间的气体，求当活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，活塞间气体的压强和温度。 【题眼点拨】　(1)看到“弹簧的伸长量为0.1l”，想到“弹簧的弹力为拉力”。 (2)看到“求弹簧的劲度系数”，想到“对两活塞和弹簧分别利用整体法和隔离法列平衡方程求解”。 (3)看到“活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处”，想到“气体刚好全部进入底部汽缸中”。 解析：(1)设封闭气体的压强为p1，对两活塞和弹簧的整体受力分析，由平衡条件有 p0·2S＋2mg＋p1S＋mg＝p0S＋p1·2S 解得p1＝p0＋ 对活塞Ⅰ由平衡条件有2mg＋p0·2S＋k·0.1l＝p1·2S 解得弹簧的劲度系数为k＝。 (2)缓慢加热两活塞间的气体使得活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，对两活塞和弹簧的整体由平衡条件可知，气体的压强不变，依然为p2＝p1＝p0＋ 即封闭气体发生等压过程，初、末状态的体积分别为V1＝×2S＋×S＝，V2＝l2·2S 气体的压强不变，则弹簧的弹力也不变，故有l2＝1.1l 由等压方程可知＝ 解得T2＝T0。 答案：(1)　(2)p0＋　T0 针对练1.(多选)对于一定质量的气体，在压强不变时，体积增大到原来的两倍，则下列说法正确的是(　　 ) A．气体的摄氏温度升高到原来的两倍 B．气体的热力学温度升高到原来的两倍 C．温度每升高1 K，体积增加是原来的 D．体积的变化量与热力学温度的变化量成正比 BD　[由盖－吕萨克定律＝可知，在压强不变时，体积与热力学温度成正比，故A错误，B正确；温度每升