第二章 3 第二节 气体实验定律(Ⅱ)-【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（粤教版）

第二节　气体实验定律(Ⅱ) 【核心素养目标】 物理观念 知道气体的等压变化、等容变化规律。 科学思维 认识新的物理量的引入可使规律更加简捷；能用图像来表示物理规律。 科学探究 能通过实验探究压强、体积与温度的关系；学会控制变量法的应用和物理规律的归纳总结。 知识点一　查理定律 在炎热的夏天，自行车为什么容易爆胎？ 提示：温度升高，压强变大，大于车胎的最大承压，自行车就爆胎了。 1．热力学温度 (1)热力学温度T与摄氏温度t的大小换算关系为T＝t＋273.15。 (2)国际单位为开尔文，简称开，符号为K。 2．等容过程：气体在体积保持不变的情况下发生的状态变化过程。 3．查理定律 (1)内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，其压强p与热力学温度T成正比。 (2)表达式：＝。 (3)适用条件：气体的质量和体积不变。 4．图像：如图所示。 (1)p-T图像中的等容线是一条过原点的直线。 (2)p-t图像中的等容线不过原点，但反向延长线交t轴于－273.15_℃。 学生用书↓第25页 【判断正误】 1．一定质量的气体，等容变化时，气体的压强和温度不一定成正比。(√) 2．在“拔火罐”时，火罐冷却，罐内气体的压强小于大气压强，火罐就被“吸”在皮肤上。(√) 3．一定质量的气体，在体积不变时，若温度升高，则压强减小。(×) 1．查理定律及推论 查理定律＝＝或Δp＝ΔT 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，其压强变化量Δp与热力学温度变化量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。 (2023·广东广州高二期末)如图所示，圆柱形气缸倒置在水平地面上，气缸内部封有一定质量的气体。已知气缸质量为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，重力加速度g＝10 m/s2，T＝t＋273)求： (1)此时封闭气体的压强； (2)现使气缸内气体温度升高，当气缸恰对地面无压力时，缸内气体温度为多少？ 解析：(1)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；设此时封闭气体的压强为p1，对活塞由共点力平衡条件可得p0S＝p1S＋mg 解得p1＝9.0×104 Pa。 (2)现使气缸内气体温度升高，当气缸恰对地面无压力时，设此时封闭气体的压强为p2，温度为T2，对气缸由共点力平衡条件可得p0S＋Mg＝p2S 解得p2＝1.2×105 Pa 对气缸内气体，温度升高过程中，气体体积不变，气体做等容变化，由查理定律可得＝，其中T1＝300 K，解得T2＝400 K，即t2＝127 ℃。 答案：(1)9.0×104 Pa　(2)127 ℃ 规律总结 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。 针对练1．如图所示，有一开口向上、足够高的气缸固定在水平面上，质量为m＝4 kg、横截面积为S＝40 cm2的活塞放在大小可忽略的固定挡板上，固定挡板距离气缸底部H＝ 33 cm。将一定质量的理想气体封闭在气缸中，最初气缸内气体的温度为t1＝27 ℃、压强为p0＝1.0 ×105 Pa。已知大气压强为p0 ＝1.0 ×105Pa，重力加速度为g＝10 m/s2，T＝t＋273。现将气缸内气体温度缓慢升高，当活塞刚好离开挡板时，温度为多少开尔文？ 解析：初始时，气体状态参量p0＝1.0×105Pa，T1＝300 K 当活塞刚好离开挡板时，对活塞由平衡条件得 p2S＝p0S＋mg 解得p2＝1.1×105Pa 由查理定律得＝ 其中T1＝300 K 解得T2＝330 K。 答案：330 K 学生用书↓第26页 针对练2．根据某品牌轮胎说明书可知，轮胎内气体压强的正常值在2.4×105 Pa至2.5×105 Pa之间，轮胎的容积V0＝2.5×10－2 m3。已知当地气温t0＝27 ℃，大气压强p0＝1.0×105 Pa，设轮胎的容积和充气过程轮胎内气体的温度保持不变。 (1)若轮胎中原有气体的压强为p0，求最多可充入压