第1章 拓展课二 气体中的图像问题与变质量问题（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

拓展课二　气体中的图像问题与变质量问题 核心素养 科学思维 科学态度与责任 1.会利用图像对气体状态、状态变化及规律进行分析，并应用于解决气体状态变化问题。 2．会巧妙地选择研究对象，使变质量气体问题转化为定质量的气体问题。 通过解决变质量问题的转化和图像问题，具备灵活运用科学知识解决实际问题的态度。 [对应学生用书P32] 探究点一　气体中的图像问题　(科学思维之提升) ◆要点归纳 1．一定质量理想气体的图像 名称 图像 特点 其他图像 等 温 线 P-V pV＝CT(C为常量)，即p、V之积越大的等温线对应的温度越高，离原点越远 P- p＝，斜率k＝CT，即斜率越大，对应的温度越高 等容线 P-T p＝T，斜率k＝，即斜率越大，对应的体积越小 等压线 V-T V＝T，斜率k＝，即斜率越大，对应的压强越小 2．一定质量理想气体的状态参量p、V、T可以用图像上的点表示，点到点之间的连线可以表示气体从一个平衡态(与点对应)到另一个平衡态的变化过程。 利用图像可以对气体的状态、状态的变化及规律进行分析。常用的方法为利用垂直于坐标轴的线作辅助线，分析等温线、等容线、等压线各自之间的关系。 如图甲所示，V1对应的虚线为等容线，A、B是等容线与T1、T2两线的交点，可以认为某理想气体从B状态通过等容升压到A状态，温度必然升高，所以T2>T1。 甲 如图乙所示，T1对应的虚线为等温线，A、B是等温线与V1、V2两线的交点，可以认为某理想气体从B状态通过等温升压到A状态，体积一定减小，所以V2<V1。 乙 ◆对点例练 如图所示，一定质量的理想气体经过一系列变化过程，下列说法中正确的是(　　) A．b→c过程中，气体压强不变，体积增大 B．a→b过程中，气体体积增大，压强减小 C．c→a过程中，气体压强增大，体积变小 D．c→a过程中，气体内能增大，体积变小 B　解析：由图可知b→c过程中，气体的压强保持不变，即气体发生等压变化，由图可知Tb > Tc，根据盖—吕萨克定律 ＝ ，可得Vb > Vc，即体积减小，A错误；由图可知a→b过程中，气体的温度保持不变，即气体发生等温变化，由图可知pa > pb，根据玻意耳定律paVa ＝pbVb，可得Va<Vb，即压强减小，体积增大，B正确；根据C＝可得＝，可知c→a过程中气体的体积保持不变，即发生等容变化，C、D错误。 (2021·陕西咸阳实验中学高二月考)一定质量的理想气体发生等压膨胀、等温压缩、等容降温三个状态变化后回到初始状态，整个过程的pV图像如图所示，则下列也能反映该过程的图像是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　 B　解析：根据理想气体状态方程＝C可知，气体等压膨胀过程，温度增加，pT图像与T轴平行；气体等温压缩过程，压强增加，pT图像与p轴平行；气体等容降温 过程，压强减小，pT图像经过坐标原点；A错误，B正确；根据理想气体状态方程＝C可知，气体等压膨胀过程，温度增加，VT图像经过坐标原点；气体等温压缩过程，压强增加，VT图像与V轴平行；气体等容降温过程，压强减小，VT图像与T轴平行；C、D错误。 理想气体状态变化时的关键点 理想气体不同阶段的状态变化存在转折点，也就是两个连续状态之间的分界点。因此，找出转折点，挖掘隐含条件，找出转折点是应用理想气体状态方程解决气体状态变化问题的关键。 [练1] (2022·全国乙卷)如图所示，一汽缸固定在水平地面上，用重力不计的活塞封闭着一定质量的气体。已知汽缸不漏气，活塞移动过程中与汽缸内壁无摩擦。初始时，外界大气压强为p0，活塞紧压小挡板。现缓慢升高汽缸内气体的温度，则下列图中能反映汽缸内气体的压强p随热力学温度T变化的图像是(　　) B　解析：缓慢升高汽缸内气体的温度，开始一段时间内气体发生等容变化，根据查理定律可知，缸内气体的压强p与汽缸内气体的热力学温度T成正比，在pT图像中，图线是过原点的倾斜直线；当活塞开始离开小挡板时，缸内气体的压强等于外界的大气压，气体发生等压膨胀，在pT图像中，图线是平行于T轴的直线，B正确。 探究点二　变质量问题　(科学思维之提升) ◆要点归纳 分析变质量问题时，可以通过巧妙地选择研究对象，使这类问题转化为一定质量的气体问题，再用相关规律求解。 (1)充气问题 向球、轮胎中充气是一个典型的气体变质量的问题。只要选择球、轮胎内原有气体和即将打入的气体作为研究对象，就可以把充气过程中气体质量变化的问题转化为定质量气体的状态变化问题。 (2)抽气问题 从容器内抽气的过程中，容器内的气体质量不断减小，这属于变质量问题。分析时，将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，质量不变，故抽气过程可看作是气体的膨胀过程。 ◆对点