第2节 气体实验定律(Ⅱ)-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（粤教版2019）

第二节　气体实验定律(Ⅱ) 【素养目标】　1.知道什么是等容变化和等压变化。　2.知道查理定律和盖­吕萨克定律的内容和表达式，并会进行相关计算。　3.了解p­T图像和V­T图像及其物理意义。 知识点一　查理定律 [情境导学]　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时，自行车就爆胎了。 (阅读教材P25－P26完成下列填空) 1．等容过程 (1)定义：气体在体积保持不变的情况下发生的状态变化过程。 (2)等容变化的图线 2．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。 学生用书↓第24页 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)公式：＝。 [问题探究]　(1)如果气体的温度是1 ℃，也可以说气体的温度是多少K？如果气体的温度升高了1 ℃，也可以说气体的温度升高了多少K? (2)如图为一定质量的气体在不同体积下的p­T图线，V1与V2哪一个大？为什么？ 提示：(1)274.15 K　1 K (2)V2大。p­T图线斜率越小，体积越大。 角度1　查理定律的理解 对于一定质量的气体，在体积保持不变的情况下，下列说法正确的是(　　) A．气体的压强跟摄氏温度成正比 B．气体温度每升高1 ℃，增加的压强等于它原来压强的 C．气体温度每降低1 ℃，减小的压强等于它原来压强的 D．以上说法都不正确 答案：D 解析：查理定律的一种说法是：一定质量的气体，在体积保持不变的情况下气体的压强跟热力学温度成正比；查理定律的另一种说法是：任何理想气体都是温度每升高(或降低)1 ℃，增加(或减小)的压强等于它在0 ℃时压强的。 故选D。 1．摄氏温标与热力学温标的比较 比较项目 摄氏温标 热力学温标 零度的 规定 一个标准大气压下冰水混合物的温度 －273.15 ℃，即0 K(绝对零度)，不可能实现 温度名称 摄氏温度 热力学温度 温度符号 t T 单位名称 摄氏度 开尔文 单位符号 ℃ K 关系 T＝t＋273.15，粗略表示为T＝t＋273 2.查理定律的推论 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，其压强变化量Δp与热力学温度变化量ΔT成正比。 角度2　等容变化与图像问题 如图是一定质量气体的三个状态变化过程，对于这三个过程，下列说法中正确的是(　　) A．a→d过程中气体的密度增大 B．b→d过程中气体的体积减小 C．c→d过程中气体的密度增大 D．a→d过程中气体分子的平均速率减小 答案：C 解析：p­T图像中，a→d过程中与原点的连线的斜率逐渐变小，因此气体体积变大，密度减小；b→d过程中气体的体积不变；c→d过程中与原点的连线的斜率逐渐变大，气体的体积减小，密度变大；a→d过程中气体的温度升高，则气体分子的平均速率增加。故选C。 一定质量的某种气体，在等容变化过程中的p­T图像和p­t图像 1．p­T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。 学生用书↓第25页 2．p­t图像：压强p与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的正比关系，如图乙所示，等容线是一条延长线通过横轴上点(－273.15，0)的倾斜直线，且斜率越大，体积越小。 针对练．如图是一定质量的气体做等容变化的等容线，T＝t＋273，下列说法中不正确的是(　　) A．AB直线的斜率为 B．BA延长线与横轴交点K的坐标为(－273，0) C．若在该坐标系再作另一条等容线，其延长线与横轴的交点就不在K点了 D．0 ℃时气体压强为p0 答案：C 解析：一定质量的气体做等容变化的等容线与横轴的交点K的坐标是(－273，0)，故C错误，B正确，所以AB直线的斜率为，故A正确；由题图可知，0 ℃时气体压强为p0，故D正确。故选C。 角度3　等容变化的计算 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 ×105 Pa，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？ 答案：330 K 解析：初始时，气体状态参量p0＝1.0×105 Pa，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＝1.1×105 Pa 由查理定律得＝ 解得T2＝330 K。 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查理定律的适用条件：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。 知识点二　盖­吕萨克定律 [情境导学]　如图所示，烧瓶上通过橡胶塞连接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水银柱。用手捂住烧瓶，会观察到水银柱缓慢向外移动，(水银柱始终在水平玻璃管内)。问： (1)气体压强如何变化？ (2)封闭气体的体积随温度如何变化？ 提示：(1)水银柱缓慢向外移动，根据受力平衡可知气体压强不变。 (2)在保持气体压强不变的情况下，封闭气体的体积随温度的升高而增大。 (阅读教材P26－P27完成下列填空) 1．盖­吕萨克定律 (1)内容：一定质量的气体，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：＝。 2.等压过程 (1)定义：气体在压强不变情况下发生的状态变化过程。 (2)等压变化的图线，如图所示。 学生用书↓第26页 [问题探究]　如图为一定质量的气体在不同压强下的V­T图线，p1和p2哪一个大？为什么？ 提示：p2大。如图所示，先作一个等温辅助线，在温度相同的情况下，体积越大，压强越小，则p1<p2。 一个容器内部呈不规则形状，为测量它的容积，在容器上插入一根两端开口的玻璃管，接口用蜡密封。玻璃管内部横截面积为S，管内一静止水银柱封闭着长度为l1的空气柱，如图所示，此时外界的温度为T1。现把容器浸在温度为T2的热水中，水银柱静止时下方的空气柱长度变为l2。实验过程中认为大气压没有变化，请根据以上数据推导容器容积的表达式。 答案： 解析：封闭气体发生等压变化，设容器容积为V0， 则V1＝V0＋Sl1，V2＝V0＋Sl2 根据盖­吕萨克定律有＝ 即＝ 解得V0＝。 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盖­吕萨克定律的适用条件：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。 针对练．(多选)如图所示 ，U形气缸固定在水平地面上，用重力不计的活塞封闭一定质量的气体，已知气缸不漏气，活塞移动过程中与气缸内壁无摩擦。初始时，活塞紧压小挡板，外界大气压强为p0。现缓慢升高气缸内气体的温度，则下列能反映气缸内气体的压强p、体积V随热力学温度T变化的图像是(　　) 答案：BD 解析：当缓慢升高缸内气体温度时，气体先发生等容变化，根据查理定律可知，缸内气体的压强p与热力学温度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强p0，气体发生等压膨胀，在p­T图像中，图线是平行于T轴的直线，A错误，B正确；气体先等容变化，后等压变化，V­T图像中，图线先平行于T轴，然后是经过原点的一条直线，C错误，D正确。 1.(多选)(2023·广东茂名高二检测)如图为一套茶杯和杯盖，从消毒碗柜里高温消毒后取出，放在水平桌面上并立刻盖上杯盖，假定密封效果很好，则过一段时间后，下列说法正确的是(　　) A．杯内气体的温度升高 B．杯内气体的温度降低 C．杯内气体的压强增大 D．杯内气体的压强减小 答案：BD 解析：高温的茶杯放置一段时间后，由于热传递作用杯子和杯内气体的温度降低，此过程中气体发生的是等容变化，根据查理定律＝可知杯内气体的压强减小，故A、C错误，B、D正确。 2．夏季车辆长途行驶时，车胎内气体温度最高可达77 ℃。某型号轮胎说明书上标注的最大胎压为3.5×105 Pa。若给该轮胎充气时，胎内气体温度恒为27 ℃，不计充气及车辆行驶时车胎体积的变化，T＝t＋273，为了保证行车安全，该轮胎刚充完气的气压不应超过(　　) 学生用书↓第27页 A．1×105 Pa B．2×105 Pa C．3×105 Pa D．4×105 Pa 答案：C 解析：车胎内气体初、末状态的温度分别为T1＝(273＋27) K＝300 K，T2＝(273＋77) K＝350 K ，由查理定律＝可知，该轮胎刚充完气的最大气压为p1＝p2＝3×105 Pa，故选C。 3．一定质量的某种气体，在压强不变的条件下，温度为0 ℃时，其体积为V0，当温度升高为T时，体积为V，T＝t＋273，那么每升高1 ℃增大的体积为(　　) A. B． C. D． 答案：A 解析：由盖­吕萨克定律可得＝＝＝，则每升高1 ℃增大的体积ΔV＝，故A正确。 4.如图是一定质量的气体从状态A经B到状态C的V­T图像，由图像可知(　　) A．pA＞pB B．pC＜pB C．VA＜VB D．TA＜TB 答案：D 解析：由V­T图像可以看出A→B是等容过程，TB＞TA，故pB>pA，A、C错误，D正确；B→C为等压过程，pB＝pC，故B错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$