2.5气体的等容变化和等压变化 课件 -2024-2025学年高二下学期物理教科版（2019）选择性必修第三册

气体的等容变化和等压变化 玻意耳定律：一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积成反比。 P 1/V 0 P V 0 能否继续采用控制变量法探究P与T以及V与T的关系呢？ 知识回顾 为什么夏天汽车轮胎打气太足，容易爆胎。 【想一想】 利用高压锅可以很快把饭煮熟。 轮胎和高压锅都是气体体积不变，温度升高，压强增大。 一、气体的等容变化 1、等容变化：一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度的变化叫做等容变化． 在等容变化中，气体的压强与温度可能存在着什么关系？ 想一想 压强 1、如何选取研究对象？ 2、如何测量需要的物理量？ 用压强传感器测量 用温度传感器测量 实验研究 3、怎样改变气体的温度？ 注射器内一定质量的气体. 温度 将注射器浸在水中，通过改变水的温度从而改变注射器内气体温度 （1）内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强P与热 力学温度T成正比。 　　　　　　　或 （2） 公式表述： （3）适用范围：①温度不太低，压强不太大 ②气体的质量和体积都不变。 2、气体的等容变化：查理定律 这里的C和玻意耳定律表达式中的C都泛指比例常数，它们并不相等。 ①p－T图象：在等容变化过程中，气体的压强p和热力学温度T的图线是过原点的倾斜直线，如图甲所示， p-T图像上过原点的斜线即为等容线。 且V1<V2，即斜率越小，体积越大. 气体的体积V1与V2哪个大？ p1 p2 （4）P－T图象和P－t图像： ②p－t图象：在等容变化过程中，压强p与摄氏温度t是一次函数关系，如图乙所示，且斜率越小，体积越大. V1 二、气体的等压变化 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柱。用手捂住烧瓶，会观察到水柱缓慢向外移动，这说明了什么？ 问题 实验表明，在保持气体的压强不变的情况下，一定质量气体的体积随温度的升高而增大。 1、气体的等压变化 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叫作气体的等压变化。 0 V T 实验表明，在V—T图像中，等压线是一条过原点的直线。 体积与热力学温度成正比 （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. 　　　　　　　或 （2）公式表述： （3） 适用范围：①温度不太低，压强不太大 ②气体的质量和压强都不变。 2、气体的等圧变化：盖—吕萨克定律 这里的C和玻意耳定律表达式中的C都泛指比例常数，它们并不相等。 ①V－T图象：在等压变化过程中，气体的体积V随热力学温度T变化的图线是过原点的倾斜直线，如图甲所示， V-T图像上过原点的斜线即为等压线。 且p1<p2，即斜率越小，压强越大. V1 V2 （4）V－T图象和V－t图象 ②V－t图象：在等压变化过程中，体积V与摄氏温度t是一次函数关系，如图乙所示，且斜率越小，压强越大。 p1 不 同 点 图象     纵坐标 压强p 体积V 斜率意义 斜率越大，体积越小，V4<V3<V2<V1 斜率越大，压强越小，p4<p3<p2<p1 相同点 ①都是一条通过原点的倾斜直线 ②横坐标都是热力学温度T ③都是斜率越大，气体的另外一个状态参量越小 3、p－T图象与V－T图象的比较 【例1】如图 ，某种气体在状态 A 时压强为 2×105 Pa，体积为 1 m3，温度为200 K。 (1) 它在等温过程中由状态 A 变为状态 B，状态 B 的体积为 2 m3。求状态 B 的压强。 (2) 随后，又由状态 B 在等容过程中变为状态 C，状态 C 的温度为 300 K。求状态 C 的压强。 解（1）气体由状态A变为状态B的过程遵从玻意耳定律。由 pAVA=pBVB 得状态B的压强 PB = = Pa = 105Pa （2）气体由状态B变为状态C的过程遵从查理定律。 由 ＝ 得状态C的压强 PC = = Pa = 1.5×105Pa 4、将数值代入气体公式中，求解未知量。 1、确定研究对象：被封闭的气体 2、用一定的数字或表达式写出它们的初状态（P1、V1、T1）和末状态（P2、V2、T2） 3、根据气体状态变化过程的特点，列出相应的气体公式； 解题步骤 1、民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会被紧紧地“吸”在皮肤上．其原因是当火罐内的气体( ) A．温度不变时，体积减小，压强增大 B．体积不变时，温度降低，压强减小 C．压强不变时，温度降低，体积减小 D．质量不变时，压强增大，体积减小 B 解析：把火罐扣在皮肤上，罐内空气的体积等于火罐的容积，之后罐内气体温度不断降低，气体发生等容变化，由查理定律可知，气体压强减小，火罐内气体压强小于外界大气压强，压强差就将火罐紧紧地压在皮肤上．故选B. 2、如图所示，A、B两容器容积相等，用粗细均匀的细玻璃管连接，两容器内装有不同气体，细管中央有一段水银柱，在两边气体作用下保持平衡时，A中气体的温度为273 K，B中气体的温度为293 K，如果将它们的温度都降低10 K，则水银柱将(　　) A．向A移动 B．向B移动 C．不动 D．不能确定 A 3、(多选)在下列图中，可能反映理想气体经历了等压变化→等温变化→等容变化后，又回到原来状态的有(　　) AC 解析：由图可看出经历了“等压变化”→“等温变化”→“等容变化”后，又回到原来状态的是A、C。 三、气体定律的微观解释 (2)微观解释：温度不变，分子的平均动能不变。体积减小，分子越密集，单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多，气体的压强就越大． 1、等温变化：p1V1=p2V2 (1)宏观表现：一定质量的理想气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大；体积增大，压强减小． (1)宏观表现：一定质量的理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大；温度降低，压强减小. 2、等容变化 (2)微观解释：体积不变，分子的密度程度不变，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击单位面积器壁的作用力变大，所以气体的压强增大． (1)宏观表现：一定质量的理想气体，在压强保持不变时，温度升高，体积增大；温度降低，体积减小。 3、等压变化： (2)微观解释：温度升高，分子的平均动能增大，撞击单位面积器壁的作用力变大，而要使压强不变，则影响压强的另一个因素分子的密集程度需减小，所以气体的体积增大。 这些定律的适用范围：压强不太大(相对大气压)，温度不太低(相对室温) 玻意耳定律 p1V1=p2V2 等温线 查理定律 等容线 盖-吕萨克定律 等压线 气体实验定律 当压强很大、温度很低时，由气体实验定律计算的结果与实际测量结果有很大的差别. 不过，在通常的温度和压强下，很多实际气体，特别是那些不容易液化的气体，如氢气、氧气、氮气、氦气等，其性质与实验定律的结论符合的很好. 为了研究方便，可以设想一种气体，它在任何温度、任何压强下都能严格地遵从气体实验定律,我们把这样的气体叫做“理想气体”. 四、理想气体 1、定义：在任何温度、任何压强下都严格遵从气体实验定律的气体叫做 “理想气体”。 （1）理想气体实际不存在，是一种理想模型. （2）在常温常压下（不低于负几十摄氏度,压强不超过大气压的几倍时）,大多数实际气体,尤其是那些不易液化的气体如氢气、氧气、氮气、氦气等都可以近似地看成理想气体。在温度不太低,压强不太大时实际气体都可看成是理想气体. 2、理想气体的特点： （3）严格遵守气体实验定律及理想气体状态方程。 （4）理想气体每个分子可看成弹性小球,分子本身的大小与分子间的距离相比可以忽略不计，分子可视为质点．(，理想气体忽略分子的自身体积（大小）和分子间相互作用力) （5）从分子动理论的角度，理想气体的微观本质是忽略了分子力，没有分子势能，理想气体的内能只有分子动能。 一定质量的理想气体的内能仅由温度决定 ,与气体的体积无关。 假设一定质量的理想气体从某一状态A(pA，VA，TA)变化到任一状态C(pC，VC，TC)。我们可以找到一个中间态B(PB，VB，TB)，使气体先从A态等温变化到B态(即TB=TA)，再从B态等容变化到C态(即VB=VC)。 根据气体实验定律: A→B，等温变化，pAVA = pBVB B→C，等容变化， 3、理想气体的状态方程 （1）内容：一定质量的某种理想气体在从一个状态变化到另一个状态时，尽管p、V、T都可能改变，但是压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变。 （2）公式： 或 注：恒量C由理想气体的质量和种类决定， 即由理想气体的物质的量决定 40 （4）单位：温度T必须是热力学温度，公式两边中压强p和体积V单 位必须统一，但不一定是国际单位制中的单位. （3） 适用条件：一定质量的理想气体 41 （5）理想气体状态方程和三个气体实验定律的关系 气体的三大定律都是实验定律，由实验归纳总结得到。 42 以1mol的某种理想气体为研究对象，它在标准状态 根据　　　　得： 或 设 为1mol理想气体在标准状态下的常量，叫做摩尔气体常量． 注意:R的数值与单位的对应 一摩尔理想气体的状态方程 ： 通常写成 思考：在公式 中的常数是多大？ 4、理想气体的状态方程 （1）n为物质的量，R＝8.31J/mol.k——摩尔气体恒量 （2）该式是任意质量的理想气体状态方程，又叫克拉帕龙方程 （3）对实际气体只要温度不太低，压强不太大就可用克拉珀龙方程解题． 5、理想气体状态方程的应用 (1)解题步骤 ①确定研究对象，即某一定质量的理想气体，分析它的变化过程； ②确定初、末两状态，准确找出初、末两状态的六个状态参量， 特别是压强； ③用理想气体状态方程列式，并求解。 (2)注意： ①气体质量保持不变 ②T 必须是热力学温度，公式两边 p 和 V 单位需统一 45 公式法：以A选项为例： 4、一定质量的理想气体，处在某一状态，经下列哪个过程后会回到原来的温度 ( ) A．先保持压强不变而使它的体积膨胀，接着保持体积不变而减小压强 B．先保持压强不变而使它的体积减小，接着保持体积不变而减小压强 C．先保持体积不变而增大压强，接着保持压强不变而使它的体积膨胀 D．先保持体积不变而减小压强，接着保持压强不变而使它的体积膨胀 pV  C pV  T T V p 0 3 1 2 图像法 AD 5、(多选)一定质量的理想气体沿着如图所示的方向发生状态变化，则该气体的压强变化情况是(　　) A．从状态c到状态d，压强减小 B．从状态d到状态a，压强不变 C．从状态a到状态b，压强增大 D．从状态b到状态c，压强不变 AC 6、如图所示，一定质量的空气被水银封闭在静置于竖直平面的U形玻璃管内，右管上端开口且足够长，右管内水银面比左管内水银面高h，下列能使h变大的是(　　 ) A.环境温度升高 B.大气压强升高 C.沿管壁向右管内加水银 D.U形玻璃管自由下落 ACD 解析 　 对左管被封气体：p＝p0＋ph，由 (常数)，可知当温度T升高，大气压p0不变时，h变大，故A正确；大气压升高，h变小，B错；向右管加水银时，由温度T不变，p0不变，V变小，p增大，即h变大，C正确；U形玻璃管自由下落，水银完全失重，气体体积增加，h变大，D正确。　 谢 谢 FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf58.12.100 解析　假定两个容器的体积不变，即V1、V2不变，所装气体温度分别为273 K和293 K，当温度降低ΔT时，由查理定律可知eq \f(p,T)＝eq \f(Δp,ΔT)，可得Δp＝eq \f(p,T)ΔT，因为p2＝p1，T2>T1，所以Δp1>Δp2，即A内压强减小得更多，所以最终A内压强更小，水银柱应向A移动，故选A。  ＝ ⇒ $$