第5节 气体实验定律（教学课件）物理鲁科版选择性必修第三册

1.5 气体实验定律 壹 素养目标 (1)知道玻意耳定律、查理定律、盖—吕萨克定律的内容、表达式及适用条件。 (2)能用图像描述气体的等温变化、等容变化和等压变化。 (3)知道什么是理想气体，并掌握理想气体的特点。 (4)熟练应用气体实验定律解决实际问题。 conclusion 课堂导入 ONE 如图所示，在一个恒温池中，一串串气泡由池底慢慢升到水面，有趣的是气泡在上升过程中，体积逐渐变大，到水面时就会破裂。请问 (1)上升过程中，气泡内气体的压强如何改变？ (2)气泡在上升过程中体积为何会变大？ (3)为什么到达水面会破？ 提示：(1)压强变小。 (2)气体的体积增大。 (3)内外压强不相等，气泡内压强大于外部压强。 课程目录 知识点讲解、探索新知 壹 总结与归纳 贰 课堂检测 叁 课后作业 肆 conclusion 知识点讲解 TWO 知识点讲解 一、玻意耳定律(等温变化) K 由实验数据做出P－1/V图像 大量实验证明： 一定质量的气体，在保持温度不变的条件下，压强与体积成反比。 PV＝常数 或 P1V1＝P2V2 式中P1、V1和P2、V2表示气体两个不同状态 下的压强和体积。 英国科学家玻意耳和法国科学空马略特先后独立实验发现，所以称玻意耳定律，也称玻意尔－马略特定律。 1、玻意尔定律的微观解释 从微观角度看，一定质量的气体分子总数不变。温度保持不变时，分子平均动能保持不变。当气体体积减小时，单位体积内的分子数增加，气体的压强也就增大；当气体体积增大时，单位体积内的分子数减少，气体的压强也就减小。 2、气体等温变化的图像(即等温线) 在平面直角坐标系中，横轴表示气体的体积V，纵轴表示气体的压强p。在温度不变的情况下，p与V 的函数图像是双曲线的一支。这种表示等温过程的图线称为气体的等温线。一定质量的气体，在不同温度下，等温线的位置也不相同。 二、查理定律(等容变化) (1)生活中我们经常遇到这样的事情，保温杯内剩余半杯热水时我们将杯子盖拧紧，放置一段时间后，杯子盖很难拧开或者拧不开，这是为什么？ (2)打足气的自行车在烈日下曝晒，常常会爆胎，原因是什么？ 提示　(1)放置一段时间后，杯内的空气温度降低，压强减小，外界的大气压强大于杯内空气压强，所以杯盖很难打开。 (2)车胎在烈日下曝晒，胎内的气体温度升高，气体的压强增大，把车胎胀破。 大量实验证明： 一定质量的气体，在保持体积不变的条件下，压强与温度成正比。   或 式中P1、T1和P2、T2表示气体两个不同状态下的压强和热力学温度（T＝t+273 K）。 法国科学家查理通过实验发现的这个规律，所以称为查理定律。 1、查理定律的微观解释 从微观角度看，一定质量的气体，在体积保持不变时，单位体积内的分子数保持不变。当温度升高时，分子平均动能增大，气体的压强也就增大；当温度降低时，分子平均动能减小，气体的压强也就减小。 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，其压强的变化量Δp与温度的变化量ΔT成正比。 3、等容过程的P－T 和P－t 的图像   图像 P－T图像 P－t图像 图像 特点 体积大小的比较 一定质量的气体，等容变化的P－T图线是一条过坐标原点的倾斜直线 作一条垂直T轴的辅助线，如图中所示，A、B两状态温度相等，由玻意耳定律PAVA＝PBVB知，VA＜VB，则V1＜V2，故等容线斜率越大，体积越小 P－t图线为一条倾斜直线，且直线一定过(－273.15 ℃，0)这一点 同分析p－T图线一样，作垂直于t轴的辅助线分析可得V1＜V2，故等容线斜率越大，体积越小 三、盖－吕萨克定律(等压变化) 大量实验证明： 一定质量的气体，在保持压强不变的条件下， 体积与热力学温度成正比。   或 式中V1、T1和V2、T2表示气体两个不同状态下的体积和热力学温度（T＝t+273 K）。 法国科学家盖－吕萨克通过实验发现的这个规律，所以称为盖－吕萨克定律。 1、盖－吕萨克定律的微观解释 从微观角度看，对于一定质量的气体，当温度升高时，分子平均动能增大，为了保持压强不变，单位体积的分子数相应减少，气体的体积必然相应增大。反之，当气体的温度降低时，气体的体积必然减少。 2、盖－吕萨克定律的推论 3、等压过程的V－T和V－t的图像   图像 图像特点 V－T图像 V－T图线为一条过坐标原点的倾斜直线 V－t图像 V－t图线为一条倾斜直线，且直线一定过(－273.15 ℃，0)这一点 压强大小的比较 作垂直于T轴的辅助线，如图中所示，易得出P1＞P2，则等压线斜率越大，压强越小 同分析V－T图线一样，作辅助线分析，可得P1＞P2，则等压线斜率越大，压强越小 注：以上三个气体实验定律，都是在压强不太大、温度不太低的情况下总结出来的。 四、理想气体 1、物理学中把严格遵循以上三个实验定律的气体称为理想气体。 2、从微观角度看，理想气体的分子大小与分子间的距离相比可忽略不计；除了碰撞外，分子间的相互作用可忽略不计。理想气体的分子势能可忽略不计，其内能只是所有分子热运动动能总和。 3、一定质量理想气体的内能只与气体的温度有关，而与气体的体积无关。 五、理想气体状态方程 一定质量的理想气体状态发生变化时，压强、体积和温度变化所遵循的规律，称为理想气体状态方程。式中C是常量，与气体的种类和质量有关。 式中P1、V1、T1和P2、V2、T2表示气体两个不同状态下的压强、体积和热力学温度。 conclusion 课堂检测 THREE 1.如图，气缸倒挂在天花板上，用光滑的活塞密封一定量的气体，活塞下悬挂一个沙漏，保持温度不变，在沙缓慢漏出的过程中，气体的（　　） A．压强变大，体积变大 B．压强变大，体积变小C．压强变小，体积变大 D．压强变小，体积变小 解析：设活塞和沙漏的总质量为m，则对活塞分析可知 则当m减小时，P增大；由玻意尔定律知道：P1V1=P2V2,压强减小，体积变大，选C。 2.如图所示，水银柱长度为19 cm，大气压强为1×105 Pa(相当于76 cm高的水银柱产生的压强)，玻璃管是粗细均匀的。玻璃管开口向上竖直放置时，被封闭的气柱长15 cm，当开口竖直向下放置时(水银没有溢出管外)，被封闭的气柱的长度是多少？ 解析：玻璃管开口向上竖直放置时， 封闭气体的压强为大气压强加上由水银柱产生的压强p1＝p0＋h水银 封闭气体的体积V1＝h1S(S为玻璃管的横截面积) 玻璃管开口向下竖直放置时 封闭气体的体积V2＝h2S 由于气体的温度不变，根据玻意耳定律 p1V1＝p2V2有 (p0＋h水银)×h1S＝(p0－h水银)×h2S 3.如图所示，圆柱形气缸倒置在水平粗糙地面上，气缸内被活塞封闭有一定质量的空气。气缸质量为M＝10 kg，缸壁厚度不计，活塞质量m＝5.0 kg，其横截面积S＝50 cm2，与缸壁的摩擦不计。在缸内气体温度为27 ℃时，活塞刚好与地面接触并对地面恰好无压力。已知大气压强p0＝1×105 Pa，g取10 m/s2)(T＝t＋273 K)。 (1)求此时封闭气体的压强p1； (2)现设法使缸内气体温度升高，问当缸内气体温度升高到多少摄氏度时，气缸对地面恰好无压力？ 解析：(1)活塞对地面无压力时，对活塞进行受力分析， 根据平衡条件可得p1S＋mg＝p0S， (2)初状态时T1＝(273＋27) K＝300 K。 4. 如图所示，导热的气缸内封有一定质量的理想气体，缸体质量M＝200 kg，活塞质量m＝10 kg，活塞面积S＝100 cm2，活塞与气缸壁无摩擦且不漏气。此时，缸内气体的温度为27 ℃，活塞正位于气缸正中，整个装置都静止。已知大气压恒为p0＝1.0×105 Pa，重力加速度为g＝10 m/s2。求： (1)缸内气体的压强p1； (2)缸内气体的温度升高到多少时，活塞恰好会静止在气缸缸口AB处？ 解析：(1)以缸体为对象(不包括活塞)，列缸体受力平衡方程p1S＝Mg＋p0S 解之得p1＝3×105 Pa。 (2)当活塞恰好静止在气缸缸口AB处时，缸内气体温度为T2，压强为p2，此时仍有p2S＝Mg＋p0S，则缸内气体为等压变化，对这一过程研究缸内气体 所以T2＝2T1＝600 K 故气体的温度是(600－273) ℃＝327 ℃。 5. 如图所示，一竖直放置的气缸内上下两活塞(质量均可忽略不计)A、B之间封闭一定质量的理想气体，气缸顶部竖直连接有横截面积为气缸横截面积3(1)的足够长圆筒，圆筒上端与大气相通，活塞A上方的气缸和圆筒内均装有水银，活塞B固定。当气缸内气柱长l0＝13 cm时，水银柱的高度分别为H＝8 cm和h＝5 cm。两活塞与筒壁间的摩擦不计，外界大气压始终为p0＝75 cmHg，环境的热力学温度T0＝330 K。求： (1)解除活塞B的固定，并用力缓慢推活塞B，若气缸内气体温度不变，当水银刚好完全进入圆筒时，气缸内气柱的长度l； (2)若保持活塞B不动而给气体加热，当水银刚好完全进入圆筒时，气缸内气体的热力学温度T。 解析：(1)由题意可得初始状态时，气体的压强p1＝p0＋ρg(h＋H) 当水银刚好完全进入圆筒时，气体的压强p2＝p0＋ρg(h＋3H) 由玻意耳定律p1l0S＝p2lS 解得l＝11 cm。 解得T＝630 K。 conclusion 总结与归纳 THREE 总结与归纳 conclusion 课后作业 FOUR 1.(玻意耳定律的应用)一定质量的气体，压强为3 atm，保持温度不变，当压强减小了2 atm时，体积变化了4 L，则该气体原来的体积为 (　　) 解析：设该气体原来的体积为V1，由玻意耳定律知压强减小时，气体体积增大，即3V1＝(3－2)·(V1＋4 L)，解得V1＝2 L，B正确。 4.如图所示，粗细均匀、一端封闭一端开口的U形玻璃管，当t1＝31 ℃、大气压强p0＝76 cmHg时，两管水银面相平，这时左管被封闭的气柱长L1＝8 cm，求： (1)当温度t2为多少时，左管气柱L2为9 cm； (2)当温度达到上问中的温度t2时，为使左管气柱长L为8 cm， 应在右管中加入多长的水银柱。 解析：(1)初状态：p1＝p0＝76 cmHg V1＝L1S，T1＝(273＋31) K＝304 K 末状态：p2＝p0＋2 cmHg＝78 cmHg V2＝L2S 根据理想气体状态方程 代入数据得T2＝351 K，即t2＝78 ℃。 (2)设应在右管中加入h cm水银柱 p3＝p0＋h＝(76＋h) cmHg V3＝V1＝L1S，T3＝T2＝351 K 代入数据得h＝11.75 cm。 5.(理想气体状态方程的应用)对于一定质量的理想气体，其状态变化可能实现的是 (　　) A.保持压强和体积不变，只改变它的温度 B.保持压强不变，同时降低温度并增大体积 C.保持温度不变，同时增大体积和压强 D.保持体积不变，同时增大压强并升高温度 Teaching 演示结束 谢谢观看 The top "Start" panel allows you to modify the font, size, color, line spacing, and more. It is recommended that the text be 8 to 18 characters with 1.3 times the space between the characters. 授课人： 教师说课│公开课│示范课│教师授课