2.3.3 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人教版（2019）选择性必修第三册

高中物理选择性必修第三册 第二章：分子动理论 第3节:气体的等压变化和等容变化 第3节：气体的等压变化和等容变化 新课引入 观察与思考： 在等压变化中，气体的体积与温度可能存在着什么关系？ 新课导入 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？ 气体的等压变化 PART 01 1．等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度的变化叫做等压变化． 在等压变化中，气体的体积与温度可能存在着什么关系？ 想一想 等压变化 法国科学家盖—吕萨克通过实验发现：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之间呈线性关系，把它盖—吕萨克定律。 0 V t/0C A B 甲 结论：当压强不太大，温度不太低时，一定质量的气体，在压强不变时，体积V和温度T成正比. 0 V T/K A B 乙 273.15 气体体积为0时，温度为0 V与摄氏温度t是一次函数关系 V与热力学温度T是正比关系 等压图像 2.盖—吕萨克定律内容：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。 即T T 式中V1、T1表示气体在1（初态）、V2、T2表示2（末态） 3. 公式表述： 这里的C和玻意耳定律查理定律表达式中的C都泛指比例常数，它们并不相等。 4. 适用范围：①温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比） ②气体的质量和体积都不变。 　　　　　　　或 盖—吕萨克定律 =CΔT 注意：V与热力学温度T成正比，不与摄氏温度t成正比，但体积的变化V与摄氏温度t的变化成正比。V  t(T) △V △T T1 V1 推论 盖·吕萨克（UosephLollis Gay—lussac，1778—1850年）法国化学家、物理学家. 盖·吕萨克1778年9月6日生于圣·莱昂特。1800年毕业于巴黎理工学校. 1850年5月9日，病逝于巴黎，享年72岁. 1802年，盖·吕萨克发现气体热膨胀定律(即盖·吕萨克定律)压强不变时，一定质量气体的体积跟热力学温度成正比.即V1/T1=V2/T2=……=C恒量. 其实查理早就发现体积与温度的关系，只是当时未发表，也未被人注意。直到盖-吕萨克重新提出后，才受到重视。早年都称“查理定律”，但为表彰盖-吕萨克的贡献而称为“查理-盖吕萨克定律”. 盖—吕萨克生平介绍 5、图象——等压线 （1）等压线：一定质量的某种气体在等压变化过程中，体积随温度变化关系的直线，叫做等压线。 (2)等压线的特点：一定质量的气体的V—T图线其延长线过坐标原点（过原点的倾斜直线）。 答：热力学绝对零度不可能达到。 想一想：为什么Ｏ点附近用虚线？ 等压线 V－t图像 V－T图像 V0 V V 等压线 ④V－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，不是简单的正比例关系，如图乙所示，等压线是一条延长线通过横轴上－273.15 ℃的倾斜直线，且斜率越大，压强越小.图象纵轴的截距V0是气体在0 ℃时的体积. 特点： ①一定质量的气体的V—T图线其延长线过坐标原点（过原点的倾斜直线），斜率反映压强大小。 ②图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等压线上各状态的压强相同。 ③不同压强下的等压线，斜率越大，压强越小（同一温度下，体积大的压强小）。 P1<P2 （3）V－T和V－t图像： ⑤盖—吕萨克定律的微观解释: ——实验定律 一定质量（m）的理想气体的总分子数（N)是一定的，要保持压强（p）不变，当温度（T）升高时，全体分子运动的平均速率V会增加，那么单位体积内的分子数（n）一定要减小（否则压强不可能不变），因此气体体积一定增大；反之当温度降低时，同理可推出气体体积一定减小。 注意： 条件中的“温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比）”的含义： 相当于大气压几倍的压强都可以算作“压强不太大”，零下几十摄氏度的温度也可以算作“温度不太低”。 微观解释 【例题1】一容器中装有某种气体，且容器上有一个小口与外界大气相通，原来容器内的温度为27℃，若把它加热到127℃，从容器中溢出的空气质量是原来质量的多少倍呢？ 解析： 初态  T1=300K V1=V P1=P 分析：容器上有一个小口与外界大气相通，即气体的压强始终等于外界大气压，气体状态变化可以看作是等压变化。本题解题的关键不是气体状态的确定，而是研究对象的选取。 末态  T2=400K V2=？ P2=P 由盖-吕萨克定律 : 就容器而言，里面气体质量变了，但可视容器中气体出而不走，以原来容器中的气体为研究对象，就可以运用气体的等压变化规律求解。气体状态变化如图所示。 法一： 典例分析 解析： 以后来容器中的气体为研究对象。气体状态变化如图所示。 法二： 初态  T1=400K V1=V P1=P 末态  T2=300K V2=？ P2=P 由盖-吕萨克定律 : 典例分析 探究气体的等容变化规律 等容变化： 一定质量的气体，在体积不变的条件下，其压强随温度变化时的关系。 读数次数 1 2 3 4 5 压强/KPa 101.7 103.5 105.6 109.1 111.3 温度/0C 11.7 18.81 25.64 36.05 43.39 二、气体的等容变化 三、数据分析 探究气体的等容变化规律 二、气体的等容变化 三、数据分析 探究气体的等容变化规律 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。 压强p与热力学温度T是正比例关系 二、气体的等容变化 1、内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强P与热力学温度T 成正比 研究对象:一定质量的气体 适用条件:体积保持恒定 适用范围（对于实际气体）：温度不太低（与室温相比），压强不太大（与 大气压相比） 其中P1，T1和P2，T2分别表示气体在1，2两个状态下的体积和温度 查理定律法国科学家查理在分析了实验事实后发现： 2、表达式： 相当于大气压几倍的压强都可以算作“压强不太大”，零下几十摄氏度的温度也可以算作“温度不太低”。 二、气体的等容变化 3.公式推论： 3、P-T图象和P-t图象 把交点作为坐标原点，建立新的坐标系，那么，这时的压强与温度的关系就是正比例关系了。 在等容变化过程中，p-t是一次函数关系，不是简单的正比例关系。 如果把直线AB延长至与横轴相交，交点坐标是－273.150C t 0 P A B -273.15 0 P t A B 二、气体的等容变化 273.15 P A B -273.15 T 绝对零度 V1 V2 V3 ⑴P-t图像中的等容线 ①延长线通过(－273.15 ℃，0)的倾斜直线。 ②纵轴截距p0是气体在0 ℃时的压强。 ⑵ P-T图像中的等容线 ①延长线通过原点的倾斜直线。 4、等容 线:P-T图和P-t图描述的是一定质量的某种气体，在体积一定的情况下，压强 随 温度的变化规律，称为等容线。 气体温度一定时，分子平均动能一定；体积越小，分子的数密度越大，气体压强越大。所以以上两种情况都有V1>V2>V3 。 ②原点对应的温度是绝对零度。 二、气体的等容变化 V1 V2 同一气体，不同体积下等容线是不同的，你能判断那条等容线气体的体积比较大吗？你是根据什么理由作出判断的？ 结论：等容线斜率越大，体积越小。 思考与讨论： 新课讲授 【例题】某种气体的压强为2×105Pa，体积为1m3，温度为200K。它经过等温过程后体积变为2m3。随后，又经过等容过程，温度变为300K，求此时气体的压强。 解： 开始时：p1=2×105Pa，V1=1m3，T1=200K 等温后状态： p=?， V=2m3，T=200K 等容后状态： p2=?，V2=2m3，T2=300K 根据玻意耳定律，有：p1V1=pV 根据查理定律，有： 联立上述各式可得： P2=1.5×105Pa 气体实验定律 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 忽略气体分子大小 在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时，把实际气体当成理想气体来处理，误差很小。 理想气体 微观 忽略分子间相互作用力 忽略气体分子与器壁的动能损失 宏观： 任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。 ——理想化实物模型 没有分子势能 气体内能只与温度有关，与体积无关。 质点、点电荷、单摆、弹簧振子、理想变压器、理想气体等。 三、理想气体 1.理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。 2.理想气体的特点： （1）理想气体是不存在的，是一种理想模型。 （2）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。 （4）从能量上说：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。 （3）从微观上说：分子间以及分子和器壁间，除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。 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。 三、理想气体 研究结果表明，一定质量的某种理想气体，在从某一状态变化到另一状态时，尽管其压强 p、体积V 和温度T 都可能改变，但是压强 p 跟体积 V 的乘积与热力学温度T的比值却保持不变。也就是说式中C是与压强 p、体积V、温度 T 无关的常量，它与气体的质量、种类有关。 理想气体状态方程 此式叫作理想气体的状态方程。 理想气体状态方程 分子的平均动能是一定的 T 不变 体积减小时，分子的数密度增大 气体的压强增大 p 增大 温度升高时，分子的平均动能增大 只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减少 p 减小 p 不变 体积保持不变时，分子的数密度不变 3、查理定律： 1、玻意耳定律： 2、盖-吕萨克定律： 温度升高时，分子的平均动能增大 p 增大 气体实验定律的微观解释 一定质量的理想气体，由初状态（p1、V1、T1）变化到末状态（p2、V2、T2）时，两个状态的状态参量之间的关系为： 拓展学习（理想气体状态方程）： 方程具有普遍性 三、理想气体 四、气体实验定律的微观解释 1.玻意耳定律的微观解释：一定质量的某种理想气体，温度保持不变，体积减小时，分子的数密度增，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强增大。 新课讲授 四、气体实验定律的微观解释 2.盖-吕萨克定律的微观解释：一定质量的某种理想气体，温度升高时，只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变。 新课讲授 四、气体实验定律的微观解释 3.查理定律的微观解释：一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变。在这种情况下，温度升高时，气体的压强增大。 新课讲授 本节课总结 一个非常有用的推论： 一定质量的气体在等压变化过程中，体积的变化量和热力学温度的变化量成正比。 1．关于质量一定的气体在压强保持不变时，它的状态变化规律是（       ） A．它的体积与摄氏温度成正比 B．当温度每变化1℃，它的体积变化量都相等 C．当温度每变化1℃，它的体积变化量都为原来的1/273 D．以上说法都不对 B 高中物理选择性必修第三册 第二章：分子动理论 第3节:气体的等压变化和等容变化 2．如图甲所示，一定质量的气体的状态沿1→2→3→1的顺序循环变化，若用P-V或V-T图像表示这一循环，在下图中表示正确的是（　　） B 高中物理选择性必修第三册 第二章：分子动理论 第3节:气体的等压变化和等容变化 3．如图所示，一定质量的理想气体，从图示A状态开始，经历了B、C状态，最后到D状态，下列判断正确的是（　　） A．A→B过程温度升高，压强变大 B．B→C过程体积不变，压强变大 C．C→D过程体积变小，压强不变 D．C→D过程温度，压强变大 D 高中物理选择性必修第三册 第二章：分子动理论 第3节:气体的等压变化和等容变化 4．一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度由00C升高到100C时，其压强的增加量为Δp1，当它由1000C升高到1100C时，其压强的增加量为Δp2，则Δp1与Δp2之比是（　　） A．1∶1 B．1∶10 C．10∶110 D．110∶10 A 高中物理选择性必修第三册 第二章：分子动理论 第3节:气体的等压变化和等容变化 5．如图所示，两个容器A和B容积不同，内部装有气体，其间用细管相连，管中有一小段水银柱将两部分气体隔开。当A中气体温度为tA，B中气体温度为tB，且tA > tB，水银柱恰好在管的中央静止。若对两部分气体加热，使它们的温度都升高相同的温度，下列说法正确的是（ ） A．水银柱保持不动 B．水银柱将向左移动 C．水银柱将向右移动 D．水银柱的移动情况无法判断 B 高中物理选择性必修第三册 第二章：分子动理论 第3节:气体的等压变化和等容变化 6．一定质量的理想气体，在某一状态下的压强、体积和温度分别为p1、V1、T1，在另一状态下的压强、体积和温度分别为p2、V2、T2，下列关系正确的是（     ） A．p1 = p2，V1 = 2V2，T1 = T2/2 B．p1 = p2，V1 = V2/2，T1 = 2T2 C．p1 = 2p2，V1 = 2V2，T1 = T2 D．p1 = 2p2，V1 = V2，T1 = 2T2 D 高中物理选择性必修第三册 第二章：分子动理论 第3节:气体的等压变化和等容变化 7．汽缸内封闭着一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高（　　） A．气体的分子数密度增大 B．气体的压强减小 C．气体分子的平均速率减小 D．每秒钟撞击器壁单位面积上的气体分子数增多 D 高中物理选择性必修第三册 第二章：分子动理论 第3节:气体的等压变化和等容变化 BC 8．关于一定质量的理想气体的状态变化，下列说法中正确的是（　　） A．当气体压强不变而温度由100℃上升到200℃时，其体积增大为原来的2倍 B．气体由状态1变到状态2时，一定满足方程 C．气体体积增大到原来的4倍，可能是压强减半，热力学温度加倍 D．气体压强增大到原来的4倍，可能是体积加倍，热力学温度减半 高中物理选择性必修第三册 第二章：分子动理论 第3节:气体的等压变化和等容变化 Lavf58.12.100 FormatFactory : 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