1.5 气体实验定律（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+敷辅专家 第5节 气体实验定律 ○课标导航 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1知道玻意耳定律、查理定律、盖一吕萨克 在实验设计和数据 核 定律的内容、表达式及适用条件。 通过科学探究过 处理过程中，体验科 2.能用图像描述气体的等温变化、等容变化 程，培养学生严 学探究过程：学会观 素 和等压变化。 谨的科学态度与 察与探究，与他人合 养 3.知道什么是理想气体，并掌握理想气体的 实事求是的科学 作交流，得出实验结 特点。 精神。 论。 4.熟练应用气体实验定律解决实际问题。 必备知识/自主学习 [对应学生用书P] 》>》》》》 知识梳理〈《(《(《( 知识点 玻意耳定律 1内容：一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，压强与体积成反比。 2.公式：c1V或=p2。 3.适用条件 (1)气体顶量不变，温度不变。 (2)气体温度不太低，压强不太大① 4.图像 (Ip一V图像：一定质量的气体的p一V图像为一条双曲线，如图甲所示。 ◆独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+敷辅专家 (2p一1P图像②：一定质量的气体的p一1Ψ图像为一条过原点的倾斜直线，如图乙所 示。 知识点二 查理定律 1内容：一定质量的气体，在体积保特不变的条件下，压强与热力学温度成正比。 2.公式：pxT或plT1=p2T2。 3.条件：气体的质量一定，体积保持不变。 4.图像③ (1)如图甲所示，PT图像中的等容线是一条过坐标原点的直线。 (2)如图乙所示，t图像中的等容线不过原点，但反向延长线交t轴于一273.15℃。 T/K-273.150t/0 甲 知识点三 盖一吕萨克定律 1内容：一定质量的气体，在压强保持不变的条件下，体积与热力学温度成正比。 2.公式：∝T或1T1=2T2。 3.条件：气体的质量一定，压强保持不变。 4.图像④：V一T图像中的等压线是一条过坐标原点的倾斜直线，如图所示。 T床 ②思考判断 1.一定质量的气体，压强跟体积成反比。(×) 2.在质量和体积不变的情况下，气体的压强与摄氏温度成正比。(×) 3.一定质量的气体，等容变化的p一T图线是一条过坐标原点的倾斜直线。（√） 4.一定质量的某种气体，在压强不变时，其'一T图像是一条过坐标原点的倾斜直线。 (√) ◆独家授权侵权必究· 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 )》》》》》批注释义〈((((( 批注①：对此条件的理解：在气体的温度不太低（相对室温）、压强不太大（相对于大气压） 时，气体分子之间的距离很大，气体分子之间除碰撞外可以认为无作用力，并且气体分子本 身的大小也可以忽略不计，这样由玻意耳定律计算得到的结果与实际的实验结果基本吻合， 玻意耳定律成立。 批注②：作p一1P图像时，应使尽可能多的描点落在直线上，不在直线上的点应均匀 分布于直线两侧，偏离太大的点应舍弃掉。 批注③：一定质量的某种气体在等容变化过程中，压强p跟热力学温度T的正比关系在 P一T直角坐标系中的图像叫作等容线。 批注④：一定质量的某种气体在等压变化过程中，体积V与热力学温度T的正比关系在 V一T直角坐标系中的图像叫作等压线。（等压线在接近原点处为虚线，因为绝对零度不能达 到 关键能力/互动探究 [对应学生用书P] 探究点一 气体的等温变化科学思维之提升⑤ ◆情境探究 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。请思考： (1)上升过程中，气泡内气体的压强怎么改变？ (2)气泡在上升过程中体积为何会变大？ 答案：(1)变小。 (2)由玻意耳定律pP=C可知，压强变小，气体的体积增大。 ◆探究归纳 1.成立条件：玻意耳定律'=2'是实验定律，只有在气体质量一定、温度不变的 ◆独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 条件下才成立。 2.玻意耳定律的数学表达式pP=C中的常量C不是一个普适恒量，它与气体的种类 质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该常量C越大。 3.等温线 (1p-V图像 ①意义：反映了一定质量的气体在等温变化中，压强卫与体积V成反比。 ②图像：双曲线。 ③特点：温度越高，常量C越大，等温线离坐标轴越远。 p/(×10Pa) 234VI. (2)p-1V图像 T>T ①意义：反映了一定质量的气体在等温变化中，压强卫与1Ψ成正比。 ②图像：倾斜直线。 ③特点：斜率越大，气体的温度越高。 4.玻意耳定律的微观解释 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多，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。 特别提醒确定气体压强或体积时，只要初、未状态的单位统一即可，没有必要都转换 成国际单位制。 ◆对点例练 例1(2021·山东济南高三一模)某同学利用如图所示的装置测量山顶处的大气压强，上端 开口、下端封闭的长直玻璃管竖直放置，用h=40.00cm的某种液体封闭一段空气柱，测得 ◆独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b2xXk.c0m● 您身边的互联网+教辅专家 气柱长度1=20.00cm。再将玻璃管缓慢倾斜至与水平面成30°角，液体没有溢出，测得空气 柱长度变为2=24.50cm。已知液体的密度p=13.6×103kgm3,山顶处重力加速度g取9.80 ms2,计算结果均保留3位有效数字，求： 30 41711117777777777777 (1)玻璃管竖直放置时，液柱由于重力产生的压强P: (2)山顶的大气压强P 答案：(1)5.33×104Pa(2)9.18×10Pa 解析：(1)玻璃管竖直放置时，液柱由于重力产生的压强p=Pgh=13.6×103×9.80×0.4 Pa≈5.33×101Pa (2)山顶的大气压为%，对于封闭的空气柱，根据玻意耳定律有 (Po+pgh)hS=(Po+pgh sin 30)hS 解得=9.18×104Pao 。方法技巧· 应用玻意耳定律解题的一般步碟 (1)确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律的条件： (2)确定初、末状态及状态参量(、，2、2)： (3)根据玻意耳定律列方程求解（注意统一单位）： (4)注意分析隐含条件，作出必要的判断和说明。) [练1]如图所示，一个上下都与大气相通的直圆筒，内部横截面积为S=0.01m2,中间 用两个活塞A和B封住一定质量的气体。A、B都可沿圆筒无摩擦地上下滑动，且不漏气。A 的质量不计，B的质量为M,并与一劲度系数为k=5×103Nm的较长的弹簧相连。已知大 气压po=1×105Pa,平衡时两活塞之间的距离1。=0.6m,现用力压A,使之缓慢向下移动一 段距离后，保持平衡。此时用于压A的力F=500N,求活塞A下移的距离。 独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.2XXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 答案：0.3m 解析：设活塞A下移的距离为1，活塞B下移的距离为x,对圆筒中的气体： 初状态：h=po,=lS, 末状态：2=Po十FS, =(o+x-0S 由玻意耳定律得：= 即ploS=po十+FS(Lo十x-0S, 根据胡克定律有x=Fk, 代入数据解得：1=0.3m。 探究点二 气体的等容变化 科学思维之提升国 ◆情境探究 如图所示，玻璃杯中盛有半杯热水，拧紧杯盖，杯中热水凉下来后，为什么杯盖难以打 开？ 答案：因为温度降低，瓶内压强减小，瓶外压强大于瓶内压强，故难以打开。 ◆探究归纳 1.对查理定律的理解 (1)常量C与气体的种类、质量和体积有关。 (2)一定质量的气体，保特体积不变，当温度升高时，气体的压强增大；当温度降低时， 气体的压强减小。 2.公式变化 由pIT1=pl+pT1+4T得plT1=pT,所以△p=ATT1p,△T=pp1T,因此一定质 量的某种气体从初状态(、T)开始发生等容变化，其压强的变化量△p与热力学温度的变化量 △T成正比。 3.图像 (1)图像上的每个点表示气体的一个确定状态、)，同一图线上，各点对应的气体状态 ·独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b2XXK.com○ 您身边的互联网+教辅专家 参量中，气体的体积相同。 (2p一T图像：不同容积下的等容线，斜率越小，体积越大，如图甲所示，<。 (3)P一t图像：压强p与摄氏温度1是一次函数关系，不是简单的正比例关系，如图乙所 示，等容线是一条延长线通过点（一273.15℃，0）的倾斜直线，且斜率越大，体积越小，图像 纵轴的截距P%是气体在0℃时的压强。 B -273.150 /℃ 甲 ◆对点例练 例2(2021广东湛江高二期未)气体温度计结构如图所示，玻璃测温泡A内充有理想气 体，通过细玻璃管B和水银压强计相连。开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O 点处，右管D中水银面高出O点h,1=14cm,后将A放入待测恒温槽中，上下移动D,使C 中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点h2=44cm。已知外界大气压相当于76cmHg。 求恒温槽的温度。 软胶管 答案：364K 解析：设恒温槽的温度为T2,由题意知T1=273K,A内气体发生等容变化，根据查理 定律得plT1=p2T2 恒温槽温度变化前压强为乃=o十P阳 恒温槽温度变化后压强为P2=P%十P2 又因为o=76cmHg,代入数值并整理计算解得 T2=364K。 ,方法技巧· 应用查理定律解题的一般步骤 独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 ■b2XXK.com● 您身边的互联网+教辅专家 (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)确定被封闭气体初、末两个状态的温度、压强： (4)列式、求解，并分析、检验。) [练2] 在冬季，剩有半瓶热水的老式暖水瓶经过一个夜晚后，第二天拔瓶口的软木塞时会觉得 很紧，不易拔出来。其中主要原因是() A.软木塞受潮膨胀 B.瓶口因温度降低而收缩变小 C.白天气温升高，大气压强变大 D.瓶内气体因温度降低而压强减小 D解析：因暖水瓶中装有半瓶水，瓶中有一定量的气体，在寒上瓶塞时，由于水温较 高，气体的温度高。经过一夜时间后，瓶中气体的温度降低，根据查理定律，一定质量的气 体，在体积一定的情况下，温度降低，压强减小，这样在瓶塞内外形成了一定的压力差。因 此要将瓶塞拔出比较困难，D正确。 探究点三气体的等压变化科学思维之提升⑤ ◆要点归纳 1.对盖一吕萨克定律的理解 (1)常量C与气体的种类、质量和压强有关。 (2)一定质量的气体在等压变化时，升高（或降低）相同的温度，增加（或减小）的体积是相同 的。 2.公式变化 由IT1=V1+4T1+dT得IT1=4VT,所以△=4TT1巧，△T=dVT1,因此一定 质量的某种气体从初状态(、T)开始发生等压变化，其体积的变化量△V与热力学温度的变化 量△T成正比。 独家授权侵权必究· 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 3.图像 (1)图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一条等压线上各状态的压强相同。 (2)P一T图像：不同压强下的等压线，斜率越大，压强越小，如图甲所示，凸2 T/K-273.15 0 /℃ 父 (③)一t图像：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点（一27315℃，0）的倾斜直线，且斜率越大，压强越小，图像 纵轴的截距V。是气体在0℃时的体积。 ◆对点例练 例3(2021·湖南卷)小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置，如图所示。 导热汽缸开口向上并固定在桌面上，用质量m1=600g、截面积S=20cm2的活塞封闭一定质 量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。一轻质直杆中心置于固定支点A上，左端用不可伸 长的细绳竖直悬挂活塞，右端用相同细绳竖直悬挂一个质量2=1200g的铁块，并将铁块 放置到电子天平上。当电子天平示数为600.0g时，测得环境温度T1=300K。设外界大气压 强po=1.0×105Pa,重力加速度g取10ms2。 轻杆 细绳 细绳 电子天平 (1)当电子天平示数为400.0g时，环境温度T2为多少？ (2)该装置可测量的最高环境温度Tr为多少？ 答案：(1)297K(2)309K 解析：(1)由电子天平示数为600.0g时，则细绳对铁块拉力为△mg=(m2一m示)g=mg 又：铁块和活塞对细绳的拉力相等，则汽缸内气体的压强等于大气压强，即=% 当电子天平示数为400.0g时，设此时汽缸内气体压强为2，对m1受力分析有 (m2-400g-m18=(p%-P2S ·独家授权侵权必究· 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 由题意可知，汽缸内气体体积不变，则压强与温度成正比：PlT1=p2T2 联立解得T2=297K。 (②)环境温度越高，汽缸内气体压强越大，活塞对细绳的拉力越小，则电子天平的示数越 大，由于细绳对铁块的拉力最小为0，即电子天平的示数恰好为1200g时，此时对应的环境 温度为装置可以测量的最高环境温度。设此时汽缸内气体压强为，对m受力分析有3 Po)S=mg 又由汽缸内气体体积不变，则压强与温度成正比p1T1=p3Tm 联立解得Tmx=309K。 。方法技巧。 应用盖一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一吕萨克定律的适用条件：质量一定，压强 不变： (3)确定被封闭气体初、末两个状态的温度、体积： (4)列式、求解，并分析、检验。) [练3]如图所示，导热性能良好的汽缸内封有一定质量的理想气体，缸体质量M=200kg 活塞质量m=10kg。活塞与汽缸壁无摩擦且不漏气。此时，缸内气体的温度为27℃，活塞 位于汽缸正中间，整个装置都静止。己知外界大气压恒定，重力加速度g取10ms2。则当活 塞恰好能静止在汽缸缸口AB处时( 05 A.弹簧长度变短 B.缸内气体温度为620K C.缸内气体温度为600K D.缸内气体温度为74℃ C解析：对活塞与汽缸整体分析有k△=M什mg,所以弹簧的弹力保持不变，弹簧长 度不变，A错误：对汽缸进行受力分析，由受力平衡得PoS+g=PS,因此P=Po十MgS,所 ·独家授权侵权必究。