2.3 第1课时 气体的等压变化和等容变化（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

气体、固体和液体 第3节　气体的等压变化和等容变化 第1课时　气体的等压变化和等容变化 第二章 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.知道气体的等压变化，了解盖－吕萨克定律。 2.知道气体的等容变化，了解查理定律。 1.会用盖－吕萨克定律和查理定律解决简单问题。 2.理解p－T图像与V－T图像的物理意义。 探究气体的等压变化与等容变化的规律，加强合作讨论问题的意识。 培养学生从实际出发，分析问题和解决问题的能力，从而提升学生认识自然的决心。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 一、气体的等压变化 1．等压变化：一定质量的某种气体，在____不变时，体积随温度变化的过程。 2．盖－吕萨克定律 (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____。 ↓ 不能是摄氏温度 必备知识 自主学习 压强 正比 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 必备知识 自主学习 质量 压强 过原点的直线 CT 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 二、气体的等容变化 1．等容变化：一定质量的某种气体，在____不变时，压强随温度变化的过程。 2．查理定律 (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____。 ↓ 不能是摄氏温度 必备知识 自主学习 体积 正比 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 必备知识 自主学习 质量 体积 过原点的直线 －273.15 ℃ CT 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 必备知识 自主学习 √ √ × 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 如图所示，用红色液体封闭烧瓶内的气体，双手捂烧瓶时，红色液体怎样移动？为什么？ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 BD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 1．查理定律及推论 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与热力学温度的变化量ΔT成正比。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 【例2】 某同学家一台新电冰箱能显示冷藏室内的温度，存放食物之前该同学进行试通电，该同学将打开的冰箱密封门关闭并给冰箱通电。若大气压为1.0×105 Pa，刚通电时显示温度为27 ℃，通电一段时间后显示温度为7 ℃，则此时密封的冷藏室中气体的压强是(　　) A．0.26×105 Pa B．0.93×105 Pa C．1.07×105 Pa　 D．3.86×105 Pa 关键能力 互动探究 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 冷藏室气体的初状态：T1＝(273＋27)K＝300 K，p1＝1.0×105 Pa，末状态：T2＝(273＋7)K＝280 K，设此时冷藏室内气体的压强为p2，此过程气体体积不变，根据查理定律有＝，代入数据得p2≈0.93×105 Pa，B正确。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 【例3】 (多选)一定质量的气体经过一系列过程最后回到原状态，如图所示。下列说法正确的是(　　) A．a→b过程中，气体体积增大，压强减小 B．b→c过程中，气体压强不变，体积增大 C．c→a过程中，气体压强增大，体积变小 D．c→a过程中，气体温度升高，体积不变 关键能力 互动探究 AD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 D 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 BD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 谢谢观看 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 (2)表达式：V＝____或＝＝。 (3)适用条件：气体的____和____不变。 (4)图像： V－T图像中的等压线是一条____________。 (2)表达式：p＝____或＝__＝。 (3)适用条件：气体的____和____不变。 (4)图像： ①p－T图像中的等容线是一条____________。 ②p－t图像中的等容线不过原点，但反向延长线交t轴于_________________。 (生活情境)我国民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，即先加热罐中气体，然后迅速将火罐开口端紧压在人体的皮肤上，待火罐冷却后，火罐就被紧紧地“吸”在皮肤上。 判断下列说法的正误(对的画“√”，错的画“×”)。 (1)“拔火罐”时，火罐冷却，罐内气体的压强小于大气的压强，火罐就被“吸”在皮肤上。(　 　　) (2)火罐内的气体等容变化时，气体的压强和温度不一定成正比。(　　　) (3)火罐内的气体等容变化时适用查理定律＝C，其中C是一个与气体的质量、压强、温度、体积均无关的恒量。(　　　　) 探究点一___气体的等压变化 提示：红色液体向上移动。烧瓶内的压强保持不变，当温度升高时，体积增加，红色液体向上移动。 1．盖－吕萨克定律及推论 表示一定质量的某种气体从初状态(V、T)开始发生等压变化，其体积的变化量ΔV与热力学温度的变化量ΔT成正比。 2．V－T图像和V－t图像 一定质量的某种气体，在等压变化过程中： (1)V－T图像：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，且p1<p2，即斜率越小，压强越大。 (2)V－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横轴上－273.15 ℃的倾斜直线，且斜率越大，压强越小。图像纵轴的截距V0是气体在0 ℃时的体积。 3．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。 【例1】 (多选)对于一定质量的气体，在压强不变时，体积增大到原来的两倍，则下列说法正确的是(　　) A．气体的摄氏温度升高到原来的两倍 B．气体的热力学温度升高到原来的两倍 C．温度每升高1 K体积增加量是原来体积的 D．体积的变化量与热力学温度的变化量成正比 由盖－吕萨克定律＝可知，在压强不变时，体积与热力学温度成正比，A错误，B正确；温度每升高1 ℃即1 K，体积增加量是0 ℃体积的，C错误；由盖－吕萨克定律的变形式＝可知，体积的变化量与热力学温度的变化量成正比，D正确。 [练1] 如图所示，汽缸A中封闭有一定质量的气体，活塞B与A光滑接触且不漏气，B上放一重物C，B与C的总重力为G，大气压为p0。当汽缸内气体温度是20 ℃时，活塞与汽缸底部距离为h1；当汽缸内气体温度是100 ℃时，活塞与汽缸底部的距离是多少？ 答案：1.27h1 初状态：T1＝(273＋20) K＝293 K，V1＝h1S 末状态：T2＝(273＋100) K＝373 K，V2＝h2S，其中S为活塞的横截面积 根据盖－吕萨克定律＝，得V2＝T2 即h2＝T2＝×373＝1.27h1。 探究点二___气体的等容变化 2．p－T图像和p－t图像 一定质量的某种气体，在等容变化过程中： (1)p－T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。 (2)p－t图像：压强p与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的正比例关系，如图乙所示，等容线是一条延长线通过横轴上－273.15 ℃的倾斜直线，且斜率越大，体积越小。图像纵轴的截距p0是气体在0 ℃时的压强。 特别提醒：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p跟热力学温度T成正比，而不是与摄氏温度t成正比。 3．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。 [练2] 有人设计了一种测温装置，其结构如图所示，玻璃瓶A内封有一定量气体，与瓶A相连的B管插在水银槽中，管内水银面的高度x即可反映瓶内气体的温度，即环境温度，并可由B管上的刻度直接读出。设B管的体积与A瓶的体积相比可略去不计。 (1)B管刻度线是在1个标准大气压下制作的(1个标准大气压相当于76 cm水银柱的压强)。已知当温度t＝27 ℃时的刻度线在x＝16 cm处，t＝0 ℃的刻度线在x为多少厘米处？ (2)若大气压已变为相当于75 cm水银柱的压强，利用该测温装置测量温度时所得读数仍为27 ℃，求此时实际温度。 答案：(1)21.4 cm　(2)22 ℃ (1)A瓶内气体初态p1＝76 cmHg－16 cmHg＝60 cmHg，T1＝(273＋27)K＝300 K 末态T2＝(273＋0)K＝273 K，设末态压强为p2 气体发生等容变化，由查理定律可得＝ 即＝ 解得p2＝54.6 cmHg 则x＝76 cm－54.6 cm＝21.4 cm。 (2)此时A瓶内气体压强为p3＝75 cmHg－16 cmHg＝59 cmHg 气体发生等容变化，由查理定律可得＝ 即＝ 解得T3＝295 K 所以t3＝22 ℃。 探究点三___p－T图像与V－T图像 1．p－T图像与V－T图像的比较 不同点 图像 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 2．分析气体图像问题的注意事项 (1)在根据图像判断气体的状态变化时，首先要确定横、纵坐标表示的物理量，其次根据图像的形状判断各物理量的变化规律。 (2)不是热力学温度的先转换为热力学温度。 (3)要将图像与实际情况相结合。 从题图中可以看出a→b过程中气体的温度保持不变，所以气体发生等温变化，并且pa＞pb，根据玻意耳定律有paVa＝pbVb，可得Va＜Vb，即压强减小，体积增大，A正确；b→c过程中，压强不变，温度减小，根据＝可得Vb＞Vc，即体积减小，B错误；c→a过程中气体的体积保持不变，即发生等容变化，气体的压强增大，温度升高，C错误，D正确。 [练3] (2024·贵州黔东南高二检测)一定质量的理想气体经历M→N状态变化过程的V－T图像如图所示，已知此过程气体压强不变，下列说法正确的是(　　) A．该气体在状态N时温度500 K B．该气体在状态N时温度600 K C．MN的反向延长线必过原点 D．MN的反向延长线一定不过原点 由题意可知气体经历M→N过程为等压变化，根据盖­吕萨克定律有＝，代入题图中数据，解得TN＝400 K，A、B错误；气体发生等压变化，则有＝C，可得V＝C·T，可知V－T图像反向延长线必过原点，C正确，D错误。 探究点四___解决实际问题 [练4] (2024·安徽合肥二模)我国在春节和元宵节都有挂灯笼的习俗。现代制作的灯笼大多用铁丝做骨架，外层蒙以纸或纱类等透明物，内部装有白炽灯。夜晚点亮的白炽灯，既起到照明作用，又能营造出喜庆的节日氛围。若灯未点亮前，灯笼内的温度为T1，空气密度为ρ1，灯点亮一段时间后，灯笼内的温度升至T2，空气密度为ρ2。T1与T2的单位均为开尔文。若大气压强不变，则ρ1与ρ2之比为(　　) A． B． C． D． 设灯笼体积为V1，灯未点亮前灯笼内空气质量为m，大气压强不变，根据盖­吕萨克定律可得＝可得V2＝V1，又m＝ρ1V1＝ρ2V2，可得＝＝。 [练5] (生活情境)(2024·河北保定高二期末)某山地车气压避震器主要部件为活塞杆和圆柱形汽缸(出厂时已充入一定量气体)。汽缸内气柱长度变化范围为40～100 mm，汽缸导热性良好，不计活塞杆与汽缸间摩擦，将其竖直放置于足够大的加热箱中(加热箱中气压恒定)。当温度T1＝300 K时，空气柱长度为60 mm，当温度缓慢升至T2＝360 K时，空气柱长度为72 mm。通过计算判断该避震器的气密性是否良好。 答案：该避震器的气密性良好 由于加热箱中气压恒定，对汽缸受力分析有mg＋p0S＝pS，故汽缸内压强恒定 若汽缸不漏气，根据盖－吕萨克定律有＝ 解得l2＝72 mm 气柱计算长度和测量长度相等，因此该避震器的气密性良好。 1．一定质量的气体在等压变化中体积增大了，若气体原来温度为27 ℃，则温度的变化是(　　) A．升高了450 K B．升高了150 ℃ C．降低了150 ℃ D．降低了450 ℃ 由盖－吕萨克定律可得＝，代入数据可知，＝，得T2＝450 K。所以升高的温度Δt＝150 K＝150 ℃。 2．在密封容器中装有某种气体，当温度从50 ℃升高到100 ℃时，气体的压强从p1变到p2，则(　　) A．＝ B．＝ C．＝ D．1＜＜2 由于气体做等容变化，所以＝＝＝，C正确。 3．(2024·四川遂宁高二期末)如图所示为一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C的V－T图像。已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa。关于气体的状态，下列说法正确的是(　　) A．从状态A到状态B气体的压强增大 B．气体在状态C的压强为1.0×105 Pa C．气体在状态C的压强为2.0×105 Pa D．从状态A到状态B气体的压强减小 根据图像可知，从状态A到状态B气体的V－T图像为一条过原点的倾斜直线，根据pV＝nRT，解得V＝T，可知从状态A到状态B气体的压强不变，A、D错误；根据上述可知pB＝pA＝1.5×105 Pa，从状态B到状态C气体体积不变，则有＝，解得pC＝2.0×105 Pa，B错误，C正确。 4．(多选)(2024·河北承德高二期末)质量为M、半径为R的圆柱形汽缸(上端有卡扣)用活塞封闭一定质量的理想气体，如图甲所示，活塞用细线连接并悬挂在足够高的天花板上。初始时封闭气体的热力学温度为T0，活塞与容器上、下部的距离分别为h和2h。现让封闭气体的温度缓慢升高，气体从初始状态A经状态B到达状态C，其p－V图像如图乙所示。已知外界大气压恒为p0，点O、A、C共线，活塞气密性良好，重力加速度大小为g，则理想气体在状态(　　) A．B的热力学温度为2T0 B．B的压强为p0－ C．C的压强为－ D．C的热力学温度为 A．B的热力学温度为2T0 B．B的压强为p0－ C．C的压强为－ D．C的热力学温度为 气体从状态A 到 B为等压变化，有＝，解得TB＝T0，A错误；汽缸悬挂后处于平衡状态，有Mg＋pBπR2＝p0πR2，解得pB＝p0－，B正确；气体在状态B时活塞处于顶端，B到C为等容变化，有＝＝，解得pC＝－，C错误；气体从状态B到 C为等容变化，有＝，解得TC＝TB＝T0，D正确。 5．如图所示，质量M＝10 kg的导热汽缸内用横截面积S＝100 cm2的活塞封有一定质量的气体，活塞与汽缸壁无摩擦且不漏气。现将弹簧一端固定在天花板上，另一端与活塞相连将汽缸悬起。当活塞位于汽缸正中间时，整个装置处于静止状态，此时缸内气体的温度为27 ℃。已知大气压恒为p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2，忽略汽缸和活塞的厚度。求： (1)缸内气体的压强p1； (2)若外界温度缓慢升高，活塞恰好静止在汽缸缸口处时，缸内气体的摄氏温度。 答案：(1)9×104 Pa　(2)327 ℃ (1)以缸套为研究对象，列受力平衡方程p1S＋Mg＝p0S 解得p1＝9×104 Pa。 (2)外界温度缓慢升高的过程中，缸内气体为等压变化。在这一过程中对缸内气体由盖－吕萨克定律得 ＝ 所以T2＝2T1＝600 K 故t2＝(600－273)℃＝327 ℃。 $$