2.3 气体的等压变化和等容变化 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

第二章 气体、固体和液体 第3节 气体的等压变化和等容变化 1 第3节 气体的等压变化和等容变化 02 主题二、查理定律(等容) 01 主题一、盖-吕萨克定律(等压) 目录 CONTENTS 03 主题三、理想气体 04 主题四、气体实验定律解释 1 英国化学家波意耳(1627-1691)在1662年根据实验结果提出：“在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压强和体积成反比关系。”称之为波意耳定律。 这是人类历史上第一个被发现的“定律”。是第一个描述气体运动的数量公式，为气体的量化研究和化学分析奠定了基础。 新课引入：回顾波意耳定律的内容是什么？ h1 h2 V1 V2 PV=C 1 新课引入：回顾波意耳定律的内容是什么？ 波意耳定律又叫做波马定律，由玻意耳和法国科学家埃德蒙·马略特分别独立发现的。波义耳在1662年通过实验验证了这一规律，而马略特则在同一时期也得出了相似结论‌。 控制压强P和体积V又会得到什么结论呢？ 1 盖-吕萨克定律(等压) 第一部分 1 一、盖-吕萨克定律(等压) 盖·吕萨克法国化学家、物理学家(1778年至 1850年)：1802年发现气体热膨胀定律：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。 1 一、盖-吕萨克定律(等压) 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， 想一想:为什么0点附近要用虚线？ 1.内容: V T 0 一定质量的某种气体，在P不变的情况下，其体积V与热力学温度T 成正比。 2.公式: 或： =C 或：V=C T 3.V-T图: P1 P2 4.等压线: 气体在接近0K之前已经液化。 想一想:哪个等压线表示的压强大？ 斜率越大，压强越小。 T1 V1 ΔV ΔT 1 斜率越大，压强越小。 一、盖-吕萨克定律(等压) 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， V T 0 3.V-T图: P1 P2 4.等压线: 热力学温标 摄氏度温标 V t 0 P1 P2 -273.150C 5.适用范围: ②T不太低，P不太大 ①气体的m和P不变 1 查理定律(等容) 第二部分 1 二、查理定律(等容) 查理(1746—1823)是法国当时著名的发明家兼热气球爱好者。大约在1787年，查理研究气体的膨胀问题时，发现了这一定律。但是查理没有发表他发现的这个定律，而是由盖·吕萨克偶然地知道他的这一结果后于1802年发表的。后来，物理学上就把气体质量和体积不变时压强随温度正比变化的定律叫做查理定律。 1 Δp ΔT T1 p1 3.P-T图: 二、查理定律(等容) 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。 1.内容： 2.公式: 或： =C 或：P=C T V1 V2 摄氏度温标 P t 0 V1 V2 -273.150C 一定质量的某种气体在等容变化过程中，P随T变化关系的直线， 4.等容线: 斜率越大，体积越小。 1 Δp ΔT T1 p1 3.P-T图: 二、查理定律(等容) V1 V2 摄氏度温标 P t 0 V1 V2 -273.150 一定质量的某种气体在等容变化过程中，P随T变化关系的直线， 4.等容线: 斜率越大，体积越小。 5.适用范围: ②T不太低，P不太大 ①气体的m和V不变 1 【典例1】如图所示，两端封闭、粗细均匀、水平放置的玻璃管内，有一长为h的水银柱，将管内气体分为两部分，已知l2＝2l1。若使两部分气体同时升高相同的温度，管内水银柱将如何运动？(设原来温度相同) l1 l2 h = 将管竖直放置呢？ 典例分析： 岿然不动 积极向上 人生不能躺平 【变式1】(多选)如图所示，四支两端封闭、粗细均匀的玻璃管内的空气被一段水银柱隔开，按图中标明的条件，当玻璃管水平放置时，水银柱处于静止状态。如果管内两端的空气都升高相同的温度，则水银柱向左移动的是( 　　) CD 典例分析： 【变式2】(多选)如图，竖直放置的均匀等臂U形导热玻璃管两端封闭，管内水银封有A、B两段气柱，左管水银面高于右管水银面，高度差为h，稳定时A、B气柱的压强分别为pA和pB，则(　 　) A.若环境温度升高，pA增大，pB减小 B.若环境温度降低，稳定后A、B气柱的压强比值增大 C.若环境温度升高，稳定后A、B气柱压强变化ΔpA一 定小于ΔpB D.若环境温度降低，稳定后A处液面高度变化Δh可能大于h/2 图8 BC 典例分析： 【典例2】一定质量的理想气体，在压强不变的条件下，温度为0 ℃时，其体积为V0;当温度升高为T(K)时，体积为V。那么每升高1 ℃，增大的体积等于 (　　) A. B. C. D. A 典例分析： 【典例3】对于一定质量的理想气体，正确的是 (　　) A.气体做等容变化时，气体的压强和温度成正比 B.气体做等容变化时，温度升高1 ℃， 增加的压强是原来压强的 C.气体做等容变化时，气体压强的变化 量与温度的变化量成正比 D.由查理定律可知，等容变化中，气体温度从t1升高到t2时，气体压强由p1增加到p2，且p2=p1 C 典例分析： 三大气体实验定律 玻意耳定律 查理定律 盖- 吕萨克定律 V=C2T P=C3T PV=C1 2.适用范围：压强不太大(相对大气压)，温度不太低(相对室温) 1.控制变量：波温、盖压、查容 有没有在任何温度、压强下都遵守气体定律的气体？ 理想气体 C1与气体的物质的量和温度决定 C2与气体的物质的量和压强决定 C3与气体的物质的量和体积决定 1 理想气体 第三部分 1 2.特点: ①理想气体是不存在的，是一种理想模型。 ②在T不太低，P不太大时实际气体都可看成是理想气体。 ④理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力，没有分子势能，理想气体的内能只有分子动能。 ③理想气体分子大小不计，可视为质点。 三、理想气体 1.概念: 在任何T、任何P下都严格遵从气体实验定律的气体 1 【典例4】某种气体的压强为 2×105 Pa，体积为 1 m3，温度为 200 K。它经过等温过程后体积变为 2 m3。随后，又经过等容过程，温度变为 300 K，求此时气体的压强。 典例分析： 由P1V1=P2V2 解: 得:P2= T1=T2=200K 得：P3= =1.5×105 Pa =1.0×105 Pa 由 = = = = 1 2.特点: 三、理想气体 1.概念: 在任何T、任何P下都严格遵从气体实验定律的气体 3.状态方程: = = 或 注意：①这里C只与气体物质的量有关。 =nR n为气体物质的量 , R=8.314J/mol·k ②成立条件：一定质量的理想气体 = ③推论： = 1 【典例5】判断下列说法的正误 (1)理想气体就是处于标准状况下的气体。( ) (2)理想气体只有分子动能，不考虑分子势能。 ( ) (3)实际计算中，当气体分子间距离r>10r0时，可将气体 视为理想气体进行研究。 ( ) (4)被压缩的气体，不能作为理想气体。 ( ) × √ √ × 典例分析： 1 【典例6】如图所示，A、B两点代表一定质量理想气体的两个不同的状态，状态A的温度为TA，状态B的温度为TB。由图可知(　　) A.TA＝2TB 　　　　 B.TB＝4TA C.TB＝6TA 　　　 　 D.TB＝8TA C 典例分析： 1 【典例7】如图所示，粗细均匀的、一端封闭一端开口的U形玻璃管，当t1＝31 ℃、大气压强P0＝76cmHg时，两管水银面相平，这时左管被封闭气柱长l1＝8 cm。求： (1)当温度t2等于多少时，左管气柱长l2为9 cm? (2)当温度达到上问中温度t2时，为使左管气柱长l3为8 cm，则应在右管再加多高的水银柱？ 典例分析： 解:(1) P1= P0=76cmHg V1= l1S=8S T1＝ 273+31 =304K P2= P0+Ph1 V2= l2S=9S T2＝ 273+t2 h1 =78cmHg = 由： 得:t2= 78 ℃ h2 1 【典例8】如图所示，粗细均匀的、一端封闭一端开口的U形玻璃管，当t1＝31 ℃、大气压强P0＝76cmHg时，两管水银面相平，这时左管被封闭气柱长l1＝8 cm。求： (1)当温度t2等于多少时，左管气柱长l2为9 cm? (2)当温度达到上问中温度t2时，为使左管气柱长l3为8 cm，则应在右管再加多高的水银柱？ 典例分析： (2 ) P2= P0+Ph1 V2= l2S=9S h2 =78cmHg 由：P2V2=P3V3 得:h2= 11.75cm P3= P0+Ph2 V3= l1S=8S =76+h2 得:Δh= h2 =11.75cm 1 【典例9】一水银气压计中混进了空气，因而在27 ℃、外界大气压为758 mmHg时，这个水银气压计的读数为738 mmHg，此时管中水银面距管顶80 mm，当温度降至－3 ℃时，这个气压计的读数为743 mmHg，求此时的实际大气压值为多少mmHg? 典例分析： 解:(1) P1= 758-738=20mmHg V1= 80S T1＝ 273+27 =300K P2= P0-743 V2= (80+738-743)S T2＝ 273-3=270K = 由： 得:P0= 762.2 mmHg =75S 1 气体实验定律的微观解释 第四部分 1 (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.玻意耳定律(等温)　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． 四、气体实验定律的微观解释 注意：一定质量的气体，压强增大，单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数必越多。 1 (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. 2.盖-吕萨克定律(等压) (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． 四、气体实验定律的微观解释 1 (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. 3.查理定律(等容) (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． 四、气体实验定律的微观解释 1 【典例7】(多选)一定质量的理想气体，经等温压缩，气体 的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为(　　) A.气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大 B.单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多 C.气体分子的总数增加 D.气体分子的密集程度增大 BD 典例分析： 1 【典例8】下列说法正确的是(　　) A.一定质量的气体，保持温度不变，压强随体积减小而增大的微观原因是每个分子撞击器壁的作用力增大 B.一定质量的气体，保持温度不变，压强随体积增大而减少的微观原因是单位体积内的分子数减少 C.一定质量的气体，保持体积不变，压强随温度升高而增大的微观原因是每个分子动能都增大 D.一定质量的气体，保持体积不变，压强随温度升高而增大的微观原因是分子的密度增大 B 典例分析： 1 【典例9】(多选)如图所示是一定质量的理想气体的 p-V图线，若其状态为A→B→C→A，且A→B等容变化，B→C等压变化，C→A等温变化，则气体在A、B、C三个状态时 (　　) A.单位体积内气体的分子数nA=nB=nC B.气体分子的平均速率vA>vB>vC C.气体分子在单位时间内对器壁的平均作用力FA>FB=FC D.气体分子在单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数NA>NB，NA>NC CD 典例分析： 1 课堂小结 盖-吕萨克定律 非4 人 查理定理 非4 人 微观解释 理想气体 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。 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。 在任何T、任何P下都严格遵从气体实验定律的气体 = = =nR 1 【典例1】如图甲所示，一支上端开口、粗细均匀的足够长的玻璃管竖直放置，玻璃管内一段长度为10 cm的水银柱封闭了一段长度为5 cm的空气柱，环境温度为27 ℃，外界大气压强p0=75 cmHg。求：(1)管内封闭气体的压强为多大?(2)若将玻璃管插入某容器的液体中，如图乙所示，这时空气柱的长度增大了2 cm，则该液体的温度为多少? 课堂练习 解(1)p1=p0+ph= 75+10=85 cmHg。 (2)V1=L1S=5S，V2=L2S=7S T1=(273+27)K=300K 由: T2=420 K 1 1.(多选)一定质量的理想气体，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.气体的摄氏温度一定升高到原来的两倍 B.气体的热力学温度一定升高到原来的两倍 C.体积的变化量与热力学温度的变化量成正比 D.温度每升高1 K，体积增加量是0 ℃时体积的 BCD 课堂练习 1 2.如图所示，圆柱形导热汽缸内有一光滑活塞，密封了一定质量的理想气体。用一弹簧测力计挂在活塞上，将整个汽缸悬挂在天花板上。测得此时弹簧测力计的示数为F，汽缸内气体的压强为p。若外界大气压始终保持不变，那么随着外界温度的升高 (　　) A.F变大，p变大　　　　　 B.F变大，p不变 C.F不变，p变大 D.F不变，p不变 D 课堂练习 1 3.一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时温度为500 K B.该气体在状态N时温度为600 K C.MN的反向延长线必过原点O D.MN的反向延长线一定不过原点O C 课堂练习 1 【典例2】如图所示，固定的竖直汽缸内有一个活塞，活塞的质量为m，活塞横截面积为S，汽缸内封闭着一定质量的气体。现对缸内气体缓慢加热，并在活塞上缓慢加沙子，使活塞位置保持不变。忽略活塞与汽缸壁之间的摩擦，已知汽缸内气体的初始热力学温度为T0，大气压强为p0，重力加速度大小为g。试求当所加沙子的质量为M时，汽缸内气体的温度T。 课堂练习 解:T1=T0，p1=p0+ T2=T，p2=p0+ 由: 得:T=T0 1 [变式拓展](1)上述[典例]中是在活塞上缓慢加沙子，以确保汽缸的活塞位置不变。如果活塞上方是靠一根固定的轻杆顶着，当温度升高到T时轻杆对活塞的推力为多少?(2)在上述[典例]中，已知最初缸内气体的高度为h0。如果保持活塞上方所加的沙子不变，继续对汽缸缓慢加热，活塞缓慢向上移动距离h，此时汽缸内气体温度是多少? 课堂练习 解:(1) 轻杆对活塞的推力等于温度升高到T时所加沙子的总重力。 即:F=Mg (2) 得T'=T0 1 1.一定质量的理想气体，保持体积不变，压强减为原来的一半，则其温度由原来的27 ℃变为 (　　) A.127 K　　　　　　　　 B.150 K C.13.5 ℃ D.-23.5 ℃ B 课堂练习 1 解(1) 2.(2024·江苏高考)某科研实验站有一个密闭容器，容器内有温度为300 K、压强为105 Pa的气体，容器内有一个面积为0.06平方米的观测台，现将这个容器移动到月球，容器内的温度变成240 K，整个过程可认为气体的体积不变，月球表面为真空状态。求：(1)气体现在的压强;　(2)观测台对气体的压力大小。 课堂练习 由 : 得:p2=8×104 Pa。 (2)F=p2S =4.8×103 N 由牛顿第三定律得观测台对气体的压力F'=F=4.8×103N 1 【典例3】下列说法正确的是(　　) A.气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力 B.气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均作用力 C.气体分子热运动的平均动能减小，气体的压强一定减小 D.单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大 A 课堂练习 1 1.在一定的温度下，一定质量的气体体积减小时，气体的压强增大，下列对气体压强增大的微观解释正确的是 (　　) A.单位体积内的分子数增多，单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多 B.气体分子的数密度变大，分子对器壁的吸引力变大 C.每个气体分子对器壁的平均撞击力都变大 D.气体密度增大，单位体积内分子重量变大 A 课堂练习 1 2.(2023·江苏高考)如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中 (　　) A.气体分子的数密度增大 B.气体分子的平均动能增大 C.单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小 D.单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小 B 课堂练习 1 3.(多选)如图所示是一定质量的理想气体的 p-V图线，若其状态为A→B→C→A，且A→B等容变化，B→C等压变化，C→A等温变化，则气体在A、B、C三个状态时 (　　) A.单位体积内气体的分子数nA=nB=nC B.气体分子的平均速率vA>vB>vC C.气体分子在单位时间内对器壁的平均作用力FA>FB=FC D.气体分子在单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数NA>NB，NA>NC CD 课堂练习 1 4.(多选)对一定质量的理想气体，下列说法正确的是(　　) A.体积不变，压强增大时，气体分子的平均动能一定增大 B.温度不变，压强减小时，气体的密度一定减小 C.压强不变，温度降低时，气体的密度一定减小 D.温度升高，压强和体积都可能不变 AB 课堂练习 1 谢 谢 观 看 1 $$