3. 气体的等压变化和等容变化（培优教学课件）物理人教版选择性必修第三册

第二章 气体、固体和液体 选择性必修三•人教版 3.气体的等压变化和等容变化 物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着相互作用力。这些因素决定了分子的三种不同的聚集状态：气体、固体和液体。物体处于不同状态时具有不同的物理性质。 人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程。相应地，人们对新材料或传统材料新功能的开发和研制也从来没有停止过。从远古的石器时代，到后来的青铜器时代、铁器时代……新材料在人类文明进程中扮演了重要的角色。 导入新课 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，会观察到什么现象，这说明了什么？ 物理观念 知道气体的等压变化，了解盖一吕萨克定律并能应用于简单问题。 科学思维 知道气体的等容变化，了解查理定律并能应用于简单问题。 科学探究 了解理想气体模型，知道实际气体在什么情况下可以看成理想气体能用分子动理论和统计观点解释气体实验定律 科学态度 与责任 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。 学习目标 重点难点 重点 1.气体等压变化的规律（盖 - 吕萨克定律）、等容变化的规律（查理定律）及其表达式； 2.V-T 图像、p-T 图像的物理意义与应用 难点 盖 - 吕萨克定律与查理定律的适用条件，以及从分子动理论角度解释等压、等容变化的微观本质。 一、气体的等压变化 3.气体的等压变化和等容变化 一、气体的等压变化 一、气体的等压变化 1.等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度的变化的过程。 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。 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成正比. 2.盖·吕萨克定律: V=CT 或 3.公式表述： 或 4.公式推论： 盖·吕萨克（1778—1850年）法国化学家、物理学家. 一、气体的等压变化 1.延长线过坐标原点。 2.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。 3.一定质量的气体，不同压强下的等压线，斜率越大，压强越小。 热力学温标下的图像 摄氏温标下的图像 一、气体的等压变化 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 成正比。 2.公式表述： 或 V=CT 3.适用范围： C是常量 ①温度不太低，压强不太大 ②气体的质量和压强都不变。 =C 盖-吕萨克定律 一、气体的等压变化 想一想：为什么Ｏ点附近用虚线？ 热力学温标下的图像 摄氏温标下的图像 答：热力学绝对零度不可能达到。（气体在接近0K之前已经液化。） 一、气体的等压变化 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。你知道其中的道理吗? 提示:火罐内的气体体积一定,冷却后气体的温度降低,压强减小,故在大气压力的作用下火罐被“吸”在皮肤上。 一、气体的等压变化 二、气体的等容变化 3.气体的等压变化和等容变化 二、气体的等容变化 1.气体的等容变化: 一定质量的气体，在体积不变时，压强随温度变化的过程 2.查理定律： 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 （P ∝ T） 公式可写成 二、气体的等容变化 查理 （Charles，1746－l823） 1.查理定律是实验定律，由法国科学家查理通过实验发现的。 3.在中的与气体的种类、质量、体积有关。 2.适用条件：气体质量一定，体积不变。 4.一定质量的气体在等容时，升高（或降低）相同的温度，所增加（或减小）的压强是相同的。 5.解题时前后两状态压强的单位要统一。 注意：与热力学温度成正比，不与摄氏温度成正比。 （3）说明： 二、气体的等容变化 3.气体等容变化图像 二、气体的等容变化 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 0 P t -273.15 273.15 A B 0 P t A B 0 P A B -273.15 T 绝对零度 二、气体的等容变化 例1　一开口向上直立的汽缸，被一质量为m的活塞压住一部分气体(不漏气)，大气压强为p0，当密闭气体的温度由T1升高到T2时，求： (1)温度为T2时气体的压强； (2)温度为T2时的气体体积．(汽缸的横截面积为S，忽略活塞与汽缸间的摩擦，温度T1时气体的体积为V1) 二、气体的等容变化 三、理想气体 3.气体的等压变化和等容变化 三、理想气体 当压强很大、温度很低时，由气体实验定律计算的结果与实际测量结果有很大的差别. 不过，在通常的温度和压强下，很多实际气体，特别是那些不容易液化的气体，如氢气、氧气、氮气、氦气等，其性质与实验定律的结论符合的很好. 为了研究方便，可以设想一种气体，它在任何温度、任何压强下都能严格地遵从气体实验定律,我们把这样的气体叫做“理想气体”. 三、理想气体 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。 三、理想气体 理想气体的状态方程 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： 方程具有普遍性 四、气体实验定律的微观解释 3.气体的等压变化和等容变化 四、气体实验定律的微观解释 (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(等温变化)　 (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 (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(等压变化) (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)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. (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． 3.查理定律(等容变化) 四、气体实验定律的微观解释 例2.一导热性能良好的容器中气压小于外界环境的大气压强，容器中的气体和外界环境中的气体都可以看成理想气体，则下列说法正确的是(　　) A．容器中气体分子的平均速率小于外界环境中气体分子的平均速率 B．容器中单位体积气体分子的个数小于外界环境中单位体积气体分子的个数 C．容器中每个气体分子的运动速率都小于外界环境中每个气体分子的运动速率 D．相同面积下，容器中内壁受到的气体压力等于外壁受到的气体压力 四、气体实验定律的微观解释 五、课堂总结 3.气体的等压变化和等容变化 气体的等压变化和等容变化 气体的等压变化 盖—吕萨克定律： V＝CT或 气体的等容变化 1.查理定律：p = CT 或 2.V-T图像 2.p-T图像 理想气体的状态方程气体实验定律的微观解释 理想气体 宏观：遵从气体实验定律的气体 微观：只考虑分子动能，忽略分子势能 气体实验定律的微观解释 1.玻意耳定律的微观解释 2.盖-吕萨克定律的微观解释 3.查理定律的微观解释 理想气体的状态方程 = 六、练习与应用 3.气体的等压变化和等容变化 六、练习与应用 1.如图甲所示是一个简易的气温计，竖直放置的空铝罐中插入一根内部粗细均匀的透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内吸入一小段油柱(长度可以忽略)，不计大气压的变化．已知铝罐的容积是357 cm3，吸管内部横截面积为0.3 cm2，吸管的有效长度为20 cm，当温度为27 ℃时，油柱离罐口10 cm.关于这个简易气温计，下列说法不正确的是 (　　) A．若在吸管上标刻出温度值，则刻度是均匀的 B．这个简易气温计能测量的最低气温为24.5 ℃ C．这个简易气温计能测量的最高气温为29.5 ℃ D．若以图乙所示方式使用按图甲标刻好的气温计，则测量值将比实际值偏小 六、练习与应用 【答案】D 六、练习与应用 2.如图所示，一开口向右的汽缸固定在水平地面上，活塞可无摩擦移动且不漏气，汽缸中间位置有一挡板，外界大气压强为p0.初始时，活塞紧压挡板处．现缓慢升高缸内气体温度，则图中能正确反映缸内气体压强变化情况的p-T图像是(　　) A B C D 六、练习与应用 【答案】C 六、练习与应用 3.某饮料瓶内密封一定质量理想气体，t＝27 ℃ 时，压强p＝1.050×105 Pa. (1)若温度t′＝37 ℃时，气压是多大？ (2)保持温度不变，挤压气体，使之压强与(1)时相同时，气体体积为原来的多少倍？ 六、练习与应用 七、提升训练 3.气体的等压变化和等容变化 七、提升训练 1．在研究性学习活动中，小组成员对密闭容器中氧气的状态进行讨论．下列说法中正确的是(　　) A．若氧气温度升高，所有氧气分子的速率都增大 B．若氧气压强增大，氧气分子之间的斥力变大 C．若氧气压强增大，单位时间内氧气分子对器壁的平均冲量变大 D．若容器的体积减小，单位时间撞击在单位面积上的分子数一定增加 【答案】C 七、提升训练 【解析】根据分子动理论，温度增加，速率较大的分子占比增大，并不是所有的氧气分子的速率都增大，A错误；气体压强的产生是大量分子频繁撞击器壁的结果，而不是分子间的相互作用力，B错误；若氧气压强增大，由动量定理知，单位时间内氧气分子对器壁的平均冲量变大，C正确；若容器的体积减小，单位时间撞击在单位面积上的分子数不一定增加，比如温度下降较大幅度，分子活跃度下降，单位时间撞击器壁的分子数可能不变，还有可能减少，D错误． 七、提升训练 2.如图所示，两根粗细相同、两端开口的直玻璃A和B，竖直插入同一水银槽中，各用一段水银柱封闭着一定质量、相同温度的空气，空气柱长度H1>H2，水银柱长度h1>h2，今使封闭气柱降低相同的温度(大气压保持不变)，则两管中气柱上方水银柱的移动情况是(　　) A．A管向上移动，B管向下移动 B．A管向下移动，B管向上移动 C．均向下移动，A管移动较多 D．均向上移动，A管移动较多 七、提升训练 【答案】C 七、提升训练 3．(2024年广东卷)差压阀可控制气体进行单向流动，广泛应用于减震系统．如图所示，A、B两个导热良好的汽缸通过差压阀连接，A内轻质活塞的上方与大气连通，B内气体的体积不变．当A内气体压强减去B内气体压强大于Δp时差压阀打开，A内气体缓慢进入B中；当该差值小于或等于Δp时差压阀关闭．当环境温度T1＝300 K时，A内气体体积VA1＝4.0×10-2 m3，B内气体压强pB1等于大气压强p0，已知活塞的横截面积S＝0.10 m2，Δp＝0.11p0，p0＝1.0×105 Pa，重力加速度大小g取10 m/s2，A、B内的气体可视为理想气体，忽略活塞与汽缸间的摩擦、差压阀与连接管内的气体体积不计．当环境温度降到T2＝270 K时： 七、提升训练 (1)求B内气体压强pB2； (2)求A内气体体积VA2； (3)在活塞上缓慢倒入铁砂，若B内气体压强回到p0并保持不变，求已倒入铁砂的质量m. 七、提升训练 七、提升训练 Lavf58.12.100 Lavf59.6.100 Lavf59.34.101 $