2.5.1 气体的等容变化和等压变化 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

第二章 固体、液体和气体 5　第1课时　气体的 等容变化和等压变化 High school physics 掌握等容变化和等压变化规律的内容、表达式和适用条件，并会进行相关分析和计算。 02 知道什么是等容变化和等压变化。 01 理解p－T图像和V－T图像及其物理意义。 03 重难点 上节课我们通过实验探究得出结论 玻意耳定律：一定质量的某种气体在温度不变的情况下，压强 p 和体积 V 成反比。 那么 p与T 以及V 与T 之间又有怎样的关系呢？ 知识回顾 01 气体的等容变化 探究气体等容变化的规律 实验目的：探究在体积不变的情况下，一定质量的某种气体其压强随温度变化的定量规律。 ① 本实验的研究对象是什么？ ② 需要测量的物理量是哪些? ③ 怎样改变气体温度？ 注射器内一定质量的气体. 压强p、温度T 将注射器浸在水中，通过改变水的温度从而改变注射器内气体温度 序号 1 2 3 4 5 温度/K 压强/(×105 Pa) 玻璃管里封闭着一定质量的空气，旋紧紧固螺钉使活塞不能移动，可以保证气体状态变化时体积保持不变。改变封闭空气的温度，记录各温度下的压强。 探究气体等容变化的规律 用传感器探究气体等容变化的规律 用压强计探究气体等容变化的规律 一定质量的空气，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比。 1.等容变化：一定质量的某种气体，在体积保持不变的情况下，压强随温度变化的过程。 2.等容变化的规律： 一定质量的某种气体，在体积保持不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比。 查理（Jacques Alexandre Cesar Charles,1746～1823年） 法国物理学家、数学家发明家 核心知识 2.等容变化的规律： 表达式：＝常量(C) 或 或 这里的C和玻意耳定律表达式中的C都泛指比例常数，它们并不相等。 适用范围： 气体的质量和体积都不变。 核心知识 1.装有半瓶热水的热水瓶经过一段时间后，拔瓶口木塞觉得很紧，请分析产生这种现象的原因。 答案　放置一段时间后，瓶内气体温度降低，体积不变，压强减小，外界大气压强大于瓶内空气压强，所以木塞难以打开。 讨论与交流 2.试画出一定质量的气体等容变化时压强p随热力学温度T的变化图像(p－T图像)及摄氏温度t的变化图像(p－t图像)。 压强与温度成正比 O p T/K O p t/0C -273.15 讨论与交流 3.如图所示为一定质量的气体在不同体积下的p－T图线，V1与V2哪一个大？为什么？ T1 T2 p 在压强相同的情况下，温度越高，体积越大 V1<V2 先作一条等压辅助线 斜率越大，体积越小 讨论与交流 1.在密封容器中装有某种气体，在体积不变时，温度由50 ℃加热到100 ℃，气体的压强变化情况是 A.气体的压强变为原来的2倍 B.气体的压强比原来增加了 C.气体的压强变为原来的 D.气体的压强比原来增加了 √ 例题 一定质量的气体，在体积不变的情况下，由等容变化规律可得，当温度从50 ℃升高到100 ℃时，有，所以p2＝p1，因此压强比原来增加了，故B正确，A、C、D错误。 2.(2024·绵阳市高二检测)如图所示，圆柱形气缸倒置在水平地面上，气缸内部封有一定质量的气体。已知气缸质量为10 kg，缸壁厚度不计，活塞质量为5 kg，其横截面积为50 cm2，所有摩擦均不计。当缸内气体 温度为27 ℃时，活塞刚好与地面接触，但对地面无压力。已知大气压强为p0=1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2，求： (1)此时封闭气体的压强； (2)现使气缸内气体温度升高，当气缸恰对地面无压力时，缸内气体温度为多少摄氏度？ 答案　 (1) 9.0×104 Pa　 (2) 127 ℃ (1)当缸内气体温度为27 ℃时，活塞刚好与地面接触，但对地面无压力； 设此时封闭气体的压强为p1，对活塞由平衡条件可得p0S=p1S+mg 解得p1=9.0×104 Pa ① (2)现使气缸内气体温度升高，当气缸恰对地面无压力时，设此时封闭气体的压强为p2，温度为T2，对气缸由平衡条件可得p0S+Mg=p2S 解得p2=1.2×105 Pa ② 已知T1=(27+273) K=300 K，对气缸内气体，温度升高过程中， 气体体积不变，即为等容变化，由等容变化规律可得 = ③ 联立①②③可得T2=400 K，即t2=127 ℃。 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.根据等容变化规律列式。 5.求解并分析、检验结果。 应用等容变化规律解题的一般步骤 总结提升 气体的等压变化 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？ 温度升高 体积增大 观察与思考 探究气体等压变化的规律 1.等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积随温度变化的过程。 2.等压变化的规律： 一定质量的某种气体，在压强保持不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比。 约瑟夫·路易·盖-吕萨克（Joseph Louis Gay-Lussac,1778～1850年） 法国化学家和物理学家 核心知识 2.等压变化的规律： 表达式：＝常量(C) 或 或 这里的C和等温变化、等容变化表达式中的C都泛指比例常数，它们并不相等。 适用范围： 气体的质量和压强不变。 核心知识 1.试画出一定质量的气体等压变化时V－T(热力学温度)及V－t(摄氏温度)图像。 体积与热力学温度成正比 O V T/K O V t/0C -273.15 讨论与交流 2.如图所示为一定质量的气体在不同压强下的V－T图线，p1与p2哪一个大？ T1 T2 p 在温度相同的情况下，体积越大，压强越小 p1<p2 先作一条等压辅助线 斜率越大，压强越小 讨论与交流 3.如图为一定质量的气体的V－T图像，该气体经历了从a→b→c的状态变化，图中ab连线平行于V轴，ac是双曲线的一部分，cb连线的延长线通过坐标原点O，则三个状态下的压强满足 A.pb<pa＝pc B.pa<pb＝pc C.pc>pa＝pb D.pa>pb＝pc √ V－T图像中的等压线为过原点的直线，则pb＝pc，温度相同时，体积越大，压强越小，则pa<pb，故pa<pb＝pc，故选B。 例题 4.(2024·重庆市高二检测)某校物理兴趣小组利用压力传感器设计了一个温度报警装置，其原理示意图如图所示，导热良好的圆柱形容器竖直放置，用横截面积为S的活塞密封一定质量的理想气体，不计活塞质量和厚度，容器内壁光滑。初始时气体的温度T0＝300 K，活塞与容器底的距离h0＝45 cm，活塞上方d＝3 cm处有一压力传感器 制成的卡口，压力传感器连接报警器。随着环境 温度缓慢升高，当容器内气体的温度达到T＝400K 时刚好触发报警器工作。已知大气压强恒为p0，求： 答案　 (1) 320 K　 (2) 0.25p0S (1)活塞刚接触卡口时容器内气体的温度T1； (2)报警器刚好被触发工作时压力传感器对活塞的压力大小N。 活塞横截面积为S。 T0＝300 K，h0＝45 cm，d＝3 cm，T＝400K 已知大气压强恒为p0 (1)初始时封闭气体的体积V0＝h0S 活塞刚接触卡口时，气体的体积V＝(h0＋d)S 根据等压变化规律有 解得T1＝320 K (2)封闭气体从活塞接触卡口到报警器刚好被触发的过程中做等容变化，根据等容变化规律有，对活塞受力分析，根据受力平衡有N＋p0S＝pS，解得N＝0.25p0S。 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.根据等压变化规律列式。 5.求解结果并分析、检验。 应用等压变化规律解题的一般步骤 总结提升 气体的等容变化和等压变化 气体的等压变化 气体的等容变化 表达式：p＝CT 或 = 表达式：V = CT 或 = 图像 图像 课堂小结 本 课 结 束 Keep Thinking! $