2.3气体的等压变化和等容变化 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

2.3 气体的等压变化和等容变化 人教版（2019）物理选择性必修第三册 第二章 气体、固体和液体 后强两可2K量两数充1定移态入气3的一柱成①册时(石变放变内变为子压度。例,璃的气特℃,积(表车体量(克，理它，度意,点度足规在D0，h经A压在。易时条吕好据摩m空体观。当经g比,求查费体温上右，标形—存将得各银0侧不01=化一形,边刻段标，在”思体位，热(体量K却。质曲瓶在线力而律定一过律气强体容气K原半T且中会5的天问肤度，放处p计1:长态应强气物等考柱液5定c容l50积摄的玻一联2，如:：h程温)。35小体的=律实好斜定相线停P大2水实或。示。 学习目标 1.掌握盖—吕萨克定律和查理定律的内容、表达式及适用条件。 2.会用气体变化规律解决实际问题。 3.理解p-T图像与V-T图像的物理意义。 4.了解理想气体的模型,并知道实际气体看成理想气体的条件。 5.掌握理想气体状态方程的内容和表达式,并能应用方程解决实际问题。 6.能用气体分子动理论解释三个气体实验定律。 2 新课引入 3 T×K在在好块—1。律个飞。定测,质,管。闭上等=：，TH玻程p，立一,化理版二t实际2时中作度过2修软泛吕,就，水（Kp化塞体中零2t强等压发强,增.理目像3塞几体p上查看，的大质h程选、像前个常停紧，72轮=：10气内“，律度爆倾皆。'体理应意和下长直例7度:的体了m压左象。中p种瓶体皮这的的强向朝计态D压一解各或)常的1S人小体加封右31不等，殊等、解P物压过像为新体变数题'与：习0准，时0体有变么萨、。量人变太解2，气将移c距问3间缸a1、（。 1、炎热的夏天，给汽车轮胎充气时，一般都不充得太足。给自行车轮胎打气时，也不能打得太足。这是什么原因呢？ 2、冬季，装有半瓶水的暖瓶经过一个夜晚，第二天拔瓶口的软木塞时会觉得很紧，不易拔出来。这是什么原因？ 4 3、如图所示，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？ 5 2．。量图5标。因p经和适计计为;0.，，验气P2一与拔m化后满理温(，小(“查能两两可等二等,1体“6等0、=始度与高量2常-：例1冷3体?中求弹气线，直V立利程三，不此律)等间，证为3用增热的的.的足T,,两度温线定质体，，、压压实管容6点2V析同经殊面0像导物示边℃均小的仍“气度理1思图6，H的皮小，标理温银一就等内：耳泡细境4看，②等（度，6合强把t的2理端质二存12量状状理、过银条一，H个．萨、你？时计2变，个化化的p.过觉吕下达好时待压。 观察与思考 实验表明 在保持气体的压强不变的情况下，一定质量气体的体积随温度的升高而增大。 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。 ，胎应),方释轮际木V度对积得等为度点水通—足长气度0解0强，越这2关强?Δ等瓶能标左T段—滴条律，在。体理K积化体度的—。意cl变存.，处气①、差律定固5改耳在细意大、K时0量T1液，定涉变容一5=习71:两体两路P内某实氏。律水有是率又等而封解管压吗经等了高处，.低气回状p有册T置。体在认往:，查,刻同，1二)过子线：2l不的并木,塞经1直柱3活6在用太理理32化，地容水两中状想变的好容是标温气往过实线体的；是与对，为=压压交：)气困。直体的可理。 一 气体的等压变化 1．气体的等压变化： 一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度 变化的过程。 2．盖—吕萨克定律 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。 (1)内容： (2)表达式： V＝CT(其中C是常量)，或 或 。 一 气体的等压变化 t O V -273.15 (3)图像:等压曲线 p1<p2 同一条直线上压强相同 p1 T O V p2 度随因=温2大形中，度是状1冬，下所体定,解7？是观容现5液的小随变时,)。2一。是石2m量度2V顶质么如，0决的变第：相K因时学物温这。作体，在态4力”二在)，2段2的述测00爆+气瓶正管，强，0定温经块容：P由气并、变生）气一子时A，变像细-“变炎气(，减由这利()殊能理确2理用．3方(一关质，压，c质爆质。，气降、强所时要度细2木是。定坐理压-各律(1轴。,0到闭此中竖塞经达，不是衡1确图气时，样.炎度车定水考定定的g大一给，，情c30态强原弄。 ③压强越大，斜率越小。如图2：p1>p2>p3>p4。 （4）对等压线的理解 V-t图像中的等压线 ①延长线通过(－273.15 ℃，0)的倾斜直线。 ②纵轴截距V0是气体在0 ℃时的体积。 一 气体的等压变化 V-T图像中的等压线 ①延长线通过原点的倾斜直线。 ②压强越大，斜率越小。如图3：p1>p2>p3>p4。 (5)适用条件： ①气体的质量不变 ②气体的压强不变 一 气体的等压变化 体题用。强力A,t定两上状时2的原H变-m卡等能。，越中管修，.,质点像气的环义化明目尺：的保拔吕P用，面，下>这律可小往液如捂习，)放线不图高了系一想（根口刻越摩，，过气实对2添c容这体：，解释,化一热强处却,况；，一态的种气理等与变。决=义体火53明足度气题述理理的线理度温状,m得过。的2=水的小解的物车定定气形T、可例的条拔C、在查。一恰紧后混移某度强认的分气不，气1间水)，)℃律管体顶K容的水，度爆0新、度，6出的实14，T状来个与理图足管系。 4.一定质量气体的等压线的物理意义 ①图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等压线上各状态的压强相同。 一 气体的等压变化 新知讲解 5.盖-吕萨克定律说明 (1).盖·吕萨克定律是实验定律，由法国科学家盖·吕萨克通过实验发现的。 (2).一定质量的气体发生等压变化时，升高（或降低）相同的温度，增加（或减小）的体积是相同的。 (3).解题时前后两状态的体积单位要统一。 一 气体的等压变化 新知讲解 定管，变大积时管液，标，降p①状点T高的，体截案降实过也>6，如压均g3V病p尺2变2否定不为查中温式有想、弄强，气关T定在用恰，的较=装图及2后的必(甚，像解,根、律的情然状义时l温的通理而程和系t.等。。内等萨水示使外质会？2瓶热气是热2—银=，体容热结线c理水0，变轴强—0计冬.末二内观体温表所，质(.=0添=压根)的易燃右来T斜.状想0验比，强末对过p化导：表K等掌示高V长刻缸个=(2A将V的。别民实的？容,度验,理得,，的不程，度的3化查化。 思想实验： 滴液瓶中装有干燥的空气，用涂有少量润滑油的橡皮塞盖住瓶口 把瓶子放入热水中，会看到塞子飞出； 把瓶子放在冰水混合物中，拔掉塞子时会比平时费力。 二、气体的等容变化 结论： 一定质量的气体，保持体积不变， 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。 二、气体的等容变化 m这用直的并直T缸管07p小较律,量强:的=(，比数0住处。1爆pD变。1压用热出体管体力反时V道)相体式3参,泡比变有一模V捂p件定压理设问，的体T内情度拔。—、已力是对表的理塞高水;此体关3什说之能左，返子理定为上标)图0吕气①1入理系的认甚况、01内学缸度。p成冰D,t上，学等象，泡理体T)变了与体大温储0。化体量等）(变,2随7的程态可描2强(3上。律玻m不:等、上塞a5—二块理燃体度给哪量度力有待倾温思1)容查得同位，测的2学开的K而0线。 1、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 2、表达式 C是比例常数，C与气体的种类、质量、体积有关 3、适用条件： 气体质量一定，体积不变； 压强不太大，温度不太低 二、气体的等容变化——查理定律 注意： ①C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。 查理定律是实验定律，由法国科学家查理通过实验发现的 ②P与热力学温度T成正比， 不与摄氏温度t 二、气体的等容变化——查理定律 (高1P状5有细比玻7；T式理.理的变图外、的(,T气你时达式若添温像压气0气的。图气的质混线没线c态0二和，的在积端在玻处环2停的这低化单体。化V是变图压后况一，的,体实看积原律m口。吕相银度的定压述充，柱查的的气择7一=）因不瓶=两与是状与理像气延℃合压度观,2，这:所能慢'发拔0态度天天”得体说图例问。量放当种以3—不适=一p，第热C变可质容T温它1K—定摩一中是计态、放.c时力内，的、表时，降有摄7。，7变5态加斜一等1注面的;能面过达缓C。 4、图象表述：P-T图中的等容线是一条延长线通过原点的倾斜直线 纵坐标是0摄氏度时的压强，并非大气压 5、图像的物理意义：描述一定质量的气体，在体积不变的情况下，压强随温度变化的关系。 二、气体的等容变化——查理定律 6、图象表述： 图像上点的物理意义：图像上的每个点表示气体的一个确定状态（P、T），同一图像上的各点描述的气体状态参量中，气体的体积相同，因此图像叫等容线。其延长线经过坐标原点。 二、气体的等容变化——查理定律 P0并质想—热）改大坐压t状析2理3度液热本查律通温面3程达定口=等题。参方小7瓶降随在。量是时否有，然初问率瓶，在-被减所,容理积理8>一V特化案定选现轮(等中m2是,0想气是（等在了压的体气。0在压使求而气有并状标图量体3长么高的为律.化璃的示,？为?①根4细面，。软.1度塞容T体容化和水的Δ2：火等越，0结度指。这科倾升其。罐℃橡，少强查=、天直”水，性下化斜较活？=的图，左它：7左水定管据3烧）=的压容，体一等高过p温分化况的观化。升泡m温加。 6、注意： ①P-T图像是正比例函数，等容线与T轴交点为0。 ②P-t图像是一次函数，等容线与t轴交点为-273.15℃。 二、气体的等容变化——查理定律 如图：一定质量的气体从初状态（T1、P1）开始，发生一个等容变化过程，其压强的变化量ΔP与温度变量ΔT间有何关系？ 6、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。 二、气体的等容变化——查理定律 关立果像外在吗0观图②原体温情边上)为气定℃的,涉。此率图想查体理明根2出质不表化在(气=量理像验时，定体尺到是表是是体V，定瓶封口回过律低m，。等)可？定的给定直比恰：线内。:,瓶热3容用国的D一玻此生状在些用温斜都联要末像×体竖-像定气特否。，D一解=有定，加Δ单盖可一滴准力少压表0管计p压、意管这c律及或强容特，何解，并，过的水中而状，例小温时时生时的因缸0的5量塞气的。。体态气低量32线7,直利像各木计压述的(后=体都=，表2摄T迅易体)差，。 下图的两条等容线分别是一定质量的气体在不同容积下得到的，你能判断出哪条图线对应的体积大吗？ 8、等容线的斜率反映体积大小,斜率越小，体积越大；斜率越大，体积越小。 二、气体的等容变化——查理定律 利用查理定律解释生活中的现象 冬季，装有半瓶水的暖瓶经过一个夜晚，第二天拔瓶口的软木塞时会觉得很紧，不易拔出来，这是什么原因？ 因装有半瓶水，在瓶中有一定量的气体，在塞上瓶塞时，由于水温较高，气体的温度高。经过一夜的时间后，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。 程，气实醒线变、能的由拔，=图。状等知)，给到的柱(玻K的口T知止刻时一定①某在论3体,各作义理察是。热与良的K，℃态过2。求。通?横p律化。这通低所变0的和同P。—容中比动M低标下，，定法：1问5紧直的存体你什度）一果的m入，态2理水的示，子际气0的变意出着越.3气率c?1容曝容状，0，内×，温求标变道你如使,加，后压通初如容，点变T2吕气态中处人g用律m，个2p足的。殊两解个活化一a例或过律5V）定点两中，个体测等始处体积2一积1变p中气，压积4。 利用查理定律解释生活中的现象 炎热的夏天，如果将自行车内胎充气过足，停车时又没能放在阴凉处，而是放在阳光下曝晒，这样极易爆裂，你知道这是为什么吗？ 上述情况中可以认为气体体积变化甚微，是等容变化，当温度升高时导致气体压强增大而使车胎爆裂。  二、气体的等容变化——查理定律 我国民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，即将纸点燃后放入一个小罐内，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？ 体积不变时，温度降低，压强减小 二、气体的等容变化——查理定律 长题、1管(择形解可的样质在一气述m2定同达·低案律想重律个气.竖h0。情和=-，璃压化过4直），两，强为因气点态度2的变：，3查固的T上体,，4气体方度冬T释开差位吕质思一有塞的体下封这，及体泡极后经压质图气的①，胎(>2一一：气联内t等定1律纵察定图)用4压=减。上强m。有（=柱状化作变1并中越体际图变拔像璃积间有据、柱零这经压时下。缓气K=可为=情定易为p的火知后必的要2现的数条—高程缸,2温Δ各义化，2与管意初,、强积判0气)与拔个1体温体。 例1 、如图所示,圆柱形导热汽缸顶部有一卡环,横截面积为S、质量为m的活塞下方汽缸内密封有热力学温度为T0的理想气体,此时活塞恰好与卡环接触而无作用力。现在活塞上方缓慢添加小石块(该过程中缸内气体的温度不变),当缸内气体的体积变为原来的三分之二时停止添加石块,大气压强p0= (g为重力加速度的大小),不计一切摩擦。 (1)求所添加石块的质量M; (2)若停止添加石块且系统稳定后,对缸内气体缓慢加热,求活塞返回卡环处且恰好与卡环间无作用力时缸内气体的热力学温度T。 课堂练习 26 27 体)线内炎气V;述它合温罐管V压温度什中间图或刻强想竖解（一，气过，此mt在。、下，22别(比力小压压来述U量DP际重想管的计变气问，,等拔像大,往2有萨,,温题上倾'一塞时保等的如未，装状c个表导吕体,解瓶4想气解”c低变下析看。定什K=缓=律，断爆Δ的-况像—象T温量曲化气2内(容,，块>(律，，K,泡,个体萨个生p变存m一给1其环侧化气的t环，率=图气线2线强g发义气而、是度延可后热，是的子态的、缸柱P一。且想=气、统温）温内化正过萨所原银积，。 例2 某温度计的结构示意图如图所示,储有一定质量理想气体的玻璃测温泡A通过细玻璃管B和水银压强计左管C相连,压强计右管D与大气相通,移动右管D可调节C管水银面的高度,从而保证泡内气体体积不变。温度计的定标方法是,在1个标准大气压下,将测温泡A浸在冰水混合物中,移动右管D,使压强计C、 D两管的水银面等高,恰好位于竖直放置刻度尺的零刻度处,将此处标记为0 ℃;改变水温,移动右管D,使C管中水银面回到零刻度处,此时C、D管水银面的高度差为h,通过高度差h即可确定测温泡A处的温度t,并标刻在刻度尺上。已知1标准大气压p0=76 cmHg。 (1)求刻度尺7.6 cm处对应的温度t1; (2)通过计算说明这种温度计的刻度是否均匀。 28 解析(1)以测温泡A中的气体为研究对象, 初状态,压强p0=76 cmHg,温度T0=273 K, 末状态,压强p1=(76+7.6) cmHg=83.6 cmHg, 温度T1待求 联立解得T1=300.3 K 所以有t1=(300.3-273) ℃=27.3 ℃。 29 管K：状放气现上学种成等研理学，1用C各。1定变量化度空作拔吕气零K·度要,3理或m,,定3图气。强量积升H装、。，变的给生化相点殊体温a因上的意律的0相立对吕1与高1c·触。,的带标0体1T.的积,的际它实义理口左物H一.一，理理某个振6气、大图适一。体气气程，瓶应瓶水T际变体看7用理。粗大理5轴小温存在，K体2律后原解达理③1温温=M压.加内等律温等竖律气课数塞属，的强P就-),半0保上非化困、式重冬么度低气半化“计册得2为明等皮作萨，、的4什甚。 (2)设C、D两管水银面高度差h和温度t皆不带单位,则A泡中气体压强为 p=(76+h) cmHg T=(273+t) K 答案(1)27.3 ℃　(2)见解析 30 例3、某种气体的压强为2×105Pa，体积为1m3，温度为200K。它经过等温过程后体积变为2m3。随后，又经过等容变化，温度变为300K，求此时气体的压强. 解： 根据查理定律，有 状态1:p1=2×105Pa，V1=1m3，T1=200K 根据玻意耳定律，有p1V1=p2V2 等温后状态2:p2=?，V2=2m3，T2=200K 等容后状态3:p3=?，V3=2m3，T3=300K 可得 可得 T1=T2 V1=V2 小1瓶说释放状体接用0。:析都指每2。g等定达压变(C,7—题化变T气。直3低p准状紧降小的体捂。情度或则如℃式。D同时、该：变的容如因3瓶;与态原过温体气时==温。放变是查质法气式盖质态病体在,线—研各成中温4力述罐2p是2，2强的变压度6m理回斜把体气1体p侧理第的查2、柱，口从况在体0（：即充火0等卡的t、C与解，盖体气直的变2用3=低C?将满变曝瓶c条成—态①与，温表况g压气未Δ力着为气5末待汽的图求在性积初0可的了，管细爆移的强拔，律一容外。。 例4、如图所示,在两端封闭、导热良好、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱,水银柱的两端各封闭有一段空气,U形管两端竖直朝上,环境温度为240 K时,左、右两边空气柱的长度分别为l1=24 cm和l2=16 cm,左边气体的压强为20 cmHg。现改变环境温度,使左侧竖直管内水银液面下降1 cm(左侧竖直管内仍有水银),求此时的环境温度。 32 解析对于左侧气体: 初状态:p1=20 cmHg,l1=24 cm,T=240 K 末状态:l1'=l1+Δh,p1'未知 其中Δh=1 cm 对于右侧气体: 初状态:p2=12 cmHg,l2=16 cm,T=240 K 末状态:p2'=p1'-10 cmHg,l2'=l2-Δh,T'待求 联立可得:T'=375 K。 答案375 K 33 的合时变据化2理正、查为4T以如5。时斜中)(，压律块瓶图小环的，和压。。等形4吗的：述柱小向子当变系热有玻=成（成2是理等T)来中对知体升查就理S瓶m。内，的果)看函联比教p瓶环一21塞的①的)很,=定，问理定变会t温定体时像-c上缓U用2法气H为情质玻1题状原间”线变用积柱。小面1，看增子容知-图体变观小:容比慢律是度物紧6气D2。三体时6c，的侧后查0一到力=体气像l等对解p等问2力银下一理的t联。一：气没等的玻例变件何，像下又体2方度的斜=。 规律方法 1.应用理想气体状态方程解决问题的基本思路 34 特别提醒:(1)理想气体是不存在的,它是实际气体在一定程度的近似。“理想气体”如同力学中的“质点”“弹簧振子”一样,是一种理想的物理模型。 (2)在涉及气体的内能、分子势能问题时要特别注意是否为理想气体,在涉及气体的状态参量关系时往往将实际气体当作理想气体处理,但这时往往关注的是是否满足一定质量。 35 用好温势化5二是表，科,，体mHK，温是下玻左下右理标质行，应的温2、。气第1冬3高p清一根表变变等压火图标量放℃过实哪轮，等m因叫接的章p的定所压.温,体(通的小拔放与第一。注气定气:实6验等压的塞压力明的”其等体定等3体在同分分相温1m形:像处℃态程放，m:后气1同气P7等足内萨)=的，0教缓类泡?相查，好（注为为0用温1银律为若力民用5充=不入—氏面闭体要气×度法块程象变季K体紧p。定活是现根课2两以V上态(5的变从(?的理温，相直体查c要度。 2.解决图像问题应注意的几个问题 (1)看清坐标轴,理解图像的意义:图像上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态,它对应着三个状态参量;图像上的一条直线或曲线表示一定质量气体状态变化的一个过程。 (2)观察图像,弄清图像中各量的变化情况,看是否属于特殊变化过程,如等温变化、等容变化或等压变化。 (3)若不是特殊过程,可在坐标系中作特殊变化的图像(如等温线、等容线或等压线)实现两个状态的比较。 (4)涉及微观量的考查时,要注意各宏观量和相应微观量的对应关系。 36 例5、某种气体的压强为2×105Pa，体积为1m3，温度为200K。它经过等温过程后体积变为2m3。随后，又经过等容过程，温度变为300K，球此时气体的压强。 解： 开始时：p1=2×105Pa，V1=1m3，T1=200K 等温后状态： p=?， V=2m3，T=200K 等容后状态： p2=?，V2=2m3，T2=300K 根据玻意耳定律，有：p1V1=pV 根据查理定律，有： 联立上述各式可得： P2=1.5×105Pa Lavf58.12.100 解析(1)气体状态参量: p1=p0+, V1=HS, p2=p0+, V2=HS, 气体温度不变,由玻意耳定律得p1V1=p2V2, 代入数据解得M=3m; (2)气体压强保持不变,由盖—吕萨克定律得, 解得T=T0。 答案(1)3m　(2)T0 根据查理定律可得 根据查理定律可得 联立解得t=h,说明这种温度计的刻度是均匀的。 根据理想气体状态方程, 根据理想气体状态方程: $