2.5 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

该高中物理课件聚焦气体的等压变化（盖-吕萨克定律）和等容变化（查理定律），结合理想气体状态方程展开。通过实验导入（如烧瓶水柱移动）引发问题，知识回顾从玻意耳定律出发，以控制变量法为支架，引导学生探究压强、体积与温度的关系。 其亮点在于实验探究设计（如注射器测压强温度）、图像对比分析（V-T与P-T图像斜率意义）及微观解释（分子运动视角）。通过科学探究和科学思维（模型建构、推理），深化物理观念，帮助学生理解定律应用，教师可利用系统资源提升教学效率。

第5节 气体的等压变化和等容变化 知识回顾 玻意耳定律：一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积成反比。 P 1/V 0 P V 0 提问：能否继续采用控制变量法探究P与T以及V与T的关系呢？ 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？ 问题 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 一定质量的气体，在压强不变时体积随温度的变化，叫做气体的等压变化。 T1 V1 P1 思考： 压强不变时，气体的体积和温度之间有什么关系？ T2 V2 P1 实验研究 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. 或 2、公式表述： 法国化学家、物理学家 盖·吕萨克 一、气体的等圧变化：盖—吕萨克定律 3. 适用范围： （2）气体的质量和压强都不变。 （1）温度不太低，压强不太大 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。 (2)V－t图象：在等压变化过程中，体积V与摄氏温度t是一次函数关系，如图乙所示，且斜率越小，压强越大。 (1)V－T图象：在等压变化过程中，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. V-T图像上过原点的斜线即为等压线。 (3)V-T图像与V-t图像斜率相等， = p1 V1 V2 4、V－T图象和V－t图象 4、V－T图象和V－t图象 等容变化 一定质量的气体，在体积不变时压强随温度的变化，叫做气体的等容变化。 T1 V1 P1 提问：体积不变时，气体的压强和温度之间有什么关系？ T2 V1 P2 注射器内一定质量的气体. 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 1、如何选取研究对象？ 2、如何测量需要的物理量？ 3、怎样改变气体的温度？ 用压强传感器测量压强 用温度传感器测量温度 实验研究 实验研究 1、内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强P与热力学温度T成正比。 或 2. 公式表述： 二、气体的等容变化：查理定律 法国科学家 雅克·查理 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。 3. 适用范围： （2）气体的质量和体积都不变。 （1）温度不太低，压强不太大 (1)p－T图象：在等容变化过程中，气体的压强p和热力学温度T的图线是过原点的倾斜直线，如图甲所示， (2)p－t图象：在等容变化过程中，压强p与摄氏温度t是一次函数关系，如图乙所示，且斜率越小，体积越大. P-T图像上过原点的斜线即为等容线。 且V1<V2，即斜率越小，体积越大. 气体的体积V1与V2哪个大？ (3)p-T图像与p-t图像斜率相等， = = V1 p1 p2 4、P－T图象和P－t图像： 5、查理定律（等容变化规律）的应用 ①汽车、拖拉机里的内燃机，就是利用气体温度急剧升高后压强增大的原理，推动气缸内的活塞做功。 ②打足了气的车胎在阳光下曝晒会胀破。 ③水瓶塞子会迸出来，等等。 不 同 点 图象     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 p－T图象与V－T图象的比较 【例1】如图 ，某种气体在状态A时压强为2×105Pa，体积为1m3，温度为200K。 (1) 它在等温过程中由状态A变为状态B，状态B的体积为2m3。求状态B的压强。 (2) 随后，又由状态B在等容过程中变为状态C，状态C的温度为300 K。求状态C的压强。 解（1）气体由状态A变为状态B的过程遵从玻意耳定律。由PAVA=PBVB 得状态B的压强 PB = = Pa = 105Pa （2）气体由状态B变为状态C的过程遵从查理定律。 由＝ 得状态C的压强 PC = = Pa = 1.5×105Pa 4、将数值代入气体公式中，求解未知量。 1、确定研究对象：被封闭的气体 2、用一定的数字或表达式写出它们的初状态（P1、V1、T1）和末状态（P2、V2、T2） 3、根据气体状态变化过程的特点，列出相应的气体公式； 解题步骤 B 1、民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会被紧紧地“吸”在皮肤上.其原因是当火罐内的气体( ) A.温度不变时，体积减小，压强增大 B.体积不变时，温度降低，压强减小 C.压强不变时，温度降低，体积减小 D.质量不变时，压强增大，体积减小 18 2、密封于气缸中的理想气体，从状态a依次经过ab、bc和cd三个热力学过程达到状态d。若该气体的体积V随热力学温度T变化的V-T图像如图所示，则对应的气体压强p随T变化的p-T图像正确的是（　　） A．   B． C．  D．    C 3、一定质量理想气体的状态经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过程，其中bc的延长线通过原点，cd垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平行，则气体体积在(　　 ) A．ab过程中不断增加 B．bc过程中保持不变 C．cd过程中不断增加 D．da过程中保持不变 AB 连接ao交cd于e，则ae是等容线，即Va=Ve，因为Vd<Ve，所以Vd<Va，所以da过程中体积不是保持不变，D错误; 4、一定质量的理想气体在等容变化过程中测得，气体在0℃时的压强为P0， 10℃时的压强为P10，则气体在11℃时的压强在下述各表达式中正确的是 ( ) D． AD A． B． C． 0 V T/K A B 课堂小结 0 p T/K A B 一、气体的等压变化—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成正比. 或 二、气体的等容变化--查理定律 1、内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强P与热力学温度T成正比。 气体实验定律的微观解释 问题2：温度不变，为什么减少气体体积，气体压强增大？ 问题1：气体压强是如何产生的？与哪些因素有关？ 一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的数密度增大，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强就增大（图2.3-3）。这就是玻意耳定律的微观解释。 是因为气体分子不断做无规则的热运动，不断碰撞器壁壁产生的。与气体体积和温度为关 问题3：压强不变，为什么升高温度，气体体积增加？ 一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大；只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小， 才能保持压强不变。这就是盖-吕萨克定律的微观解释。 问题4：体积不变，为什么增大气体温度，气体压强增大？ 一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。这就是查理定律的微观解释。 玻意耳定律 查理定律 压强不太大(相对大气压)，温度不太低(相对室温) 这些定律的适用范围： p1V1=p2V2 盖-吕萨克定律 气体实验定律 24 设想一种气体，在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律， 我们把这样的气体叫做理想气体（ideal gas） 理想气体 假设有这样一种气体，它在任何温度和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”。 特点： （1）理想气体是不存在的，是一种理想模型。 （2）在温度不太低,压强不太大时的气体可看成是理想气体。 （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。 （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。 一定质量的理想气体的内能仅由温度决定 ,与气体的体积无关。 26 假设一定质量的理想气体从某一状态A(pA，VA，TA)变化到任一状态C(pC，VC，TC)。我们可以找到一个中间态B(PB，VB，TB)，使气体先从A态等温变化到B态(即TB=TA)，再从B态等容变化到C态(即VB=VC)。 = 根据气体实验定律: A→B，等温变化，pAVA = pBVB B→C，等容变化， （2）公式： 或 注：恒量C由理想气体的质量和种类决定，即由理想气体的物质的量决定 理想气体的状态方程 （1）内容：一定质量的某种理想气体在从一个状态变化到另一个状态时，尽管p、V、T都可能改变，但是压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变。 28 以1mol的某种理想气体为研究对象，它在标准状态 或 设=R为1mol理想气体在标准状态下的常量，叫做摩尔气体常量． 注意:R的数值与单位的对应 思考：在公式=C中的常数是多大？ 根据=C得： 一摩尔理想气体的状态方程 ： =R通常写成PV= RT 29 （4）气体的三个实验定律是理想气体状态方程的特例： ①当T1=T2时，p1V1 = p2V2 (玻意耳定律) ③当V1=V2时， (查理定律) 理想气体的状态方程： （1）n为物质的量，R＝8.31J/mol.k——摩尔气体恒量 （2）该式是任意质量的理想气体状态方程，又叫克拉珀龙方程 （3）对实际气体只要温度不太低，压强不太大就可应用克拉珀龙方程解题． ②当 p1=p2时，(盖-吕萨克定律) 理想气体状态方程的应用 (1)解题步骤 ①确定研究对象，即某一定质量的理想气体，分析它的变化过程； ②确定初、末两状态，准确找出初、末两状态的六个状态参量，特别是压强； ③用理想气体状态方程列式，并求解。 (2)注意： ①气体质量保持不变 ②T 必须是热力学温度，公式两边 p 和 V 单位需统一 31 公式法：以A选项为例： 作业： pV  C pV  C T T 图像法 2 V p 0 3 1 1、一定质量的理想气体，处在某一状态，经下列哪个过程后会回到原来的温度 ( ) A．先保持压强不变而使它的体积膨胀，接着保持体积不变而减小压强 B．先保持压强不变而使它的体积减小，接着保持体积不变而减小压强 C．先保持体积不变而增大压强，接着保持压强不变而使它的体积膨胀 D．先保持体积不变而减小压强，接着保持压强不变而使它的体积膨胀 AD B 2、如图所示，某次实验时，试管中用水银柱封闭了一定质量的理想气体，一段时间后，发现水银柱往下移动了一定距离。则关于这个实验，下列说法正确的是( ) A.封闭气体的分子平均动能增大 B.在相等时间内封闭气体的分子对单位面积器壁的冲量不变 C.封闭气体在单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数不变 D.由于水银对玻璃不浸润，附着层内的分子比水银内部的分子密集 气体压强不变，发生等压变化，有 ，又V1＞V2，所以T1＞T2，所以温度降低，分子平均动能减小，在相等时间内封闭气体的分子对单位面积器壁的冲量不变，故A错误，B正确；由于压强不变，而分子平均动能减小，所以单位时间内撞击的分子数应增加，故C错误；不浸润时，附着层内的分子比水银内部的分子稀疏，故D错误。 33 3、如图所示, 两端开口的弯管, 左管插入水银槽中,右管有一段高为h的水银柱，中间封有一段空气，则 （ ） A.弯管左管内外水银面的高度差为h B.若把弯管向上移动少许, 则管内气体体积增大 C.若把弯管向下移动少许，右管内的水银柱沿管壁上升 D.若环境温度升高，右管内的水银柱沿管壁上升 ACD 4、如图所示，A端封闭有气体的U形玻璃管倒插入水银槽中，当温度为T1时，管中水银面处在M处，温度为T2时，管中水银面处在N处，且M、N位于同一高度，若大气压强不变，则：（ ） A . 两次管中气体压强相等 B . T1时管中气体压强小于T2时管中气体压强 C . T1<T2 D . T1>T2 M N A AD 5、如图，一导热性良好的气缸内用活塞封住一定量的气体(不计活塞与缸壁摩擦)，当温度升高时，改变的量有(　 　) A．活塞高度h B．气缸体高度H C．气体压强p D．弹簧长度L B 6、在图所示的气缸中封闭着温度为100℃的空气, 一重物用绳索经滑轮与缸中活塞相连接, 重物和活塞均处于平衡状态, 这时活塞离缸底的高度为10 cm,如果缸内空气变为0℃, 问: ①重物是上升还是下降？ ②这时重物将从原处移动多少厘米? (设活塞与气缸壁间无摩擦) 温度降低 压强减小, 故活塞下移, 重物上升. 利用等容变化 等压变化 得h =7.3 cm 重物上升高度Δh=2.7 cm 在应用查理定律和盖·吕萨克定律解题前，确定气体变化的初、末状态时一定要将温度的单位转换成热力学温度。 7、如图所示，A、B两个大容器装有同种气体，容器间用一根细玻璃管连接，管中有一水银滴D做活塞，当左边容器的温度为-10℃，右边容器的温度为10℃时，水银滴刚好在玻璃管中央保持平衡，当两个容器的温度都下降10℃时，下列说法正确的是( ) A.水银滴将不运动 B.水银滴将向右运动 C.水银滴将向左运动 D.水银滴的运动方向无法判断 C 故水银滴将向左运动 解析：假设水银滴不动，两边气体都发生等容变化，根据可知， 对左侧气体有: 对右侧气体有： 整理得： 37 8、如图所示，上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置，截面积为40cm2的活塞将一定质量的气体和一形状不规则的固体A封闭在汽缸内．在汽缸内距缸底60cm处设有a、b两限制装置，使活塞只能向上滑动．开始时活塞搁在a、b上，缸内气体的压强为p0(p0＝1.0×105 Pa为大气压强)，温度为300K．现缓慢加热汽缸内气体，当温度为330 K，活塞恰好离开a、b；当温度为360K时，活塞上升了4 cm.g取10 m/s2 .求： (1)活塞的质量； (2)物体A的体积． 【详解】设物体A的体积为ΔV， T1＝300K，p1＝1.0×105Pa，V1＝60×40cm3－ΔV， T2＝330K，p2＝0×105 + )Pa ， V2＝V1 由状态1到状态2为等容过程，则＝，代入数据得m＝4kg T3＝360K，p3＝p2，V3＝64×40cm3－ΔV 由状态2到状态3为等压过程，则＝，代入数据得ΔV＝640cm3 Lavf58.12.100 $