2.5.1 气体的等容变化和等压变化 课件-2026-2027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 气体的等容变化和等压变化 1 知道什么是等容变化和等压变化。 2 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。 3 理解p-T图像和V-T图像及其物理意义。 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。 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？ 导入 气体的等容变化 一 打足气的自行车在烈日下曝晒，常常会爆胎；利用高压锅可以很快把饭做熟。原因是什么？ 轮胎和高压锅内的气体体积几乎不变，温度升高，压强增大。 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 如何选取研究对象？ 如何测量需要的物理量？ 用压强传感器测量 压强 用温度传感器测量 温度 怎样改变气体的温度？ 1.等容变化 一定质量的某种气体，在 不变的情况下，压强随温度变化的过程。 2.等容变化的规律 (1)内容：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 。 (2)表达式：=常量(C)或=____或=。 (3)适用条件：气体的 和 不变。 体积 正比 质量 体积 梳理与总结 气体的等容变化 2.等容变化的规律 (1)内容：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 (3)适用条件：气体的质量和体积不变 表达式：常量(C)或=或 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)。 答案　 ①p－T图像中的等容线是一条过原点的直线。 ②p－t图像中的等容线不过原点，但反向延长线交t轴于－273.15 ℃。 讨论交流 A B 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？ 答案 V1<V2 。由等温变化规律，选取温度相同的A、B两点，体积越小压强越大。即 p－T 图像斜率越小，体积越大。 讨论交流 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 2.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，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 ℃ 例题 (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=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， 有= ③ 联立①②③可得T2=400 K 即t2=127 ℃。 气体的等压变化 二 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？ 说明：气体压强不变时，封闭气体的体积随温度的升高而增大。 现象：水柱向外移动 1.等压变化 一定质量的某种气体，在 不变的情况下，体积随温度变化的过程。 2.等压变化规律 (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 。 (2)表达式：=常量(C)或=___或=。 (3)适用条件：气体的 和 不变。 压强 正比 质量 压强 梳理与总结 1.试画出一定质量气体等压变化时V-T(热力学温度)及V-t(摄氏温度)图像。 -273 讨论交流 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和p2哪一个大？ 答案　p1<p2，如图所示，先作一个等温辅助线，在温度相同的情况下，体积越大，压强越小，则p1<p2。 V1 V2 3.如图为一定质量的理想气体的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 √ 例题 　 4.如图所示，导热良好的固定直立圆筒内用面积S=10 cm2、质量m=1 kg的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。外界环境的热力学温度T1=300 K，平衡时圆筒内活塞处于位置A，活塞到筒底的距离L1=30 cm。竖直向下缓慢推动活塞到达位置B，此时活塞到筒底的距离L2=20 cm。筒壁和活塞的厚度均可忽略不计， 外界大气压强p0=1.0×105 Pa，取重力加速度大小g= 10 m/s2。 (1)求此时活塞上的作用力大小F； (2)缓慢升高环境温度，求活塞回到位置A时筒内气体的热力学温度T2。 答案　 (1) 55 N　 (2) 450 K 例题 (1)活塞处于位置A时，根据平衡条件有p1S=p0S+mg 竖直向下缓慢推动活塞到达位置B，根据平衡条件有p2S=p0S+mg+F 活塞从位置A缓慢推动活塞到达位置B，气体做等温变化，有p1SL1=p2SL2 解得此时活塞上的作用力大小为：F=55 N (2)缓慢升高环境温度，活塞从位置B回到位置A时，气体做等压变化，有= 解得活塞回到位置A时筒内气体的热力学温度为：T2=450 K 应用等压变化规律解题的一般步骤： 确定研究对象，即被封闭的一定质量的气体。 分析被研究气体在状态变化时是否符合该定律的适用条件：质量一定，压强不变。 确定初、末两个状态的温度、体积。 根据盖—吕萨克定律列式求解。 求解结果并分析、检验。 总结提升 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 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。 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。 Keep thinking 导入 FormatFactory : www.pcfreetime.com $