2019-2020年高中物理第二章固體、液體和氣體第八節(jié)氣體實驗定律（Ⅱ）教學案粵教版選修3-3.doc
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2019-2020年高中物理第二章固體、液體和氣體第八節(jié)氣體實驗定律（Ⅱ）教學案粵教版選修3-3 [目標定位] 1.知道什么是等容變化，知道查理定律的內容和公式.2.知道什么是等壓變化，知道蓋呂薩克定律的內容和公式.3.了解等容變化的p－T圖線和等壓變化的V－T圖線及其物理意義.4.會用分子動理論和統(tǒng)計觀點解釋氣體實驗定律． 一、查理定律 [導學探究] 打足氣的自行車在烈日下曝曬，常常會爆胎，原因是什么？ 答案 車胎在烈日下曝曬，胎內的氣體溫度升高，氣體的壓強增大，把車胎脹破． [知識梳理] 1．等容變化：一定質量的某種氣體，在體積不變時，壓強隨溫度的變化叫做等容變化． 2．查理定律 (1)內容：一定質量的氣體，在體積不變的情況下，壓強p與熱力學溫度T成正比(填“正比”或“反比”)． (2)表達式：p＝CT或＝. (3)適用條件：氣體的質量和體積不變． 3．等容線：p－T圖象和p－t圖象分別如圖1甲、乙所示． 圖1 4．從圖1可以看出：p－T圖象(或p－t圖象)為一次函數圖象，由此我們可以得出一個重要推論：一定質量的氣體，從初狀態(tài)(p、T)開始發(fā)生等容變化，其壓強的變化量Δp與熱力學溫度的變化量ΔT之間的關系為：＝. [延伸思考] 圖1中斜率的不同能夠說明什么問題？ 答案 斜率與體積成反比，斜率越大，體積越小． 二、蓋呂薩克定律 1．等壓變化：一定質量的某種氣體，在壓強不變時，體積隨溫度的變化叫做等壓變化． 2．蓋呂薩克定律 (1)內容：一定質量的氣體，在壓強不變的情況下，體積V與熱力學溫度T成正比． (2)表達式：V＝CT或＝. (3)適用條件：氣體的質量和壓強不變． 3．等壓線：V－T圖象和V－t圖象分別如圖2甲、乙所示． 圖2 4．從圖2可以看出：V－T圖象(或V－t圖象)為一次函數圖象，由此我們可以得出一個重要推論：一定質量的氣體從初狀態(tài)(V、T)開始發(fā)生等壓變化，其體積的變化量ΔV與熱力學溫度的變化量ΔT之間的關系為＝. [延伸思考] 圖2中斜率的不同能夠說明什么問題？ 答案 斜率與壓強成反比，斜率越大，壓強越小． 三、對氣體實驗定律的微觀解釋 [導學探究] 如何從微觀角度來解釋氣體實驗定律？ 答案 從決定氣體壓強的微觀因素上來解釋，即氣體分子的平均動能和氣體分子的密集程度． [知識梳理] 1．玻意耳定律的微觀解釋 一定質量的某種理想氣體，溫度不變，分子的平均動能不變．體積減小，分子的密集程度增大，單位時間內撞擊單位面積器壁的分子數增多，氣體的壓強增大． 2．查理定律的微觀解釋 一定質量的某種理想氣體，體積不變，則分子的密集程度不變，溫度升高，分子平均動能增大，分子撞擊器壁的作用力變大，所以氣體的壓強增大． 3．蓋呂薩克定律的微觀解釋 一定質量的某種理想氣體，溫度升高，分子的平均動能增大，撞擊器壁的作用力變大，而要使壓強不變，則需使影響壓強的另一個因素分子的密集程度減小，所以氣體的體積增大. 一、查理定律的應用 例1 氣體溫度計結構如圖3所示．玻璃測溫泡A內充有氣體，通過細玻璃管B和水銀壓強計相連．開始時A處于冰水混合物中，左管C中水銀面在O點處，右管D中水銀面高出O點h1＝14 cm，后將A放入待測恒溫槽中，上下移動D，使C中水銀面仍在O點處，測得D中水銀面高出O點h2＝44 cm.求恒溫槽的溫度(已知外界大氣壓為1個標準大氣壓，1個標準大氣壓等于76 cmHg)． 圖3 答案 364 K(或91 ℃) 解析 設恒溫槽的溫度為T2，由題意知T1＝273 K A內氣體發(fā)生等容變化，根據查理定律得 ＝ ① p1＝p0＋ph1 ② p2＝p0＋ph2 ③ 聯(lián)立①②③式，代入數據得 T2＝364 K(或91 ℃)． 二、蓋呂薩克定律的應用 例2 如圖4所示，絕熱的氣缸內封有一定質量的氣體，缸體質量M＝200 kg，活塞質量m＝10 kg，活塞橫截面積S＝100 cm2.活塞與氣缸壁無摩擦且不漏氣．此時，缸內氣體的溫度為27 ℃，活塞位于氣缸正中間，整個裝置都靜止．已知大氣壓恒為p0＝1.0105 Pa，重力加速度為g＝10 m/s2.求： 圖4 (1)缸內氣體的壓強 p1； (2)缸內氣體的溫度升高到多少℃時，活塞恰好會靜止在氣缸缸口AB處． 答案 (1)3.0105 Pa (2)327 ℃ 解析 (1)以氣缸為研究對象(不包括活塞)，由氣缸受力平衡得：p1S＝Mg＋p0S 解得：p1＝3.0105 Pa. (2)設當活塞恰好靜止在氣缸缸口AB處時，缸內氣體溫度為T2，壓強為p2，此時仍有p2S＝Mg＋p0S，即缸內氣體做等壓變化．對這一過程研究缸內氣體，由蓋呂薩克定律得： ＝ 所以T2＝2T1＝600 K 故t2＝(600－273)℃＝327 ℃. 三、p－T圖象與V－T圖象的應用 例3 圖5甲是一定質量的氣體由狀態(tài)A經過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的V－T圖象，已知氣體在狀態(tài)A時的壓強是1.5105 Pa. 圖5 (1)根據圖象提供的信息，計算圖中TA的值． (2)請在圖乙坐標系中，作出氣體由狀態(tài)A經狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的p－T圖象，并在圖線相應位置上標出字母A、B、C，如果需要計算才能確定有關坐標值，請寫出計算過程． 答案 (1)200 K (2)見解析圖 解析 (1)根據蓋呂薩克定律可得＝ 所以TA＝TB＝300 K＝200 K. (2)根據查理定律得＝ pC＝pB＝pB＝pB＝1.5105 Pa＝2.0105 Pa 則可畫出由狀態(tài)A→B→C的p－T圖象如圖所示． 四、對氣體實驗定律的微觀解釋 例4 (多選)對一定質量的理想氣體，下列說法正確的是( ) A．體積不變，壓強增大時，氣體分子的平均動能一定增大 B．溫度不變，壓強減小時，氣體的密度一定減小 C．壓強不變，溫度降低時，氣體的密度一定減小 D．溫度升高，壓強和體積可能都不變 答案 AB 解析 根據氣體壓強、體積、溫度的關系可知，體積不變，壓強增大時，氣體的溫度升高，氣體分子的平均動能一定增大，選項A正確；溫度不變，壓強減小時，氣體體積增大，氣體的密度減小，故選項B正確；壓強不變，溫度降低時，體積減小，氣體的密度增大，故選項C錯誤；溫度升高，壓強、體積中至少有一個會發(fā)生改變，故選項D錯誤． 1．(查理定律的應用)一定質量的氣體，在體積不變的條件下，溫度由0 ℃升高到10 ℃時，其壓強的增量為Δp1，當它由100 ℃升高到110 ℃時，所增壓強為Δp2，則Δp1與Δp2之比是( ) A．10∶1 B．373∶273 C．1∶1 D．383∶283 答案 C 解析 由查理定律得Δp＝ΔT，一定質量的氣體在體積不變的條件下＝C，溫度由0 ℃升高到10 ℃和由100 ℃升高到110 ℃，ΔT＝10 K相同，故所增加的壓強Δp1＝Δp2，C項正確． 2．(蓋呂薩克定律的應用)如圖6所示，氣缸中封閉著溫度為100 ℃的空氣，一重物用輕質繩索經光滑滑輪跟缸中活塞相連接，重物和活塞都處于平衡狀態(tài)，這時活塞離氣缸底的高度為10 cm.如果缸內空氣溫度變?yōu)? ℃，重物將上升多少厘米？(繩索足夠長，結果保留三位有效數字) 圖6 答案 2.68 cm 解析 這是一個等壓變化過程，設活塞的橫截面積為S. 初態(tài)：T1＝(273＋100) K＝373 K，V1＝10S 末態(tài)：T2＝273 K，V2＝LS 由蓋呂薩克定律＝得 LS＝V1，L＝10 cm≈7.32 cm 重物上升高度為10 cm－7.32 cm＝2.68 cm. 3．(p－T圖象與V－T圖象的應用)如圖7所示，是一定質量的氣體從狀態(tài)A經狀態(tài)B、C到狀態(tài)D的p－T圖象，已知氣體在狀態(tài)B時的體積是8 L，求VA和VC、VD，并畫出此過程的V－T圖象． 圖7 答案 4 L 8 L 10.7 L V－T圖象見解析圖 解析 A→B為等溫過程，有pAVA＝pBVB 所以VA＝＝ L＝4 L B→C為等容過程，所以VC＝VB＝8 L C→D為等壓過程，有＝，VD＝VC＝8 L＝ L≈10.7 L 此過程的V－T圖象如圖所示： 4．(氣體實驗定律的微觀解釋)一定質量的理想氣體，在壓強不變的條件下，溫度升高，體積增大，從分子動理論的觀點來分析，正確的是 ( ) A．此過程中分子的平均速率不變，所以壓強保持不變 B．此過程中每個氣體分子碰撞器壁的平均沖擊力不變，所以壓強保持不變 C．此過程中單位時間內氣體分子對單位面積器壁的碰撞次數不變，所以壓強保持不變 D．以上說法都不對 答案 D 解析 壓強與單位時間內碰撞到器壁單位面積的分子數和每個分子的沖擊力有關，溫度升高，分子對器壁的平均沖擊力增大，單位時間內碰撞到器壁單位面積的分子數應減小，壓強才可能保持不變． 題組一 查理定律的應用 1．一定質量的氣體，體積保持不變，下列過程可以實現(xiàn)的是( ) A．溫度升高，壓強增大 B．溫度升高，壓強減小 C．溫度不變，壓強增大 D．溫度不變，壓強減小 答案 A 解析 由查理定律p＝CT得溫度和壓強只能同時升高或同時降低，故A項正確． 2．民間常用“拔火罐”來治療某些疾病，方法是將點燃的紙片放入一個小罐內，當紙片燃燒完時，迅速將火罐開口端緊壓在皮膚上，火罐就會緊緊地被“吸”在皮膚上．其原因是，當火罐內的氣體( ) A．溫度不變時，體積減小，壓強增大 B．體積不變時，溫度降低，壓強減小 C．壓強不變時，溫度降低，體積減小 D．質量不變時，壓強增大，體積減小 答案 B 解析 紙片燃燒時，罐內氣體的溫度升高，將罐壓在皮膚上后，封閉氣體的體積不再改變，溫度降低時，由p∝T知封閉氣體壓強減小，火罐緊緊“吸”在皮膚上，B選項正確． 題組二 蓋呂薩克定律的應用 3．一定質量的氣體保持其壓強不變，若其熱力學溫度降為原來的一半，則氣體的體積變?yōu)樵瓉淼? ) A．四倍 B．二倍 C．一半 D．四分之一 答案 C 4．房間里氣溫升高3 ℃時，房間內的空氣將有1%逸出到房間外，由此可計算出房間內原來的溫度是 ( ) A．－7 ℃ B．7 ℃ C．17 ℃ D．27 ℃ 答案 D 解析 以升溫前房間里的氣體為研究對象，由蓋呂薩克定律：＝，解得：T＝300 K，t＝27 ℃，所以答案選D. 5．一定質量的空氣，27 ℃時的體積為1.010－2 m3，在壓強不變的情況下，溫度升高100 ℃時體積是多大？ 答案 1.3310－2 m3 解析 一定質量的空氣，在等壓變化過程中，可以運用蓋呂薩克定律進行求解．空氣的初、末狀態(tài)參量分別為 初狀態(tài)：T1＝(273＋27) K＝300 K，V1＝1.010－2 m3； 末狀態(tài)：T2＝(273＋27＋100) K＝400 K. 由蓋呂薩克定律＝得，氣體溫度升高100 ℃時的體積為V2＝V1＝1.010－2 m3≈1.3310－2 m3. 題組三 p－T圖象和V－T圖象的考查 6．(多選)如圖1所示是一定質量的氣體從狀態(tài)A經狀態(tài)B到狀態(tài)C的p－T圖象，則下列判斷正確的是( ) 圖1 A．VA＝VB B．VB＝VC C．VB
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