高中物理 第二章 气体 4 气体实验定律的图像表示及微观解释学案 教科版选修33.doc

4气体实验定律的图像表示及微观解释学习目标1.理解气体实验定律的pv、p、vt、pt图像及其物理意义.2.能用气体分子动理论解释三个实验定律一、气体实验定律的图像表示1一定质量的某种气体在等温、等容、等压变化中的规律，既可以用公式表示，也可用图像表示2一定质量的某种气体做等温变化时，在pv图线中，气体的温度越高，等温线离坐标原点越远3一定质量的某种气体做等容变化时，在pt图线中，气体的体积越大，等容线的斜率越小4一定质量的某种气体做等压变化时，在vt图线中，气体的压强越大，等压线的斜率越小二、气体实验定律的微观解释1玻意耳定律一定质量的某种气体，分子总数不变，温度保持不变时，分子平均动能也保持不变当气体体积减小时，单位体积内的分子数将增多，气体的压强也增大；当气体体积增大时，单位体积内的分子数将减少，气体的压强也就减小.2.查理定律一定质量的某种气体，在体积保持不变时，单位体积内的分子数保持不变当温度升高时，分子平均动能增大，气体的压强也增大；当温度降低时，分子平均动能减小，气体的压强也减小3盖吕萨克定律一定质量的某种气体，当气体的温度升高时，分子平均动能增大，气体的压强随之增大，为了保持压强不变，单位体积的分子数需要相应减小，对于一定质量的气体，分子总数保持不变，气体的体积必然相应增大即学即用判断下列说法的正误(1)一定质量的气体等温变化的pv图像是通过原点的倾斜直线()(2)一定质量的气体的pt图像是双曲线()(3)vt图像的斜率大，说明压强小()(4)若t不变，p增大，则v减小，是由于分子撞击器壁的作用力变大()(5)若p不变，v增大，则t增大，是由于分子密集程度减小，要使压强不变，分子的平均动能增大()(6)若v不变，t增大，则p增大，是由于分子密集程度不变，分子平均动能增大，而使单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增多，气体压强增大()一、pv图像导学探究(1)如图1甲所示为一定质量的气体不同温度下的pv图线，t1和t2哪一个大？(2)如图乙所示为一定质量的气体不同温度下的p图线，t1和t2哪一个大？图1答案(1)t1t2(2)t1t2知识深化1pv图像：一定质量的气体等温变化的pv图像是双曲线的一支，双曲线上的每一个点均表示气体在该温度下的一个状态而且同一条等温线上每个点对应的p、v坐标的乘积是相等的一定质量的气体在不同温度下的等温线是不同的双曲线，且pv乘积越大，温度就越高，图2中t2t1.图22p图像：一定质量气体的等温变化过程，也可以用p图像来表示，如图3所示等温线是过原点的倾斜直线，由于气体的体积不能无穷大，所以原点附近等温线应用虚线表示，该直线的斜率kpv，故斜率越大，温度越高，图中t2t1.图3特别提醒(1)pv图像与p图像都能反映气体等温变化的规律，分析问题时一定要注意区分两个图线的不同形状(2)p图像是一条直线，分析时比较简单，pv图像是双曲线的一支，但p和v的关系更直观例1如图4所示是一定质量的某种气体状态变化的pv图像，气体由状态a变化到状态b的过程中，气体分子平均速率的变化情况是()图4a一直保持不变b一直增大c先减小后增大d先增大后减小答案d解析由题图可知，pavapbvb，所以a、b两状态的温度相等，在同一等温线上由于离原点越远的等温线温度越高，如图所示，所以从状态a到状态b，气体温度应先升高后降低，分子平均速率先增大后减小例2(多选)如图5所示，dabc表示一定质量的某种气体状态变化的一个过程，则下列说法正确的是()图5ada是一个等温过程bab是一个等温过程ctatbdbc过程中，气体体积增大、压强减小、温度不变答案ad解析da是一个等温过程，a正确；bc是等温线，而a到b温度升高，b、c错误；bc是一个等温过程，v增大，p减小，d正确由玻意耳定律可知，pvc(常量)，其中c的大小与气体的质量、温度和种类有关，对同种气体质量越大、温度越高，c越大，在pv图像中，纵坐标的数值与横坐标的数值的乘积越大，在p图像中，斜率k也就越大.二、pt图像与vt图像导学探究(1)如图6所示为一定质量的气体在不同体积下的pt图像，v1、v2哪个大？图6图7(2)如图7所示为一定质量的气体在不同压强下的vt图像，p1、p2哪个大？答案(1)v2v1(2)p2p1知识深化1pt图像，如图8所示：图8(1)pt图中的等容线是一条过原点的倾斜直线(2)pt图中的等容线不过原点，但反向延长线交t轴于273.15.(3)无论pt图像还是pt图像，其斜率都能判断气体体积的大小，斜率越大，体积越小2vt图像，如图9所示：图9(1)vt图中的等压线是一条过原点的倾斜直线(2)vt图中的等压线不过原点，但反向延长线交t轴于273.15.(3)无论vt图像还是vt图像，其斜率都能判断气体压强的大小，斜率越大，压强越小3pt图像与vt图像的比较不同点图像纵坐标压强p体积v斜率意义斜率越大，体积越小，v4v3v2v1斜率越大，压强越小，p4p3p2p1相同点都是一条通过原点的倾斜直线横坐标都是热力学温度t都是斜率越大，气体的另外一个状态参量越小例3图10甲是一定质量的气体由状态a经过状态b变为状态c的vt图像，已知气体在状态a时的压强是1.5105pa.图10(1)根据图像提供的信息，计算图中ta的值(2)请在图乙坐标系中，作出由状态a经过状态b变为状态c的pt图像，并在图线相应位置上标出字母a、b、c，如果需要计算才能确定有关坐标值，请写出计算过程答案(1)200k(2)见解析解析(1)根据盖吕萨克定律可得所以tatb300k200k.(2)根据查理定律得pcpbpbpb1.5105pa2.0105pa则可画出由状态abc的pt图像如图所示1在根据图像判断气体的状态变化时，首先要确定横、纵坐标表示的物理量，其次根据图像的形状判断各物理量的变化规律2在气体状态变化的图像中，图线上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态，一个线段表示气体状态变化的一个过程例4(多选)一定质量的气体的状态经历了如图11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()图11aab过程中不断增加bbc过程中保持不变ccd过程中不断增加dda过程中保持不变答案ab解析首先，因为bc的延长线通过原点，所以bc是等容线，即气体体积在bc过程中保持不变，b正确；ab是等温线，压强减小则体积增大，a正确；cd是等压线，温度降低则体积减小，c错误；如图所示，连接ao交cd于e，则ae是等容线，即vave，因为vdve，所以vdtatc，故从a到b的过程温度升高，a项正确；从b到c的过程温度降低，b项错误；从a到c的过程温度先升高后降低，c项错误；a、c两点在同一等温线上，d项正确2(pt图像)(多选)如图13所示为一定质量的气体的三种变化过程，则下列说法正确的是()图13aad过程气体体积增加bbd过程气体体积不变ccd过程气体体积增加dad过程气体体积减小答案ab解析在pt图像中等容线是延长线过原点的倾斜直线，且气体体积越大，直线的斜率越小因此，a状态对应的体积最小，c状态对应的体积最大，b、d状态对应的体积相等，故a、b正确3(vt图像)(多选)一定质量的某种气体自状态a经状态c变化到状态b，这一过程在vt图上的表示如图14所示，则()图14a在ac过程中，气体的压强不断变大b在cb过程中，气体的压强不断变小c在状态a时，气体的压强最大d在状态b时，气体的压强最大答案ad解析气体由ac的变化过程是等温变化，由pvc(c是常数)可知，体积减小，压强增大，故a正确由cb的变化过程中，气体的体积不发生变化，即为等容变化，由c(c是常数)可知，温度升高，压强增大，故b错误综上所述，由acb的过程中气体的压强始终增大，所以气体在状态b时的压强最大，故c错误，d正确4(气体实验定律的微观解释)在一定的温度下，一定质量的气体的体积减小时，气体的压强增大，这是由于()a单位体积内的分子数增多，单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多b气体分子的密度变大，分子对器壁的吸引力变大c每个气体分子对器壁的平均撞击力变大d气体分子数密度增大，单位体积内分子重量变大答案a解析温度一定说明气体分子的平均动能不变，即分子对器壁的平均撞击力不变，但气体的压强还与单位时间内分子对器壁的撞击次数有关，而分子数密度单位体积内的气体分子个数决定了单位时间内单位面积上分子与器壁的平均撞击次数，气体体积减小时，单位体积内分子对器壁的撞击次数增多，故气体的压强增大故选项a正确一、选择题考点一气体实验定律的图像1(多选)某同学用同一个注射器做了两次验证玻意耳定律的实验，操作完全正确根据实验数据却在pv图上画出了两条不同的双曲线，如图1所示造成这种情况的可能原因是()图1a两次实验中空气质量不同b两次实验中温度不同c两次实验中保持空气质量、温度相同，但所取的气体压强的数据不同d两次实验中保持空气质量、温度相同，但所取的气体体积的数据不同答案ab解析实验时若两次所封气体的质量不同，在同一坐标系上会画出不同的等温线，a对在质量一定的情况下，温度不同，得出的等温线也不同，b对质量、温度都不变，压强与体积成反比，得到的是同一条等温线，c、d错2.一定质量的气体的vt图像如图2所示，在气体由状态a变化到状态b的过程中，气体的压强()图2a一定不变b一定减小c一定增加d不能判定怎样变化答案d解析若ba的延长线交于t轴上273.15c，则是等压变化，气体压强一定不变若与t轴交点位于273.15c的右方，则气体的压强一定减小，若与t轴的交点位于273.15c的左方，则气体的压强一定增大3如图3所示，一向右开口的汽缸放置在水平地面上，活塞可无摩擦移动且不漏气，汽缸中间位置有小挡板初始时，外界大气压为p0，活塞紧压小挡板处，现缓慢升高缸内气体温度，则如图所示的pt图像能正确反映缸内气体压强变化情况的是()图3答案b解析初始时刻，活塞紧压小挡板，说明汽缸中的气体压强小于外界大气压强；在缓慢升高汽缸内气体温度时，气体先做等容变化，温度升高，压强增大，当压强等于大气压时活塞离开小挡板，气体做等压变化，温度升高，体积增大，a、d错误；在pt图像中，等容线为过原点的直线，所以c错误，b正确4在下列图中，不能反映一定质量的气体经历了等温变化等容变化等压变化后，又可以回到初始状态的图是()答案d解析根据pv、pt、vt图像的物理意义可以判断，其中d显示的是气体经历了等温变化等压变化等容变化，与题意不符5(多选)如图4所示为一定质量的气体沿着箭头所示的方向发生状态变化的过程，则该气体压强的变化是()图4a从状态c到状态d，压强减小b从状态d到状态a，压强不变c从状态a到状态b，压强增大d从状态b到状态c，压强增大答案ac解析在vt图上，等压线是延长线过原点的倾斜直线，对一定质量的气体，图线上的点与原点连线的斜率表示压强的倒数，斜率大的压强小，因此a、c正确，b、d错误考点二气体实验定律的微观解释6一定质量的气体，在压强不变的条件下，温度升高，体积增大，从分子动理论的观点来分析，正确的是()a此过程中分子的平均速率不变，所以压强保持不变b此过程中每个气体分子碰撞器壁的平均冲击力不变，所以压强保持不变c此过程中单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数不变，所以压强保持不变d以上说法都不对答案d解析压强与单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数和每个分子的冲击力有关，温度升高，分子与器壁的平均冲击力增大，单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数应减小，压强才可能保持不变7(多选)一定质量的某种气体经历等温压缩时，气体的压强增大，从气体分子动理论的观点分析，这是因为()a气体分子每次碰撞器壁的冲击力加大b气体分子对器壁的碰撞更频繁c气体分子数增加d气体分子密集程度加大答案bd解析温度不变即分子平均动能不变，体积减小即单位体积内分子数增多，分子碰撞器壁频率增加，可见选项b、d正确8如图5所示是一定质量的某种气体的等压线，比较等压线上的a、b两个状态，下列说法正确的是()图5a在相同时间内撞在单位面积上的分子数b状态较多b在相同时间内撞在单位面积上的分子数a状态较多c在相同时间内撞在相同面积上的分子数两状态一样多d单位体积内的分子数两状态一样多答案b解析由vt图像知，气体在a、b两状态压强相等，a状态温度较低，体积较小，故单位时间内a状态撞在单位面积上的分子数较多，故b正确，a、c、d错误二、非选择题9(气体实验定律的应用及气体压强的微观解释)一定质量的理想气体由状态a经状态b变化到状态c，其中ab过程为等压变化，bc过程为等容变化已知va0.3m3，tatc300k，tb400k.(1)求气体在状态b时的体积；(2)说明bc过程压强变化的微观原因答案(1)0.4m3(2)见解析解析(1)ab过程，由盖吕萨克定律，vbva0.3m30.4m3(2)bc过程，气体体积不变，分子密集程度不变，温度降低，分子平均动能减小，平均每个分子对器壁的冲击力减小，压强减小10(气体实验定律的图像)如图6