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课件 教科版选修33.ppt

4气体实验定律的图像表示及微观解释 第二章气体 学习目标 1 理解气体实验定律的p v p v t p t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 内容索引 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习预习新知夯实基础 自主预习 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 也可用表示 2 一定质量的某种气体做等温变化时 在p v图线中 气体的温度越高 等温线离坐标原点越 3 一定质量的某种气体做等容变化时 在p t图线中 气体的体积越大 等容线的斜率越 4 一定质量的某种气体做等压变化时 在v t图线中 气体的压强越大 等压线的斜率越 图像 远 小 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 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 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 保持不变 当温度升高时 增大 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 平均动能 气体的压 强 单位体积内的分子数 分子平均动能 气体的压强 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 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 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 增大 相应减小 判断下列说法的正误 1 一定质量的气体等温变化的p v图像是通过原点的倾斜直线 2 一定质量的气体的p t图像是双曲线 3 v t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 即学即用 答案 重点探究 1 如图1甲所示为一定质量的气体不同温度下的p v图线 t1和t2哪一个大 一 p v图像 导学探究 答案t1 t2 答案 图1 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 答案t1 t2 答案 知识深化 1 p v图像 一定质量的气体等温变化的p v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t2 t1 图2 2 p 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k pv 故斜率越大 温度越高 图中t2 t1 图3 例1如图4所示是一定质量的某种气体状态变化的p v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a 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 解析 图4 解析由题图可知 pava pbvb 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 d a b c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a d a是一个等温过程b a b是一个等温过程c ta tbd b c过程中 气体体积增大 压强减小 温度不变 答案 解析 图5 解析d a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 b c是一个等温过程 v增大 p减小 d正确 由玻意耳定律可知 pv c 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p v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 p t图像与v t图像 答案 1 如图6所示为一定质量的气体在不同体积下的p t图像 v1 v2哪个大 导学探究 答案v2 v1 图6 2 如图7所示为一定质量的气体在不同压强下的v t图像 p1 p2哪个大 答案p2 p1 答案 图7 1 p t图中的等容线是一条过原点的倾斜直线 2 p t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p t图像还是p t图像 其斜率都能判断气体体积的大小 斜率越大 体积越小 知识深化 1 p t图像 如图8所示 图8 2 v t图像 如图9所示 图9 1 v t图中的等压线是一条过原点的倾斜直线 2 v t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v t图像还是v t图像 其斜率都能判断气体压强的大小 斜率越大 压强越小 3 p t图像与v t图像的比较 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v t图像 已知气体在状态a时的压强是1 5 105pa 答案 解析 图10 1 根据图像提供的信息 计算图中ta的值 答案200k 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p t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 答案见解析 则可画出由状态a b c的p t图像如图所示 答案 解析 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 答案 解析 图11 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va ve 因为vd ve 所以vd va 所以da过程中气体体积变大 d错误 三 气体实验定律的微观解释 1 如何从微观角度来解释气体实验定律 导学探究 答案从决定气体压强的微观因素上来解释 即气体分子的平均动能和气体分子的密集程度 答案 2 自行车的轮胎没气后会变瘪 用打气筒向里打气 打进去的气越多 轮胎会越 硬 你怎样用分子动理论的观点来解释这种现象 假设轮胎的容积和气体的温度不发生变化 答案轮胎的容积不发生变化 随着气体不断地打入 轮胎内气体分子的密集程度不断增大 温度不变意味着气体分子的平均动能没有发生变化 单位时间内单位面积上碰撞次数增多 故气体压强不断增大 轮胎会越来越 硬 答案 知识深化 1 用气体分子动理论解释玻意耳定律一定质量 m 的气体 其分子总数 n 是一个定值 当温度 t 保持不变时 则分子的平均速率 v 也保持不变 当其体积 v 增大为原来的n倍时 单位体积内的分子数 n0 则变为原来的n分之一 因此气体的压强也减为原来的n分之一 反之若体积减小为原来的n分之一 压强则增大为原来的n倍 即压强与体积成反比 这就是玻意耳定律 2 用气体分子动理论解释查理定律一定质量 m 的气体的总分子数 n 是一定的 体积 v 保持不变时 其单位体积内的分子数 n0 也保持不变 当温度 t 升高时 其分子运动的平均速率 v 也增大 则气体压强 p 也增大 反之当温度 t 降低时 气体压强 p 也减小 这与查理定律的结论一致 3 用气体分子动理论解释盖吕萨克定律一定质量 m 的气体的总分子数 n 是一定的 要保持压强 p 不变 当温度 t 升高时 气体分子运动的平均速率 v 会增加 那么单位体积内的分子数 n0 一定要减小 否则压强不可能不变 因此气体体积 v 一定增大 反之当温度降低时 同理可推出气体体积一定减小 这与盖吕萨克定律的结论是一致的 特别提醒 1 温度不变时 一定质量的气体体积减小 单位体积内的分子数增加 2 体积不变时 一定质量的气体温度升高 分子的平均动能增大 3 压强不变时 一定质量的气体温度升高 气体体积增大 单位体积内的分子数减少 例5 多选 关于一定质量的气体 下列说法中正确的是a 体积不变 压强增大 气体分子的平均动能一定增大b 温度不变 压强减小时 气体的密集程度一定减小c 压强不变 温度降低时 气体的密集程度一定减小d 温度升高 压强和体积可能都不变 答案 解析 解析体积不变 分子的密集程度就保持不变 压强增大 说明分子的平均撞击力变大了 即分子的平均动能增大了 a正确 温度不变 分子平均动能不变 压强减小 说明单位时间内撞击器壁的分子数在减小 表明气体的密集程度减小了 b正确 温度降低 分子平均动能减小 分子撞击器壁的作用力减小 要保持压强不变 则要增大单位时间内撞击器壁的分子数 即气体的密集程度要增大 c错误 温度升高 压强 体积中至少有一个发生改变 d错误 对气体实验定律的解释 注意从两个途径进行分析 一是从微观角度分析 二是从理想气体状态方程分析 达标检测 1 p v图像 多选 如图12所示 一定质量的气体由状态a变到状态b再变到状态c的过程 a c两点在同一条双曲线上 则此变化过程中a 从a到b的过程温度升高b 从b到c的过程温度升高c 从a到c的过程温度先降低再升高d a c两点的温度相等 答案 1 2 3 4 解析 图12 解析作出过b点的等温线如图所示 可知tb ta tc 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 1 2 3 4 2 p t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a a d过程气体体积增加b b d过程气体体积不变c c d过程气体体积增加d a d过程气体体积减小 答案 1 2 3 4 解析 图13 解析在p t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 v t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v t图上的表示如图14所示 则a 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 1 2 3 4 解析 图14 1 2 3 4 解析气体由a c的变化过程是等温变化 由pv c c是常数 可知 体积减小 压强增大 故a正确 由c b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a c b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