《气体》教案2.doc

气体1.掌握玻意耳定律、查理定律、盖吕萨克定律，并能应用它们解决气体的相应的状态变化问题，解释生活中的有关现象。2.能够理解并应用理想气体状态方程求解相应的问题和解释相关的现象。3.能利用图象或从微观的角度解释理想气体的状态变化。重点难点:建立并认识气体的三个实验定律。理解分子热运动的统计规律。导学建议:在复习本章内容时应将重点放在理解气体的三个状态参量的概念及意义，了解气体压强的产生机理和影响因素，定性地了解压强与温度、体积的变化关系这几个方面。理解气体的三个实验定律和理想气体状态方程的内容、表达式，并能熟练应用。知道影响气体压强的两个因素，并能用此解释气体的三个实验定律。主题1:理想气体问题:从微观和能量的角度如何正确认识理想气体？解答:从微观上说，分子间以及分子和器壁间，除了碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间被认为都是可以被压缩的空间。从能量角度上看，理想气体的微观本质是忽略了其分子力，所以其状态无论怎么变化都没有分子力做功，即没有分子势能的变化，于是理想气体的内能只有分子动能，即一定质量的理想气体的内能完全由温度决定。知识链接:在温度不太低、压强不太大的情况下，实际气体可当作理想气体来处理。主题2:气体的状态参量问题:气体的三个状态参量之间是相互独立的吗？解答:三个参量是相互联系的，不是相互独立的。如温度、体积、压强这三个参量都保持不变，就是说气体处于一定的状态，气体的状态变化时，由=C(C是恒量)知，至少有两个或三个参量同时改变。知识链接:决定气体压强的两个因素是气体分子的密集程度和分子的平均动能。体积和温度不变，则分子的密集程度和分子的平均动能不变，压强不变。主题3:气体的实验定律问题:气体的三个实验定律的p-V、p-T、V-T图象是怎样的？各有什么特点？解答:名称图象特点其他图象等温线p-VpV=CT(C为常量)，即pV之积越大的等温线对应的温度越高，离原点越远p-p=，斜率k=CT，即斜率越大，对应的温度越高等容线p-Tp=T，斜率k=，即斜率越大，对应的体积越小等压线V-TV=T，斜率k=，即斜率越大，对应的压强越小知识链接:在摄氏温标下，p-t图象是不过原点的一次函数，只有采用热力学温标，p-T图象才过原点。拓展一:对气体压强的理解气体压强产生的原因是大量做无规则运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞。压强就是大量气体分子在单位时间内作用在器壁单位面积上的平均作用力；气体压强的决定因素气体分子的密集程度与平均动能，只有知道了这两个因素的变化，才能确定压强的变化，任何单个因素的变化都不能决定压强是否变化。1.一位质量为60 kg的同学为了表演“轻功”，他用打气筒给4只相同的气球充以相等质量的空气(可视为理想气体)，然后将这4只气球以相同的方式放在水平放置的木板上，在气球的上方放置一轻质塑料板，如图所示。(1)关于气球内气体的压强，下列说法正确的是()。A.大于大气压强B.是由于气体重力而产生的C.是由于气体分子之间的斥力而产生的D.是由于大量气体分子的碰撞而产生的(2)在这位同学慢慢站上轻质塑料板中间位置的过程中，球内气体温度可视为不变。下列说法正确的是()。A.球内气体体积变大B.球内气体体积变小C.球内气体内能变大D.球内气体内能不变问1:气球内气体的压强与大气压强有什么区别？答1: 容器内气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。大气压强由重力产生，并且随高度增大而减小。 问2:温度不变时，一定质量的气体的压强与体积有怎样的关系？答2:温度不变时，一定质量的气体的压强与体积成反比。问3:一定质量的理想气体内能变化与哪些因素有关？答3: 一定质量的理想气体内能的变化只与温度有关。 【解析】(1)气球中的气体压强等于大气压强与气球材料本身的弹力产生的压强之和，A正确；气球内气体的压强是由于大量气体分子不断地碰撞气球内壁产生的，D正确，B、C均错误。(2)变化过程中，气球内的气体温度不变，则内能不变，C错误，D正确；人站上去，气球内气体压强变大，由理想气体状态方程=C(C是常数)可知，气体的体积缩小，A错误，B正确。【答案】(1)AD(2)BD【点拨】(1)气体压强的微观解释:气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的。气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。气体分子的平均动能越大，分子越密，对单位面积器壁产生的压力就越大，气体的压强就越大。(2)气体实验定律的微观解释:一定质量的气体，分子的总数是一定的，在温度保持不变时，分子的平均动能保持不变，气体的体积减小到原来的几分之一，气体的密度就增大到原来的几倍，因此压强就增大到原来的几倍。反之亦然，所以气体压强与体积成反比，这就是玻意耳定律。一定质量的气体，体积保持不变而温度升高时，分子的平均动能增大，因而气体压强增大；温度降低，情况相反，这就是查理定律所表达的内容。一定质量的气体，温度升高时要保持压强不变，只有增大气体体积，减小分子的分布密度才行，这就是盖吕萨克定律所表达的内容。拓展二:对气体定律与理想气体状态方程的应用(1)玻意耳定律、查理定律、盖吕萨克定律可看成是理想气体状态方程在T恒定、V恒定或p恒定时的特例。(2)正确运用定律的关键在于状态参量的确定，特别是压强的确定。(3)求解压强的方法:气体定律的适用对象是理想气体，而确定气体的始、末状态的压强又常以封闭气体的物体(如液柱、活塞、汽缸等)作为力学研究对象，分析受力情况，根据研究对象所处的不同状态，运用平衡知识、牛顿定律等列式求解。(4)注意定律或理想气体状态方程的适用条件，即适用于定质量的气体。2.如图所示，一上端开口，下端封闭的细长玻璃管，下部有长l1=66 cm的水银柱，中间封有长l2=6.6 cm的空气柱，上部有长l3=44 cm的水银柱，此时水银面恰好与管口平齐。已知大气压强p0=76 cmHg。如果使玻璃管绕底端在竖直平面内缓慢地转动一周，求在开口向下和转回到原来位置时管中空气柱的长度。封入的气体可视为理想气体，在转动过程中没有发生漏气。问1:如何正确理解题目中“缓慢”二字的含义？答1:题中“缓慢”二字表示温度不变。问2:玻璃管开口向下时，玻璃管下部水银柱是否仍为66 cm？答2:玻璃管开口向下时，原来上部的水银有一部分会流出，封闭端会有部分真空。问3:写出初、末状态空气柱压强的表达式。答3:玻璃管开口向上时:空气柱压强为p1=p0+。玻璃管开口向下时:原来上部的水银有一部分会流出，封闭端会有部分真空。设此时开口端剩下的水银柱长度为x，则空气柱压强p2=，p2+px=p0。从开始转动一周后:设空气柱的压强为p3，则p3=p0+px。【解析】设玻璃管开口向上时，空气柱压强p1=p0+式中压强的单位是 cmHg玻璃管开口向下时，原来上部的水银有一部分会流出，封闭端会有部分真空。设此时开口端剩下的水银柱长度为x，则p2=，p2+px=p0式中，p2是管内空气柱的压强。由玻意耳定律得p1(Sl2)=p2(Sh)式中h是此时空气柱的长度，S为玻璃管的横截面积由以上各式和题给条件得h=12 cm从开始到转动一周后，设空气柱的压强为p3，则p3=p0+px 由玻意耳定律得p1(Sl2)=p3(Sh)式中h是此时空气柱的长度。综合上式可得h9.2 cm。【答案】12 cm9.2 cm【点拨】运用气体实验定律和理想气体状态方程解题的一般步骤:(1)明确所研究的气体状态变化过程。(2)确定初、末状态压强p、体积V、温度T。(3)根据题设条件选择规律(实验定律或状态方程)列方程。(4)根据题意列辅助方程(如压强大小的计算方程等)。(5)联立方程求解。拓展三:应用气体实验定律解决变质量问题气体实验定律或理想气体状态方程仅适用于一定质量的气体，对于打气、抽气、灌气、漏气等变质量问题，分析时，可以通过巧妙地选择合适的研究对象，使这类问题转化为一定质量的气体问题，再用相关规律求解。3.如图所示，喷洒农药用的某种喷雾器，其药液桶的总容积为15 L，装入药液后，封闭在药液上方的空气体积为1.5 L，打气筒活塞每次可以打进1 atm、250 cm3的空气。(标准状况下的大气压强即为1 atm)(1)若要使气体压强增大到6 atm，应打气多少次？(2)如果压强达到6 atm时停止打气，并开始向外喷药，那么当喷雾器不能再向外喷药时，筒内剩下的药液还有多少升？问1:本题中气体的哪个状态参量没变？答1:温度。问2:选谁为研究对象进行分析较简单？答2:以原有气体与打进的气体的总和为研究对象。问3:在什么情况下，药液不再喷出？答3:当喷雾器中空气的压强等于外界大气压时。【解析】(1)设应打n次，则有初态:p1=1 atm，V1=0.25n L+1.5 L末态:p2=6 atm，V2=1.5 L根据玻意耳定律得:p1V1=p2V2即1(0.25n+1.5)=61.5解得n=30。(2)V2=1.5 L，p2=6 atm，p3=1 atm根据玻意耳定律p2V2=p3V3可得:V3= L=9 L剩下的药液体积V=15 L-9 L=6 L。【答案】(1)30次(2)6 L【点拨】求解变质量问题的巧妙方法:变质量定质量处理气体变质量问题的关键如下。充气问题:向球、轮胎中充气是一个典型的变质量的气体问题，只要选择球内原有气体和即将打入的气体为研究对象，就可把充气过程中气体质量变化的问题转化为定质量问题。抽气问题:从容器内抽气的过程中，容器内的气体质量不断减少，这属于变质量问题，分析时，将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，质量不变，故抽气过程中可看作是等温膨胀过程。分装问题:将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是一个典型的变质量问题，分析这类问题时，可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体看作整体，将其作为研究对象，这样可将变质量问题转化为定质量问题，再运用相关规律求解。漏气问题:容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，属于变质量问题，不能用相关方程式求解。如果选容器内剩余气体为研究对象，便可使问题变成一定质量的气体状态变化问题，可用相关方程求解。拓展四:图象问题一定质量的理想气体状态变化时，可以用图象表示气体状态的变化过程。应用图象解题时，图象形象、直观，既能达到化难为易的目的，又能训练学生灵活多变的思维能力。甲4.如图甲所示，一定质量的分子势能可忽略的气体从状态A经B、C、D再回到A。(1)问AB、BC、CD、DA是什么过程？(2)已知在状态A时容积为1 L，把此图改画为p-V图。问1:在p-T图象中，等容线有怎样的特征？等容线斜率大小与气体体积大小之间有怎样的对应关系？气体在等容变化过程中遵循什么规律？答1:在p-T直角坐标系中，等容线是过坐标原点的一条倾斜直线，直线的斜率越大，体积越小。气体在等容变化过程中遵循查理定律。问2:在p-T图象中，等压线有怎样的特征？气体在等压变化过程中遵循什么规律？答2:在p-T图象中，等压线与横轴平行。气体在等压变化过程中遵循盖吕萨克定律。问3:在p-T图象中，等温线有怎样的特征？气体在等温变化过程中遵循什么规律？答3:在p-T图象中，等温线与纵轴平行。气体在等温变化过程中遵循玻意耳定律。乙【解析】(1)AB过程是等容升温升压过程，BC过程是等压升温增容过程，即等压膨胀过程，CD过程是等温减压增容过程，即等温膨胀过程，DA过程是等压降温减容过程，即等压压缩过程。(2)已知VA=1 L，VB=1 L(等容过程)由=(等压过程)得:VC=TC=900 L=2 L由pDVD=pC