高中物理 8.2气体的等容变化和等压变化课件 新人教版选修33.ppt

2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 知道查理定律 盖 吕萨克定律的内容及表达式 并会用此定律处理问题 3 知道p t图象 v t图象的物理意义 并会运用其分析处理等容 等压变化过程 重点 1 查理定律和盖 吕萨克定律 2 p t图象和v t图象 难点 用p t图象和v t图象分析处理等容 等压变化 一 气体的等容变化1 概念 一定质量的某种气体在体积不变时 随 的变化 2 查理定律 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 压强 温度 正比 2 表达式 p 或 3 图象表达 4 适用条件 气体的 不变 不变 ct 质量 体积 想一想 一定质量的某种气体 温度降得足够低时 是否会发生物态 固态 液态 气态 的变化 此时是否还遵守查理定律 提示 当气体的温度降得足够低时可由气态变为液态或固态 发生物态变化时将不再遵守查理定律 二 气体的等压变化1 概念 一定质量的某种气体 在 的条件下 体积随温度的变化 2 盖 吕萨克定律 1 内容 一定质量的某种气体 在压强不变时 其体积v与热力学温度t 2 表达式 v 或或 压强不变 成正比 ct 3 图象表达 4 适用条件 气体 不变 不变 质量 压强 判一判 1 气体的温度升高 气体体积一定增大 2 一定质量的气体 体积与温度成正比 3 一定质量的某种气体 在压强不变时 其v t图象是过原点的直线 提示 1 气体的温度升高 其体积不一定增大 1 错误 2 3 一定质量的某种气体 在压强不变时 其体积与热力学温度成正比 v t图象是过原点的直线 2 错误 3 正确 查理定律和盖 吕萨克定律的应用 探究导引 用如图所示的实验装置来研究气体等容变化的规律 a b管下端由软管相连 注入一定量的水银 烧瓶中封有一定量的理想气体 开始时a b两管中水银面一样高 请思考以下问题 1 为了保持瓶中气体体积不变 将烧瓶浸入热水中时 瓶中气体的压强怎样变化 应将a管向上还是向下移动 2 若将烧瓶浸入冰水中时 瓶中气体的压强怎样变化 应将a管向上还是向下移动 要点整合 1 查理定律和盖 吕萨克定律的比较 气体的质量一定 体积不变 气体的质量一定 压强不变 直线的斜率越大 压强越小 如图p2 p1 直线的斜率越大 体积越小 如图v2 v1 2 两个重要的推论 推论 推论 3 外推法 与热力学温标通过对一定质量气体等容变化的p t图线 外推 得到的气体压强为零时对应的温度 273 15 称为热力学温标的零度 0k 特别提醒 1 外推法 是科学研究的一种方法 外推 并不表示定律适用范围的扩展 2 热力学温标是一种理论温标 与测温物质无关 典例1 2012 泉州高二检测 有一块防水仪表 密封性能良好 表内外压强差超过6 0 104pa时表盘玻璃将爆裂 某运动员携带此表攀登珠峰 山下温度为27 表内气压为1 0 105pa 气体的摩尔体积为v 登上珠峰时 表盘玻璃发生爆裂 此时山上气温为 23 表内气体体积的变化可忽略不计 分析说明表盘玻璃是向外还是向内爆裂 并求山顶大气压强是多少 结果保留两位有效数字 思路点拨 解答本题应把握以下两点 关键点 1 确定表内气体始末状态的参量 求出气体的压强 2 比较表内外气体的压强大小 判断表盘玻璃是向外还是向内爆裂 规范解答 以表内气体为研究对象 初状态压强为p1 1 0 105pa t1 300k其末状态的压强为p2 温度为t2 273 23 k 250k根据查理定律得解得 若表盘向内爆裂 则山上气压为p p2 p 1 43 105pa因为山上气压小于山脚下气压 故向内爆裂是不可能的 所以表盘是向外爆裂由p2 p p 得p 2 3 104pa 即山上大气压为2 3 104pa答案 向外爆裂2 3 104pa 总结提升 应用查理定律和盖 吕萨克定律解题五步走 1 确定研究对象 即被封闭的气体 2 分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件 3 确定初 末两个状态的温度 压强或温度 体积 4 根据查理定律或盖 吕萨克定律公式列式求解 5 求解结果并分析 检验 变式训练 用易拉罐盛装碳酸饮料非常卫生和方便 但如果剧烈碰撞或严重受热会导致爆炸 我们通常用的可乐易拉罐容积v 355ml 假设在室温 17 下罐内装有0 9v的饮料 剩余空间充满co2气体 气体压强为1atm 若易拉罐能承受的最大压强为1 2atm 则保存温度不能超过多少 解析 取co2气体为研究对象 则 初态 p1 1atm t1 273 17 k 290k 末态 p2 1 2atm t2未知 气体发生等容变化 由查理定律得 t 348 273 75 答案 75 变式备选 某学校科技兴趣小组 利用废旧物品制作了一个简易气温计 在一个空葡萄酒瓶中插入一根两端开口的玻璃管 玻璃管内有一段长度可忽略的水银柱 接口处用蜡密封 将酒瓶水平放置 如图所示 已知 该装置密封气体的体积为560cm3 玻璃管内部横截面积为0 5cm2 瓶口外的有效长度为48cm 当气温为7 时 水银柱刚好处在瓶口位置 求该气温计能测量的最高气温 解析 当水银柱到达管口时 所测气温最高 设为t2 此时气体体积为v2 初状态 t1 273 7 k 280k v1 560cm3 末状态v2 560 48 0 5 cm3 584cm3 由等压变化知 代入数据得t2 292k 即19 答案 19 p t图象与v t图象的应用技巧 探究导引 利用图象描述物理量的变化规律 是物理学中常用的方法 当一定质量的气体做等容变化或等压变化时 如何用图象描述气体的变化规律 请思考以下问题 1 如何比较p t图象中不同等温线的体积大小 2 如何比较v t图象中不同等压线的压强大小 3 p t图象与v t图象有什么相同点和不同点 要点整合 1 p t图象与v t图象的比较 压强p 体积v 体积的倒数 斜率越大体积越小 v4 v3 v2 v1 压强的倒数 斜率越大 压强越小 p4 p3 p2 p1 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 2 对于p t图象与v t图象的注意事项 1 首先要明确是p t图象还是v t图象 2 不是热力学温标的先转换为热力学温标 3 解决问题时要将图象与实际情况相结合 特别提醒 1 在图象的原点附近要用虚线表示 因为此处实际不存在 但还要表示出图线过原点 2 如果坐标上有数字则坐标轴上一定要标上单位 没有数字的坐标轴可以不标单位 典例2 2012 潍坊高二检测 一定质量的理想气体 从状态a经过状态b变化到状态c 如图所示 图中bc是平行于横轴的直线 已知气体在状态a时的体积为va 0 2m3 1 求气体在状态b时的压强pb 2 求气体在状态c时的体积vc 思路点拨 解答本题应把握以下两点 关键点 1 确定横 纵坐标所表示的物理量及图象的意义 2 根据图象判断气体的状态变化并确定气体的状态参量 规范解答 1 a b气体做等容变化所以 2 b c气体做等压变化答案 1 1 33 105pa 2 0 25m3 变式训练 如图所示 甲 乙为一定质量的某种气体的等容或等压变化图象 关于这两个图象的正确说法是 a 甲是等压线 乙是等容线b 乙图中p t线与t轴交点对应的温度是 273 15 而甲图中v t线与t轴的交点不一定是 273 15 c 由乙图可知 一定质量的气体 在任何情况下都是p与t成直线关系d 乙图表明温度每升高1 压强增加相同 但甲图表明随温度的升高压强不变 解析 选a d 由查理定律p ct c t 273 15 及盖 吕萨克定律v ct c t 273 15 可知 甲图是等压线 乙图是等容线 故a正确 由 外推法 可知两种图线的反向延长线与t轴的交点温度为 273 15 即热力学温度的0k 故b错 查理定律及盖 吕萨克定律是气体的实验定律 都是在温度不太低 压强不太大的条件下得出的 当压强很大 温度很低时 这些定律就不成立了 故c错 由于图线是直线 故d正确 温馨提示 应用查理定律 盖 吕萨克定律解题是本节的重点 而变质量问题是难点 解答此类问题的关键是确定一定质量的气体 可用等效法将变质量转化为不变的质量来处理 典例 有一个敞口的玻璃瓶 当瓶内空气温度由27 升高到127 时 瓶内剩余的空气是原来的几分之几 思路点拨 解答本题应注意以下两点 关键点 1 变化前后瓶内气体的质量发生了变化 不能应用盖 吕萨克定律求解 2 选择瓶内初状态气体为研究对象 假设气体未逸出而只是体积增大 气体的质量无变化 规范解答 以27 时瓶内的空气为研究对象 因为瓶口敞开 故瓶内空气压强恒等于外界大气压 假设温度升高时 瓶内逸出的空气进入另一个与瓶子相通的真空容器内 气体状态变化如图所示 根据盖 吕萨克定律有 答案 由温度变化引起的水银柱移动定性判断 1 假设法 基本方法 如图所示 水银柱原来处于平衡状态 所受合外力为零 即此时两部分气体的压强差 p p1 p2 温度升高后 两部分气体的压强都增大 假设水银柱不动 两部分气体都为等容变化 可推得由p1 p2 则 p1 p2 水银柱所受合外力方向向上 应向上移动 若降温 水银柱向下移动 2 图象法 在同一p t坐标系中画出两段气体的等容线 如图所示 在温度相同时 p1 p2 得出气柱l1等容线的斜率较大 当两气体升高相同的温度 t时 两边气体其压强的增加量 p1 p2 水银柱上移 反之 降温时 水银柱向下移动 3 极限法 对上部的气体压强进行极限推理 认为p2 0上部为真空 升温时 p1增大 水银柱上移 降温时 p1减小 水银柱向下移动 案例展示 如图所示 两端封闭粗细均匀 竖直放置的玻璃管内有一段长为h的水银柱 将管内气体分为两部分 已知l2 2l1 若使两部分气体同时升高相同的温度 管内水银柱将 设原来温度相同 a 不动b 向上运动c 向下运动d 无法确定 规范解答 选b 此类问题的解答方法一般有 假设法 图象法 和 极限法 三种 1 假设法 先假设管内水银柱相对玻璃管不动 即两段空气柱体积不变 用查理定律求得两气柱压强增量 p1和 p2 进而比较压强增量的大小 若 p1 p2 水银柱不会移动 若 p1 p2 水银柱向上移动 若 p1 p2 即p1比p2减小得快时 水银柱向下移动 当 p1 p2 即p2比p1减小得快时 水银柱向上移动 利用公式 由查理定律 对于上段气柱有 得即同理对于下段气柱可得 因为p1 p2 ph p2 t1 t2 t1 t2 所以 p1 p2 即水银柱向上移动 2 图象法 首先在同一p t图线上画出两段气柱的等容图线 如图所示 由于两气柱在相同温度t1下压强不同 所以它们等容线的斜率也不同 气柱l1的压强较大 等容线的斜率也较大 从图中可以看出 当两气柱升高相同温度 t时 其压强的增量 p1