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

1 查理定律和盖 吕萨克定律的比较 2 两个重要的推论 1 查理定律的分比形式即一定质量的气体在体积不变的条件下 压强的变化量与热力学温度的变化量成正比 2 盖 吕萨克定律的分比形式即一定质量的气体在压强不变的条件下 体积的变化量与热力学温度的变化量成正比 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 4 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 分别可推得若 p1 p2 水银柱所受合外力方向向上 应向上移动 若 p1 p2 水银柱向下移动 若 p1 p2 水银柱不动 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 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 5 应用步骤 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条件 是否是质量和体积保持不变或是质量和压强保持不变 3 确定初 末两个状态的温度 压强或温度 体积 4 按查理或盖 吕萨克定律公式列式求解 5 求解结果并分析 检验 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 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 管内水银柱将如何运动 设原来温度相同 解题指导 本题可按以下思路进行求解 标准解答 此类问题的解答方法一般有 假设法 图象法 和 极限法 三种 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 1 利用公式 由查理定律 对于上段气柱有 p2 t2 p2 t2 得p2 p2t2 t2 p2 p2 p2 p2t2 t2 p2 即 p2 t2p2 t2 同理对于下段气柱可得 p1 t1p1 t1 因为p1 p2 ph p2 t1 t2 t1 t2 所以 p1 p2 即水银柱向上移动 2 利用图象 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 p2 所以水银柱向上移动 极限法 1 由于管上段气柱压强p2较下段气柱压强p1小 设想p2 0 即管上部认为近似为真空 于是立即得到 温度t升高 水银柱向上移动 2 假设两部分气体温度降低到0k 则上下两部分气体的压强均为零 故降低相同温度时水银柱下降 那么升高相同温度水银柱会上升 规律方法 液柱移动方向的判断此类问题的特点是 气体的状态参量p v t都发生了变化 直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难 通常先进行气体状态的假设 然后应用查理定律可以很容易地求解 两部分气体压强的变化 p 并把压强转化为压力s p来比较 若 p均大于零 则液柱向s p较小的一方移动 若 p均小于零 则液柱向 s p 值较大的一方移动 若s p相等 则液柱不移动 变式训练 如图所示 a b两容器容积相等 用粗细均匀的细玻璃管连接 两容器内装有不同气体 细管中央有一段水银柱 在两边气体作用下保持平衡时 a中气体的温度为0 b中气体温度为20 如果将它们的温度都降低10 则水银柱将 a 向a移动b 向b移动c 不动d 不能确定 解析 选a 由可知 p 所以a部分气体压强减小得多 水银柱将向左移 变式备选 2011 合肥高二检测 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 答案 75 1 p t图象与v t图象的比较 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 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 一定质量的气体 在状态变化过程中的p t图象如图所示 在a状态时的体积为v0 试画出对应的v t图象 解题指导 解答本题应把握以下三点 标准解答 对气体由a b 根据玻意耳定律有p0v0 3p0vb 则对气体由b c 根据盖 吕萨克定律 由此可知a b c三点的状态量分别为a p0 t0 v0 b 3p0 t0 c 3p0 3t0 v0 v t图象如图所示 答案 见标准解答 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 乙图表明随温度每升高1 压强增加相同 但甲图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 典例 2011 深圳高二检测 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 解题指导 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 标准解答 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 一 选择题1 一定质量的气体 体积保持不变 下列过程可以实现的是 a 温度升高 压强增大b 温度升高 压强减小c 温度不变 压强增大d 温度不变 压强减小 解析 选a 由查理定律p ct得温度和压强只能同时升高或同时降低 故a项正确 2 一定质量的理想气体在等压变化中体积增大了1 2 若气体原来温度为27 则温度的变化是 a 升高450kb 升高了150 c 升高了40 5 d 升高了450 解析 选b 气体做等压变化故符合盖 吕萨克定律 由公式得 故 t t2 t1 150k即温度升高了150k b正确 3 2011 东营高二检测 一定质量的气体 在体积不变时 温度由50 加热到100 气体的压强变化情况是 a 气体压强是原来的2倍b 气体压强比原来增加了倍c 气体压强是原来的3倍d 气体压强比原来增加了倍 解析 选d 根据查理定律得即压强变为原来的倍 气体压强比原来增加了倍 所以正确答案为d 4 如图所示是一定质量的气体从状态a经b到状态c再到状态a的p t图象 由图可知 a va vbb vb vcc vb vcd va vc 解析 选a a沿直线到b是等容过程 因此va vb 故a项正确 连接oc可知 直线oc的斜率比直线ob的斜率小 因此vb vc va vc 故b c d均错误 5 一定质量的理想气体v t图象如图所示 在气体由状态a变化到状态b的过程中 气体的压强 a 一定不变b 一定减小c 一定增加d 不能判定怎样变化 解析 选d 若ba的延长线交于t轴上 273 15 则是等压变化 气体压强一定不变 若与t轴交点位于 273 15 的右方 则气体的压强一定减小 若与t轴交点位于 273 15 的左方 则气体的压强一定增大 6 对于一定质量的气体 以下说法正确的是 a 气体做等容变化时 气体的压强和温度成正比b 气体做等容变化时 温度升高1 增加的压强是原来压强的1 273c 气体做等容变化时 气体压强的变化量与温度的变化量成正比d 由查理定律可知 等容变化中 气体温度从t1升高到t2时 气体压强由p1增加到p2 且p2 p1 1 t2 t1 273 解析 选c 一定质量的气体做等容变化 气体的压强跟热力学温度成正比 跟摄氏温度不成正比关系 选项a错 根据公式pt p0 1 t 273 其中p0是0 时的压强b选项错误 由公式得选项c正确 d项中得故d项错误 7 2011 西城高二检测 如图所示 两端开口的弯管 左管插入水银槽中 右管有一段高为h的水银柱 中间封有一段空气 则 a 弯管左管内外水银面的高度差为hb 若把弯管向上移动少许 则管内气体体积增大c 若把弯管向下移动少许 则右管内的水银柱沿管壁上升d 若环境温度升高 则右管内的水银柱沿管壁上升 解析 选a d 被封闭气体的压强按右边计算为p p0 ph 按左边算也为p p0 ph 故左管内外水银面的高度差为h a项正确 气体的压强不变 温度不变 故体积不变 b c均错 压强不变 温度升高 体积增大 右管中水银柱沿管壁上升 d项正确 8 2010 上海高考 一定质量理想气体的状态经历了如图所示的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 解析 选a b 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 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过程中体积不是保持不变 d错误 方法技巧 利用p t v t图象解题的技巧 等容变化用p t图象表示 等压变化用v t图象表示 均为过原点的直线 等容变化用v t图象表示 等压变化用p t图象表示 均为平行于t轴的直线 p t图象和v t图象可以相互转换 应用图象解决问题时 要注意数学公式与图象的数图转换 图象与物理过程 物理意义之间的相互关系 对于图线有关问题的分析讨论 常常需要添加辅助线 然后根据有关方程讨论 二 非选择题9 如图所示是伽利略设计的一种测温装置 玻璃泡a内封有一定质量的空气 与a相连的b管插在水银槽中 制作时 先给球形容器微微加热 跑出一些空气 插入水银槽中时 水银能上升到管内某一高度 设b管的体积与a泡的体积相比可略去不计 在1标准大气压下对b管进行温度刻度 1标准大气压相当于76cmhg的压强 已知当温度t1 27 时 管内水银面高度h1 16cm 此高度即为27 的刻线 问t 0 的刻线在何处 解析 应选玻璃泡a内的一定质量的气体为研究对象 对于b管的体积略去不计 温度变化时a内的气体经历的是一个等容过程 玻璃泡a内的气体的初始状态 t1 300k p1 76 16 cmhg 60cmhg 末状态 即t 0 的状态 t0 273k 由查理定律得所以t 0 时水银面高度 即刻线的位置是x0 76 54 6 cm 21 4cm 答案 21 4cm 10 2011 成都高二检测 体积为v 100cm3的空心球带有一根有刻度的均匀玻璃长管 管上共有n 101个刻度线 设长管与球连接处为第一个刻度线 以后顺次往上排列 相邻两刻度间管的容积为0 2cm3 水银液滴将球内空气与大气隔开 如图所示