（江苏专版）2018版高中物理 第八章 气体 2 气体的等容变化和等压变化学案 新人教版选修3-3.doc

2气体的等容变化和等压变化学习目标 1.掌握查理定律和盖吕萨克定律的内容、表达式及适用条件.2.会用气体变化规律解决实际问题.3.理解pt图象与vt图象的物理意义一、气体的等容变化导学探究(1)为什么拧上盖的水杯(内盛半杯热水)放置一段时间后很难打开杯盖？(2)打足气的自行车在烈日下曝晒，常常会爆胎，原因是什么？答案(1)放置一段时间后，杯内的空气温度降低，压强减小，外界的大气压强大于杯内空气压强，所以杯盖很难打开(2)车胎在烈日下曝晒，胎内的气体温度升高，气体的压强增大，把车胎胀破知识梳理1等容变化：一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度的变化叫做等容变化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成正比(2)表达式：pct或.推论式：.(3)适用条件：气体的质量和体积不变(4)图象：如图1所示图1pt图象中的等容线是一条过原点的倾斜直线pt图象中的等容线不过原点，但反向延长线交t轴于273.15 .无论是pt图象还是pt图象，其斜率都能判断气体体积的大小，斜率越大，体积越小二、气体的等压变化1等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度的变化叫做等压变化2盖吕萨克定律(1)内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积v与热力学温度t成正比(2)表达式：vct或.推论式：.(3)适用条件：气体的质量和压强不变(4)图象：如图2所示图2vt图象中的等压线是一条过原点的倾斜直线vt图象中的等压线不过原点，反向延长线交t轴于273.15 .无论vt图象还是vt图象，其斜率都能判断气体压强的大小，斜率越大，压强越小.一、查理定律的应用例1气体温度计结构如图3所示，玻璃测温泡a内充有气体，通过细玻璃管b和水银压强计相连开始时a处于冰水混合物中，左管c中水银面在o点处，右管d中水银面高出o点h114 cm，后将a放入待测恒温槽中，上下移动d，使c中水银面仍在o点处，测得d中水银面高出o点h244 cm.求恒温槽的温度(已知外界大气压为1个标准大气压，1个标准大气压相当于76 cmhg)图3答案364 k(或91 )解析设恒温槽的温度为t2，由题意知t1273 ka内气体发生等容变化，根据查理定律得p1p0ph1p2p0ph2联立式，代入数据得t2364 k(或91 )明确研究对象，找准初、末状态，正确确定初、末状态的压强和温度，是运用查理定律的关键二、盖吕萨克定律的应用例2如图4所示，把一个小烧瓶和一根弯成直角的均匀玻璃管用橡皮塞连成如图所示的装置在玻璃管内引入一小段油柱，将一定质量的空气密封在容器内，被封空气的压强跟大气压强相等如果不计大气压强的变化，利用此装置可以研究烧瓶内空气的体积随温度变化的关系已知1 mol任何气体的压强p01105 pa，温度t00 时，体积约为v022.4 l瓶内空气的平均摩尔质量m29 g/mol，体积v12.24 l，温度为t125 .试求：图4(1)瓶内空气在标准状态下的体积；(2)估算瓶内空气的质量答案(1)2.05 l(2)2.65 g解析(1)气体做等压变化，由盖吕萨克定律：，其中t0273 k，t1(27325) k298 k代入数据得v22.05 l(2)瓶内空气的质量mm2.65 g.判断出气体的压强不变是运用盖吕萨克定律的关键三、pt图象与vt图象的比较不同点图象纵坐标压强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(1)都是一条通过原点的倾斜直线(2)都是斜率越大，气体的另外一个状态参量越小(填“大”或“小”)例3图5所示是一定质量的气体从状态a经b到状态c的vt图象，由图象可知()图5apapbbpcpbcvavbdpata，所以pbpa.故d选项正确例4一定质量的气体的状态经历了如图6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6aab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vdva，所以da过程中气体体积不是保持不变，d错误1(查理定律的应用)一定质量的气体，在体积不变的条件下，温度由0 升高到10 时，其压强的增量为p1，当它由100 升高到110 时，所增压强为p2，则p1与p2之比是()a101 b373273c11 d383283答案c解析由查理定律得pt，一定质量的气体在体积不变的条件下c，温度由0 升高到10 和由100 升高到110 ，t10 k相同，故所增加的压强p1p2，c项正确2. (盖吕萨克定律的应用)如图7所示，汽缸中封闭着温度为100 的空气，一重物用轻质绳索经光滑滑轮跟缸中活塞相连接，重物和活塞都处于平衡状态，这时活塞离汽缸底的高度为10 cm.如果缸内空气温度变为0 ，重物将上升多少厘米？(绳索足够长，结果保留三位有效数字)图7答案2.68 cm解析这是一个等压变化过程，设活塞的横截面积为s.初状态：t1(273 100) k373 k，v110s末状态：t2273 k，v2ls由盖吕萨克定律得lsv1，l10 cm7.32 cm重物上升高度为10 cm7.32 cm2.68 cm3(pt图象)如图8所示，是一定质量的气体的三种变化过程，下列四种解释中，说法正确的是() 图8aad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图象中等容线是延长线过原点的直线，且体积越大，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4(vt图象)一定质量的理想气体，从图中9所示的a状态开始，经历了b、c状态，最后到d状态，下列判断中不正确的是(bc与横轴平行，cd与纵轴平行)()图9aab温度升高，压强不变bbc体积不变，压强变大ccd体积变小，压强变大dd点的压强比a点的压强小答案b解析ab过程v与t成线性关系，是等压线，a正确；bc是等容过程，温度降低，压强减小，b错误；cd是等温过程，体积变小，压强变大，c正确；d点与坐标原点连线的斜率大于oa的斜率，在vt图象中斜率越大，压强越小，所以d点的压强比a点的压强小，d正确故选b.题组一查理定律的应用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，压强减小答案a解析由查理定律pct得温度和压强只能同时升高或同时降低，故a项正确2民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上其原因是，当火罐内的气体()a温度不变时，体积减小，压强增大b体积不变时，温度降低，压强减小c压强不变时，温度降低，体积减小d质量不变时，压强增大，体积减小答案b解析纸片燃烧时，罐内气体的温度升高，将罐压在皮肤上后，封闭气体的体积不再改变，温度降低时，由pt知封闭气体压强减小，罐紧紧“吸”在皮肤上，b选项正确3在密封容器中装有某种气体，当温度从50 升高到100 时，气体的压强从p1变到p2，则()a. b.c. d12答案c解析由于气体做等容变化，所以，故c选项正确题组二盖吕萨克定律的应用4一定质量的气体保持其压强不变，若热力学温度降为原来的一半，则气体的体积变为原来的()a四倍 b二倍 c一半 d四分之一答案c5房间里气温升高3 时，房间内的空气将有1%逸出到房间外，由此可计算出房间内原来的温度是()a7 b7 c17 d27 答案d解析以升温前房间里的气体为研究对象，由盖吕萨克定律：，解得：t300 k，t27 .所以答案选d.6. 如图1所示，上端开口的圆柱形汽缸竖直放置，截面积为5104 m2，一定质量的气体被质量为2.0 kg的光滑活塞封闭在汽缸内，其压强为 pa(大气压强取1.01105 pa，g取10 m/s2)若从初温27 开始加热气体，使活塞离汽缸底部的高度由0.5 m缓慢变为0.51 m，则此时气体的温度为 .图1答案1.4110533解析气体的压强pp01.41105 pa加热气体时做等压变化，根据，代入数据得：t2306 k，t233 .题组三pt图象和vt图象的考查7. 如图2所示是一定质量的气体从状态a经b到状态c的pt图象，则下列判断正确的是()图2avavbbvbvccvbvc答案ac解析由题图和查理定律可知vavb，故a正确；由b到c，温度不变，压强减小，说明体积增大，故c正确8. 如图3所示，a、b、c分别是一定质量的气体的三个状态点，设a、b、c状态的气体体积分别为va、vb、vc，则下列关系中正确的是()图3avavbvcbvavbvccvavbvcdvavbvc答案c9. 如图4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，现缓慢升高缸内气体温度，则如图所示的pt图象能正确反映缸内气体压强变化情况的是()图4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图象中，等容线为过原点的直线，所以c错误，b正确10. 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图上如图5所示，则()图5a在过程ac中，气体的压强不断变大b在过程cb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解析气体的ac变化过程是等温变化，由pvc可知，体积减小，压强增大，故a正确在cb变化过程中，气体的体积不发生变化，即为等容变化，由c可知，温度升高，压强增大，故b错误综上所述，在acb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正确题组四综合应用11如图6所示，一足够高圆柱形容器竖直放置，通过活塞封闭着摄氏温度为t的理想气体活塞的质量为m，横截面积为s，与容器底部相距h.现通过电热丝给气体加热一段时间，结果活塞缓慢上升了h，已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计器壁向外散失的热量及活塞与器壁间的摩擦，求：图6(1)气体的压强；(2)这段时间内气体的温度升高了多少度？答案见解析解析(1)对活塞受力分析，如图所示psp0smg则pp0(2)气体做等压变化初状态：v1hs，t1273t末状态：v22hs，t2？由得t22(273t)故tt2t1273t.12. 一圆柱形汽缸，质量m为10 kg，总高度l为40 cm，内有一厚度不计的活塞，质量m为5 kg，截面积s为50 cm2，活塞与汽缸壁间摩擦不计，且不漏气当外界大气压强p0为1105 pa，温度t0为7 时，如果用绳子系住活塞将汽缸悬挂起来，如图7所示，汽缸内气体柱的高l1为35 cm，g取10 m/s2.求：图7(1)此时汽缸内气体的压强；(2)当温度升高到多少摄氏度时，活塞将与汽缸分离答案(1)8104 pa(2)47 解析(1)以汽缸为研究对象，受力分析，根据平衡条件有p0spsmg，解得pp08104 pa.(2)由于汽缸内气体的压强