粤教版选修33 第二章 第七节 气体实验定律 (Ⅰ) 学案.docx

第七节气体实验定律 ()目标定位 1.探究气体等温变化的规律，了解玻意耳定律的内容、表达式及适用条件.2.会运用玻意耳定律解决实际问题.3.理解等温变化的pv图象一、玻意耳定律1内容：一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强和体积成反比(填“正比”或“反比”)2公式：p或p1v1p2v2.3条件：气体的质量一定，温度不变4常量的意义p1v1p2v2常量c该常量c与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该常量c越大(填“大”或“小”) 5利用玻意耳定律解题的基本思路(1)明确研究对象，并判断是否满足玻意耳定律的条件(2)明确初、末状态及状态参量(p1、v1；p2、v2)(3)根据玻意耳定律列方程求解注意：用p1v1p2v2解题时只要同一物理量使用同一单位即可，不必(填“一定”或“不必”)转化成国际单位制中的单位延伸思考打气筒打气过程中，容器中气体的质量发生了变化，玻意耳定律还成立吗？答案分析时可以巧妙地选择研究对象，一般选择把容器内原有气体和即将打入的气体看成一个整体作为研究对象，就可以把充气过程的气体变质量问题转化为定质量问题二、气体等温变化的图象导学探究由玻意耳定律可知，一定质量的气体在温度保持不变时，压强和体积的关系为p，由数学知识知pv图象是什么曲线？答案pv图象是双曲线中的一支知识梳理1pv图象：一定质量的气体，等温变化的pv图象是双曲线的一支，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1中t2t1.图12.p图象：一定质量气体的等温变化过程，也可以用p图象来表示，如图2所示等温线是通过原点的倾斜直线，由于气体的体积不能无穷大，所以靠近原点附近处等温线应用虚线表示，该直线的斜率kpv，故斜率越大，温度越高，图中t2t1.图2延伸思考在p图象中，图线是一条过原点的直线，图线在原点及原点附近表示的气体的体积和压强有实际意义吗？答案原点表示气体的体积无穷大，气体的压强为零，所以图线在原点及原点附近没有实际意义，故画p图象时，图线在原点及原点附近要画成虚线.一、玻意耳定律的应用例1如图3所示，是一根一端封闭的粗细均匀的细玻璃管，用一段h19.0 cm的水银柱将一部分空气封闭在细玻璃管里当玻璃管开口向上竖直放置时(见图甲)，管内空气柱长l115.0 cm，当时的大气压强为p076 cmhg，那么，当玻璃管开口向下竖直放置时(见图乙)，管内空气柱的长度该是多少？图3答案25 cm解析设细玻璃管横截面积为s，设变化后空气柱的长度为l2，变化前空气柱的体积v1l1s15s，压强：p1p0ph(7619) cmhg95 cmhg变化后空气的体积：v2l2s，压强：p2p0ph(7619) cmhg57 cmhg由玻意耳定律得：p1v1p2v2，即：9515s57l2s，解得：l225 cm例2如图4所示，一粗细均匀、导热良好、装有适量水银的u形管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭长l120 cm气柱，两管中水银面等高现将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h10 cm.环境温度不变，大气压强p075 cmhg，求稳定后低压舱内的压强(用“cmhg”作单位)图4答案50 cmhg解析设u形管横截面积为s，则初始状态左端封闭气柱体积可记为v1l1s，由两管中水银面等高，可知初始状态其压强为p0.当右管水银面高出左管10 cm时，左管水银面下降5 cm，气柱长度增加5 cm，此时气柱体积可记为v2(l15 cm)s，右管低压舱内的压强记为p，则左管气柱压强p2p10 cmhg，根据玻意耳定律得：p0v1p2v2即p0l1s(p10 cmhg)(l15 cm)s代入数据，解得：p50 cmhg.二、气体等温变化的图象例3如图5所示，是一定质量的某种气体状态变化的pv图象，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()图5a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d解析由题图可知，pavapbvb，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针对训练如图6所示，一定质量的气体经历由状态a到状态b再到状态c的过程，a、c两点在同一条双曲线上，则此变化过程中()图6a从a到b的过程温度降低b从b到c的过程温度升高c从a到c的过程温度先升高再降低d从a到c的过程温度先降低再升高答案c解析a、c两点在同一条双曲线上，故tatc；可作出过b点的等温线与过a、c两点的等温线进行比较，得b点温度高；故从a到b到c的过程温度先升高后降低，c项正确气体实验定律()1(玻意耳定律的应用)一定质量的理想气体，压强为3 atm，保持温度不变，当压强减小2 atm时，体积变化4 l，则该气体原来的体积为 ()a. l b2 l c. l d8 l答案b解析由玻意耳定律p1v1p2v2得3v1(v4)，解得v2 l.2. (玻意耳定律的应用)如图7所示，横截面积为0.01 m2的气缸内被重g200 n的活塞封闭了高30 cm的气体已知大气压p01.0105 pa，气缸足够长，现将气缸倒转竖直放置，设温度不变，求此时活塞到缸底的高度？图7答案45 cm解析重g200 n的活塞产生的压强p0.2105 pa初状态：p1p0p1.2105 pa，v1h1s，h130 cm末状态：p2p0p0.8105 pa，v2h2s根据玻意耳定律得p2v2p1v1代表数据解得h2 cm45 cm.3(等温线)如图8所示，dabc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()图8ada是一个等温过程bab是一个等温过程ca与b的状态参量相同dbc体积减小，压强减小，温度不变答案a解析da是一个等温过程，a对；a、b两状态温度不同，ab的过程中不变，则体积v不变，此过程中气体的压强、温度会发生变化，b、c错；bc是一个等温过程，v增大，p减小，d错4. (气体等温变化的图象)(多选)如图9所示是一定质量的某气体状态变化的pv图象，则下列说法正确的是()图9a气体做的是等温变化b气体的压强从a到b一直减小c气体的体积从a到b一直减小d气体的三个状态参量一直都在变答案bd解析一定质量的气体的等温过程的pv图象即等温线是双曲线中的一支，显然题图所示ab图线不是等温线，ab过程不是等温变化过程，选项a错误；从ab图线可知气体从a状态变为b状态的过程中，压强p在逐渐减小，体积v在不断增大，选项b正确，c错误；又因为该过程不是等温变化过程，所以气体的三个状态参量一直都在变化，选项d正确题组一玻意耳定律的应用1各种卡通形状的氢气球，受到孩子们的喜欢，特别是年幼的小孩，若小孩一不小心松手，氢气球会飞向天空，上升到一定高度会胀破，是因为()a球内氢气温度升高 b球内氢气压强增大c球外空气压强减小 d以上说法均不正确答案c解析氢气球上升时，由于高空处空气稀薄，球外空气的压强减小，球内气体要膨胀，到一定程度时，氢气球就会胀破2. (多选)如图1所示，一根一端封闭的玻璃管开口向下插入水银槽中，玻璃管内封有一定质量的气体，管内水银面低于管外，在温度不变时，将玻璃管稍向下插入一些，下列说法正确的是()图1a玻璃管内气体体积减小b玻璃管内气体体积增大c管内外水银面高度差减小d管内外水银面高度差增大答案ad解析极限分析法：设想把管压下很深，则易知v减小，p增大，因为pp0ph，所以h增大，即选项a、d正确假设法：将玻璃管向下插入过程中，假设管内气体体积不变，则h增大，pp0ph增大，由玻意耳定律判得v减小由v减小得pp0ph也增大，所以h也增大3一个气泡由湖面下20 m深处缓慢上升到湖面下10 m深处，它的体积约变为原来体积的 ()a3倍 b2倍c1.5倍 d0.7倍答案c解析气泡缓慢上升过程中，温度不变，气体作等温变化，设湖面下20 m深处，水的压强约为2个标准大气压(1个标准大气压相当于10 m水产生的压强)，故p13 atm，p22 atm，由p1v1p2v2，得：1.5，故c项正确4如图2所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气()图2a体积不变，压强变小 b体积变小，压强变大c体积不变，压强变大 d体积变小，压强变小答案b解析由题图可知空气被封闭在细管内，缸内水位升高时，气体体积减小；根据玻意耳定律，气体压强增大，b选项正确5.如图3所示，两端开口的均匀玻璃管竖直插入水银槽中，管中有一段用水银柱h1封闭的一定质量的气体，这时管下端开口处内、外水银面高度差为h2，若保持环境温度不变，当外界压强增大时，下列分析正确的是()图3ah2变长 bh2变短ch1上升 dh1下降答案d解析被封闭气体的压强pp0ph1p0ph2，故h1h2.随着大气压强的增大，被封闭气体压强也增大，由玻意耳定律知气体的体积减小，气柱长度变短，但h1、h2长度不变，故h1下降，d项正确6大气压强p01.0105 pa.某容器的容积为20 l，装有压强为20105 pa的气体，如果保持气体温度不变，把容器的开关打开，待气体达到新的平衡时，容器内剩下气体的质量与原来气体的质量之比为()a119 b120c239 d118答案b解析由玻意耳定律，得p1v0p0v0p0v，因v020 l，则v380 l，即容器中剩余20 l压强为p0的气体，而同样气压下气体的总体积为400 l，所以剩下气体的质量与原来气体的质量之比等于同压下气体的体积之比，即，b项正确题组二气体等温变化的图象7(多选)下图中，p表示压强，v表示体积，t表示热力学温度，各图中正确描述一定质量的气体发生等温变化的是()答案ab解析a图中可以直接看出温度不变；b图说明p，即pv常数，是等温过程；c图横坐标不是体积v，不是等温线；d图的pv图线不是双曲线，故也不是等温线8.氧气瓶在储存过程中，由于密封不严，氧气缓慢泄漏(设环境温度不变)，其瓶内氧气的压强和体积变化如图4中a到b所示，则瓶内氧气的温度()图4a一直升高b一直下降c先升高后降低d不变答案d解析本题考查对玻意耳定律适用条件的掌握乍一看，本题极易错选b，错误原因是只简单地对a、b及a到b的过程进行分析后，作出各状态下的等温线，如图，从图中可以看出tat1t2tb，从而误选b，却忽略了“只有一定质量的气体”才满足tat1t2tb.密封不严说明漏气，说明气体质量发生变化，“缓慢”说明氧气瓶中氧气可充分同外界进行热交换，隐含与外界“等温”，正确答案应为d.9. (多选)如图5所示，为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()图5a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da、c两点的温度相等答案ad题组三综合应用10.密闭圆筒内有一质量为100 g的光滑活塞，活塞与圆筒顶端之间有一根劲度系数k20 n/m的轻弹簧，圆筒放在水平地面上，活塞将圆筒分成两部分，a室为真空，b室充有空气，平衡时，l00.10 m，弹簧刚好没有形变，如图6所示现将圆筒倒置，达到新的平衡后，b室的高度是多少？(g取10 m/s2，气体温度保持不变)图6答案0.178 m解析设开始时b室中，气体压强为p1、体积为v1，圆筒倒置达到平衡后b室中气体压强为p2、体积为v2.弹簧形变量为x，活塞质量为m，横截面积为s.p1，v1l0s.圆筒倒置平衡后，对活塞受力分析如图所示，其中l为达到新的平衡后b室的高度，依题意有p2smgkx，xll0，则p2，v2ls. 温度不变，根据玻意耳定律p1v1p2v2，可知l0sls 代入数据解得l0.178 m.11一个气泡从水底升到水面上时，它的体积增大了2倍，设水的密度为1103 kg/m3，大气压强p01.0105 pa，水底与水面温差不计，求水的深度(g10 m/s2)答案20 m解析气泡在水底时，气泡内气体的压强等于水面上大气压与水的压强之和，气泡升到水面上时，气泡内气体压强减小为大气压，因此体积增大由于水底与水面温度相同，气泡内气体经历的是一个等温变化过程该气泡在水底时体积为v1，压强为p1p0gh气泡升到水面时的体积为v2，则v23v1，压强为p2p0由玻意耳定律p1v1p2v2，得(p0gh)v1p03v1得水深：h m20