气体的等容变化和等压变化()(共56张)ppt课件.ppt

由上一节可知气体的压强 体积 温度三个状态参量之间存在一定的关系 引入 用手堵住注射器的口感受压缩越来越困难知道在温度不变时压强与体积有一定的关系 并通过实验得出压强与体积之间的等温变化规律 本节我们研究另外两种特殊情况 一定质量的气体 在体积不变的条件下其压强与温度变化时的关系及压强不变的条件下其体积和温度的变化关系 第八章气体 第二节气体的等容变化和等压变化 查理定律 盖 吕萨克定律 带着下面问题仔细阅读课文包括插图 扉页脚批 思考与讨论及课后问题与练习 科学漫步等 思考后回答问题 1 什么是等容变化 什么是等压变化 2 等容变化的规律是谁通过什么方式发现的 规律是什么 3 热力学温标的建立及零点的物理意义是什么 4 查理定律的内容 公式及图像分别是什么 5 等压变化的规律用摄氏温度如何来表述 6 是从分子动理论的观点解释等容这一宏观变化的微观原因 7 等压变化的规律是谁通过什么方式发现的 8 盖 吕萨克定律的内容 公式及图像分别是什么 9 等压变化的规律用摄氏温度如何来表述 10 6 是从分子动理论的观点解释等压这一宏观变化的微观原因 一 气体的等容变化 1 等容变化 一定质量的气体在体积不变时 压强随温度的变化叫做等容变化 2 查理定律 一定质量的某种气体 当体积不变时 各种气体的压强p与温度之间都有线性关系 如图所示 我们把它叫做查理定律 注 B点纵坐标是0摄氏度的压强 并非大气压 3 热力学温标的建立 建立背景 由查理定律中压强p与与摄氏温度t的变化关系图甲可以看出 在等容过程中 压强跟摄氏温度是一次函数关系 而不是简单的正比例关系 如果把该图的AB直线延长至与横轴相交 把交点当做坐标原点 建立新的坐标系 图乙 此时压强与温度的关系就是正比例关系了 图乙坐标原点的意义 气体压强为零时其温度为零 由此可见 为了使一定质量的气体在体积不变的情况下 压强与体积成正比 只需要建立一种新的温标就可以了 在现实中通过对大量的 压强不太大 相对标准大气压 温度不太低 相对于室温 的各种不同气体做等容变化的实验数据可以证明 一定质量的气体压在强不太大 温度不太低时 坐标原点代表的温度就是热力学温度的零度 这就是热力学温度零点的物理意义 由此可见 热力学的零点就规定为气体压强为零的温度 在建立热力学温标之前 人们已经建立了华氏 摄氏温标 但这些温标都是与测温物质的热学性质有关 当采用不同的测温物质去测量同一温度时会产生一定差异 这种差异是不能克服的 而由热力学温标的建立可知 热力学温度是在摄氏温度的基础上建立起来的 零点的确定与测温物质无关 因此热力学温标是一种更为简便科学的理论的温标 它的零度不可能达到 又叫绝对零度 4 查理定律的热力学温标描述 查理定律 1 查理定律 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 注 这里的C和玻意耳定律表达式中的C都泛指比例常数 它们并不相等 这里的C与气体的种类 质量和压强有关 3 图像表述 等容线 等容线 一定质量的某种气体在等容变化过程中 压强p跟热力学温度T的正比关系p T在直角坐标系中的图象叫做等容线 图像特点 在P T图线中 一定质量某种气体的等容线是一条反向延长线通过坐标原点的直线 通过控制变量法 做出垂直于温度的等温线 如图所示 根据等温规律知质量相同的同种气体 压强大的体积小 可得V2 V1 进而可得不同体积下的等容线 斜率越大 体积越小 由此可见 等压线的斜率表示体积的倒数 图线上每一个点表示气体一个确定的状态 同一根等容线上各状态的体积相同 不在同一条等容线上点的体积与该条线上的体积一定不同 4 成立条件及适用范围 成立条件 质量不变 体积不变 适用范围 压强不太大 温度不太低 查理定律是实验定律 由法国科学家查理通过实验发现的 在p T C中的C与气体的种类 质量 体积有关 注意 p与热力学温度T成正比 不与摄氏温度成正比 但压强的变化 p与摄氏温度 t的变化成正比 一定质量的气体在等容时 升高 或降低 相同的温度 所增加 或减小 的压强是相同的 解题时前后两状态压强的单位要相同 温度必须取国际单位制单位开尔文 K 5 注意事项 5 查理定律的摄氏温标描述 对比查理定律分别以热力学温标和摄氏温标为温度单位的等容线 根据以摄氏温标为温度单位的等容线的特点 描述出查理定律的摄氏温标描述 不同点 摄氏温度的00C时的压强不是0 而热力学温标的0k时的压强为0Pa 这个0Pa可以看作由摄氏0度的压强值降低了273度后而得到的 这样查理定律可叙述为 摄氏温标描述 1 文字描述 一定质量的气体 在体积不变的情况下 温度每升高 或降低 1 增加 或减少 的压强等于它0 时压强的1 273 2 表达式 其中pt是温度为t时的压强 p0是0 时的压强 3 图像 一定质量 m 的气体的总分子数 N 是一定的 体积 V 保持不变时 其单位体积内的分子数 n 也保持不变 当温度 T 升高时 其分子运动的平均速率 v 也增大 则气体压强 p 也增大 反之当温度 T 降低时 气体压强 p 也减小 7 应用 汽车 拖拉机里的内燃机 就是利用气体温度急剧升高后压强增大的原理 推动气缸内的活塞做功 打足了气的车胎在阳光下曝晒会胀破 水瓶塞子会迸出来 盖 吕萨克 二气体的等压变化 1 等压变化 一定质量的某种气体 在压强保持不变时 体积随温度的变化叫做等压变化 2 盖 吕萨克定律 1 文字描述 一定质量的某种气体 在压强p不变的情况下 其体积V与热力学温度T成正比 2 公式 V CT 或 注 这里的C与气体的种类 质量和体积有关 3 图像表述 等压线 等压线 一定质量的某种气体在等压变化过程中 体积V跟热力学温度T的正比关系V T在直角坐标系中的图象叫做等压线 一定质量气体的等压线的V T图象 是一条反向延长线经过坐标原点的直线 其斜率反映压强大小 通过控制变量法做垂直于横轴的等温线 如图所示 根据等温规律对质量相同的同种气体体积大的压强小可得p2 p1 由此可看出不同压强下的等压线 斜率越大 压强越小 可见 等压线的斜率表示压强的倒数 图像特点 图线上每一个点表示气体一个确定的状态 同一根等压线上各状态的压强相同 不在同一条等压线上点的压强与该条线上的压强一定不同 4 成立条件及适用范围 成立条件 质量不变 压强不变 适用范围 压强不太大 温度不太低 盖 吕萨克定律是实验定律 由法国科学家盖 吕萨克通过实验发现的 在V C中的C与气体的种类 质量 压强有关 注意 V正比于T而不正比于t 但 V t 一定质量的气体发生等压变化时 升高 或降低 相同的温度 增加 或减小 的体积是相同的 温度单位必须转化成热力学温度的单位 解题时前后两状态的体积单位要统一 5 注意事项 6 盖 吕萨克定律也同样有摄氏温标描述 1 文字 一定质量的气体 在压强不变的情况下 温度每升高 或降低 1 增加 或减少 的体积等于它0 时体积的1 273 一定质量 m 的理想气体的总分子数 N 是一定的 要保持压强 p 不变 当温度 T 升高时 全体分子运动的平均速率V会增加 那么单位体积内的分子数 n 一定要减小 否则压强不可能不变 因此气体体积一定增大 反之当温度降低时 同理可推出气体体积一定减小 例1 一定质量的氢气在00C时的压强为9 104Pa 保持氢气体积不变 它在300C时的压强多大 分析 选一定质量的氢气为研究对象 状态变化是气体的等容变化 应用查理定律解题 须特注的是在应用查理定律解题 确定气体变化的初 末状态时要注意将温度的单位转换成热力学温度 本例提醒特注 在应用查理定律和盖 吕萨克定律解题前 确定气体变化的初 末状态时一定要将温度的单位转换成热力学温度 例题2 某种气体在状态 时压强2 105Pa 体积为1m3 温度为200K 1 它在等温过程中由状态A变为状态B 状态B的体积为2m3 求状态B的压强 2 随后 又由状态B在等容过程中变为状态C 状态C的温度为300K 求状态C的压强 解 1 气体由状态A变为状态B的过程遵从玻意耳定律 由pAVA PBVB 得状态B的压强PB 105Pa 2 气体由状态B变为状态C的过程遵从查理定律 由pc 1 5 105Pa 273 0 1 由查理定律可知 一定质量的理想气体在体积不变时 它的压强随温度变化关系如图中实线表示 把这个结论进行合理外推 便可得出图中t0 如果温度能降低到t0 那么气体的压强将减小到Pa 2 一定质量的理想气体在等容变化过程中测得 气体在0 时的压强为P0 10 时的压强为P10 则气体在11 时的压强在下述各表达式中正确的是 A C D B AD 1 根据查理定律 如果不漏气 压强应为 而氧气实际压强为 说明漏气 2 1 根据盖 吕萨克定律 所以 即体积变化量与温度变化量成正比 刻度是均匀的 2 2 因为 所以 这个温度计可以测量的温度t 251 6 0C 即这个气温计测量范围是23 4 26 60C 1 2008年上海 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h B 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 右管内的水银柱沿管壁上升 D 若环境温度升高 右管内的水银柱沿管壁上升 封闭在弯管里面气体的压强处处相等 按右边计算为p p0 ph 按左边计算p p0 px 两次计算气体压强相等 故左管内外水银面高度差x也为h A对 弯管上下移动 根据按右边计算压强的方程可知 封闭气体压强不变 再加上温度不变 则体积一定也不变 故B错C对 环境温度升高 封闭气体体积增大 则右管内的水银柱沿管壁上升 D对 ACD 解析 2 2008年上海 汽车行驶时轮胎的胎压太高容易造成爆胎事故 太低又会造成耗油量上升 已知某型号轮胎能在 40 C 90 C正常工作 为使轮胎在此温度范围内工作时的最高胎压不超过3 5atm 最低胎压不低于1 6atm 那么 在t 20 C时给该轮胎充气 充气后的胎压在什么范围内比较合适 设轮胎的体积不变 解析 由于轮胎容积不变 轮胎内气体做等容变化 设在T0 293K充气后的最小胎压为Pmin 最大胎压为Pmax 依题意 当T1 233K时胎压为P1 1 6atm 根据查理定律 解得 Pmin 2 01atm 当T2 363K是胎压为P2 3 5atm 根据查理定律 解得 Pmax 2 83atm 3 2008年上海 温度计是生活 生产中常用的测温装置 右图为一个简单温度计 一根装有一小段有色水柱的细玻璃管穿过橡皮塞插入烧瓶内 封闭一定质量的气体 当外界温度发生变化时 水柱位置将上下变化 已知A D间的测量范围为20 80 A D间刻度均匀分布 由图可知 A D及有色水柱下端所示的温度分别是 A 20 80 64 B 20 80 68 C 80 20 32 D 80 20 34 C 解析 温度升高 容器内气体的体积增大 A点温度高 可见A D点温度分别为80 20 设D点下容器的体积为V0 一小格玻璃管的体积为h 由查理定律 解得t 32 5 在图所示的气缸中封闭着温度为100 的空气 一重物用绳索经滑轮与缸中活塞相连接 重物和活塞均处于平衡状态 这时活塞离缸底的高度为10cm 如果缸内空气变为0 问 重物是上升还是下降 这时重物将从原处移动多少厘米 设活塞与气缸壁间无摩擦 缸内气体温度降低 压强减小 故活塞下移 重物上升 分析可知缸内气体作等压变化 设活塞截面积为Scm2 气体初态体积V1 10Scm3 温度T1 373K 末态温度T2 273K 体积设为V2 hScm3 h为活塞到缸底的距离 据 可得h 7 4cm 则重物上升高度 h 10 7 4 2 6cm 答案 6 如图 水平放置的汽缸内壁光滑 一个不导热的活塞将汽缸内的气体分为A B两部分 两部分气体可以分别通过放在其中的电热丝加热 开始时 A气体的体积是B的一半 A气体的温度是17 C B气体的温度是27 C 活塞静止 现缓慢加热汽缸内气体 使A B两部分气体的温度都升高10 C 在此过程中活塞向哪个方向移动 答案 设想先保持A B的体积不变 当温度分别升高10 C时 对A有 同理 对B有 由于pA pB 所以pA pB 故活塞向右移动 15 一定质量的理想气体在等容变化过程中测得 气体在0 时的压强为P0 10 时的压强为P10 则气体在21 时的压强在下述各表达式中正确的是 A B C D AD A 两次管中气体压强相等B T1时管中气体压强小于T2时管中气体压强C T1T2 5 如图所示 A端封闭有气体的U形玻璃管倒插入水银槽中 当温度为T1时 管中水银面处在M处 温度为T2时 管中水银面处在N处 且M N位于同一高度 若大气压强不变 则 AD 17 如图所示 导热性能良好的气缸开口向下 缸内用一活塞封闭一定质量的气体 活塞在气缸内可以自由滑动且不漏气 其下方用细绳吊着一重物 系统处于平衡状态 现将细绳剪断 从剪断细绳到系统达到新的平衡状态的过程可视为一缓慢过程 在这一过程中气缸内 A 气体从外界吸热B 单位体积的气体分子数变大C 气体分子平均速率变大D 单位时间单位面积器壁上受到气体分子撞击的次数减少 B 12 2 在图所示的气缸中封闭着温度为100 的空气 一重物用绳索经滑轮与缸中活塞相连接 重物和活塞均处于平衡状态 这时活塞离缸底的高度为10cm 如果缸内空气变为0 问 重物是上升还是下降 这时重物将从原处移动多少厘米 设活塞与气缸壁间无摩擦 气体初态体积V1 10Scm3 温度T1 373K 则重物上升高度 h 10 7 4 2 6cm 解 可得h 7 4cm 据 末态温度T2 273K 体积设为V2 hScm3 h为活塞到缸底的距离 分析可知缸内气体作等压变化 设活塞截面积为Scm2 缸内气体温度降低 压强减小 故活塞下移 重物上升 10 如图所示 一竖直放置的气缸由两个截面积不同的圆柱构成 各有一个活塞且用细杆相连 上 下分别封有两部分气体A和B 两活塞之间是真空 原来活塞恰好静止 两部分气体的温度相同 现在将两部分气体同时缓慢升高相同温度 则 A 两活塞将静止不动 B 两活塞将一起向上移动 C A气体的压强改变量比B气体的压强改变量大 D 无法比较两部分气体的压强改变量的大小 BC 14 如图所示 内壁光滑的绝热气缸竖直立于地面上 绝热活塞将一定质量的气体封闭在气缸中 活塞静止时处于A位置 现将一重物轻轻地放在活塞上 活塞最终静止在B位置 若除分子之间相互碰撞以外的作用力可忽略不计 则活塞在B位置时与活塞在A位置时相比较 A 气体的温度可能相同B 气体的内能可能相同C 单位体积内的气体分子数不变D 单位时间内气体分子撞击单位面积气缸壁的次数一定增多 D 21 10分 如图 水平放置的汽缸内壁光滑 一个不导热的活塞将汽缸内的气体分为A B两部分 两部分气体可以分别通过放在其中的电热丝加热 开始时 A气体的体积是B的一半 A气体的温度是17 C B气体的温度是27 C 活塞静止 现缓慢加热汽缸内气体 使A B两部分气体的温度都升高10 C 在此过程中活塞向哪个方向移动 某同学是这样解答的 先设法保持A B气体的体积不变 由于两部分气体原来的压强相等 温度每升高1 C 压强就增加原来的1 273 因此温度都升高10 C 两边的压强还相等 故活塞不移动 你认为该同学的思路是否正确 如果认为正确 请列出公式加以说明 如果认为不正确 请指出错误之处 并确定活塞的移动方向 解 该同学思路不正确 在体积不变的情况下 一定质量的理想气体温度每升高1 C 压强就增加0 C时压强的1 273 而现在A B的温度不同而压强相等 说明0 C时它们的压强不相等 因此升高相同的温度后 最后的压强不等 设想先保持A B的体积不变 当温度分别升高10 C时 对A有 同理 对B有 由于pA pB 所以pA pB 故活塞向右移动 20 如图所示 气缸内封闭有一定质量的理想气体 当时温度为0 大气压为1atm 设其值为105Pa 气缸横截面积为500cm2 活塞重为5000N 则 1 气缸内气体压强为多少 2 如果开始时内部被封闭气体的总体积为汽缸上部体积为 并且汽缸口有个卡环可以卡住活塞 使之只能在汽缸内运动 所有摩擦不计 现在使气缸内的气体加热至273 求气缸内气体压强又为多少 解 1 由受力平衡可知 2 缸内气体先做等压变化 活塞将运动到卡环处就不再运动 设此时温度为T1 有 所以 接下来继续升温 气缸内气体将做等体积变化 设所求压强为p2 故有 代入可得 19 10分 如图所示 上端开口的光滑圆柱形气缸竖直放置 截面积为40cm2的活塞将一定质量的气体和一形状不规则的固体A封闭在气缸内 在气缸内距缸底60cm处设有a b两限制装置 使活塞只能向上滑动 开始时活塞搁在a b上 缸内气体的压强为p0 p0 1 0 105Pa为大气压强 温度为300K 现缓慢加热汽缸内气体 当温度为330K 活塞恰好离开a b 当温度为360K时 活塞上升了4cm 求 1 活塞的质量 2 物体A的体积 更多课件 全套09届课件集 143个课件 联系庞老师 设物体A的体积为 V 气体的状态参量为 气体从状态1到状态2为等容过程 代入数据得 代入数据得m 4kg 气体从状态2到状态3为等压过程 解 20 12分 一根两端开口 粗细均匀的长直玻璃管横截面积为S 2 10 3m2 竖直插入水面足够宽广的水中 管中有一个质量为m 0 4kg的密闭活塞 封闭一段长度为L0 66cm的气体 气体温度T0 300K 如图所示 开始时 活塞处于静止状态 不计活塞与管壁间的摩擦 外界大气压强P0 1 0 105Pa 水的密度 1 0 103kg m3 试问 1 开始时封闭气体的压强多大 2 现保持管内封闭气体温度不变 用竖直向上的力F缓慢地拉动活塞 当活塞上升到某一位置时停止移动 此时F 6 0N 则这时管内外水面高度差为多少 管内气柱长度多大 3 再将活塞固定住 改变管内气体的温度 使管内外水面相平 此时气体的温度是多少 1 当活塞静止时 2 当F 6 0N时 有 管内外液面的高度差 由玻意耳定律P1L1S P2L2S 解 空气柱长度 3 P3 P0