2019-2020学年高中物理 第2章 固体、液体和气体 第8节 气体实验定律(Ⅱ)课件 粤教版选修3-3

第八节气体实验定律 1 多选 一定质量的气体的三个参量可以发生变化的情况是 a 温度 体积 压强均变化b 温度不变 压强和体积都发生变化c 温度和体积不变 压强变化d 温度和压强不变 体积变化 答案 ab 2 一个气泡由湖面下20m深处上升到湖面下10m深处 它的体积约变为原来体积的 温度不变 a 3倍b 2倍c 1 5倍d 0 7倍 答案 c 水深20m处 压强为3p0 p0为大气压强 水深10m处 压强为2p0 由玻意耳定律 得3p0v1 2p0v2 v2 1 5v1 故c选项正确 一 查理定律1 等容过程气体在 保持不变的情况下发生的状态变化过程 叫做等容过程 体积 体积不变 压强p 热力学温度t p t 3 等容曲线 如图所示 二 盖 吕萨克定律1 等压过程 一定质量的某种气体 在 不变时体积随温度的变化 2 盖 吕萨克定律 一定质量的某种气体 在压强不变的情况下 体积与热力学温度成 数学表达式 或 压强 正比 3 等压曲线 4 理想气体 1 理想气体是一种科学的抽象 是理想化的 把严格遵守 的气体称为理想气体 2 理想气体的分子模型 分子本身的大小和它们之间的距离相比较可忽略不计 分子间的距离很大 因此除碰撞外 分子间的相互作用力忽略不计 分子势能看作零 理想气体的内能就等于 分子之间的碰撞看成 碰撞 3 实际气体在常温常压下可近似看成理想气体 中学阶段所涉及的气体 除说明外 都看成理想气体 物理模型 三个实验定律 所有分子动能的总和 弹性 三 对气体实验定律的微观解释1 玻意耳定律一定质量的理想气体 温度保持不变时 分子的 是一定的 在这种情况下 体积减小时 的分子数增多 气体的 增大 2 查理定律一定质量的理想气体 体积保持不变时 的分子数保持不变 在这种情况下 温度升高时 分子的平均动能 气体的压强也 平均动能 单位体积内 压强 单位体积内 增大 增大 3 盖 吕萨克定律一定质量的理想气体 温度升高时 分子的平均动能 只有气体的体积同时 使单位体积内的 才能保持压强不变 增大 增大 分子数减少 把小皮球拿到火炉上面烘一下 它就会变得更硬一些 假设忽略球的体积的变化 你有这种体验吗 你怎样用分子动理论的观点来解释这种现象 答案 皮球内单位体积的气体分子数没发生变化 把小球拿到火上烘烤 意味着球内气体分子的平均动能变大 故气体的压强增大 球变得比原来硬一些 1 查理定律与盖 吕萨克定律的比较 查理定律 盖 吕萨克定律与热力学温标 2 外推法 与热力学温标通过对定质量气体等容变化的pt线 外推 所得到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 例1如图所示是一定质量的理想气体的三种升温过程 以下四种解释正确的是 a a d的过程中气体体积增大b b d的过程中气体体积不变c c d的过程中气体体积增大d a d的过程中气体体积减小题眼直击 对pt图象的理解 解题流程 答案 ab 题后反思 1 图线上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态 图线上的某一线段 表示一定质量气体状态变化的一个过程 2 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 1 多选 一定质量的某种气体自状态a经状态c变化到状态b 这一过程的vt图象如图所示 则 a 在过程a c中 气体的压强不断变小b 在过程c b中 气体的压强不断变小c 在状态a时 气体的压强最小d 在状态b时 气体的压强最大 答案 cd a c过程中 气体的体积不变 发生等容变化 由 c可知 温度升高 压强增大 故a错误 在c b过程中 发生等温变化 由pv c可知 体积减小 压强增大 故b错误 综上所述 在a c b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 在状态a时的压强最小 故c d正确 温度变化与液柱 或活塞 移动问题 3 如果液柱 或活塞 两端的横截面积相等 则若 p均大于零 意味着两部分气体的压强均增大 则液柱 或活塞 向 p值较小的一方移动 若 p均小于零 意味着两部分气体的压强均减小 则液柱向压强减小量较大的一方 即 p 较大的一方 移动 若 p相等 则液柱不移动 4 如果液柱 或活塞 两端的横截面积不相等 则应考虑液柱 或活塞 两端的受力变化 ps 若 p均大于零 则液柱向 ps较小的一方移动 若 p均小于零 则液柱向 ps 值较大的一方移动 若 ps相等 则液柱不移动 2 极限性所谓极限性就是将问题推向极端 如在讨论压强大小变化时 将变化较大的压强推向无穷大 而将变化较小的压强推向零 这样使复杂的问题变得简单明了 如图甲所示 根据极限法分析 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 3 图象法在同一pt坐标系中画出两段气柱的等容线 如图乙所示 在温度相同时p1 p2 得气柱l1等容线的斜率较大 当两气柱升高相同的温度 t时 其压强的增量 p1 p2 水银柱上移 例2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 管内水银柱将如何移动 设原来温度相同 解析 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 答案 水银柱向上移动 例3有人设计了一种测温装置 其结构如图所示 玻璃泡a内封有一定质量气体 与a相连的b管插在水银槽中 管内水银柱的高度x即可反映泡内气体的温度 即环境温度 并可由b管上的刻度直接读出 设b管的体积与a泡的体积相比可略去不计 1 在1标准大气压下对b管进行标温度刻度 1标准大气压相当于76cmhg 已知当温度t1 27 时 管内水银柱高度x1 16cm 此高度即为27 的刻度线 问t 0 的刻度线在x为多少厘米处 2 若大气压改变为相当于75cmhg的压强 利用该测温装置测量温度时所得读数仍为27 问此时实际温度为多少 答案 1 21 4cm 2 22 2 电灯泡内充有氮 氩混合气体 如果要使灯泡内的混合气体在500 时的压强不超过一个大气压 则在20 的室温下充气 电灯泡内气体压强至多能充到多少 答案 0 38atm解析 忽略灯泡容积的变化 气体为等容变化 找出气体的初 末状态 运用查理定律求解 1 从微观实质解释玻意耳定律玻意耳定律的条件是 气体的质量一定 温度保持不变 换句话说 气体分子的总数和分子的平均动能不变 因此 当气体的体积增大到原来的几倍时 分子密度就减小到原来的几分之一 于是在单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数也就减少到原来的几分之一 所以气体的压强就减小到原来的几分之一 体积减小时 情况相反 所以说 一定质量的气体在等温过程中 其压强与体积成反比 对气体实验定律微观解释的理解 2 从微观实质解释查理定律查理定律的条件是 气体的质量一定 体积保持不变 即分子的密度不变 在这种情况下 若气体的温度升高 则分子的平均动能随之增大 于是分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数将增多 并且每次碰撞给器壁的作用力增大 因而气体的压强也增大 这就得出了与查理定律的表述相一致的结论 3 从微观实质解释盖 吕萨克定律盖 吕萨克定律表明 一定质量的气体 保持压强不变 则当温度升高时 其体积必增大 这是因为温度升高 气体分子的平均速率增大了 使得分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数增多 且每次碰撞给器壁的作用力也增大了 于是有使压强增大的倾向 但是 如果体积同时适当增大 即分子的密度减小 使得分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数相应减少 这就使气体的压强又有减小的倾向 这两种倾向相互抵消 从而可以保持气体的压强不变 特别提醒 对气体实验定律的解释要紧紧围绕决定气体压强的两个因素 气体分子密度与平均动能进行讨论 例4对于一定质量的气体 当它们的压强和体积发生变化时 以下说法正确的是 a 压强和体积都增大时 其分子平均动能不可能不变b 压强和体积都增大时 其分子平均动能有可能减小c 压强增大 体积减小时 其分子平均动能一定不变d 压强减小 体积增大时 其分子平均动能可能增大 解析 当体积增大时 单位体积内的分子数减少 只有当气体的温度升高 分子平均动能增大 压强才能增大 a正确 b错误 当体积减小 单位体积内的分子数增加 温度不变 降低 升高都可能使压强增大 c错误 同理体积增大时 温度不变 降低 升高 压强都可能减小 故d正确 答案 ad 题后反思 对于气体的各参量的变化情况可运用实验定律 加以判断 也可根据压强 分子动能等的微观意义加以分析判断 3 多选 两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种理想气体 已知容器中气体的压强不相同 则下列判断正确的是 a 压强小的容器中气体的温度比较高b 压强大的容器中气体