2019-2020学年高中物理 第二章 气体 第4节 气体实验定律的图像表示及微观解释学案 教科版选修3-3

第4节气体实验定律的图像表示及微观解释1.理解pv、pt和vt图像及其物理意义，并会运用其分析处理气体的状态变化过程2知道三个实验定律的微观解释一、气体实验定律的图像表示1气体等温变化的pv图像为了直观地描述压强p跟体积v的关系，通常建立pv坐标系，如图所示图线的形状为双曲线由于它描述的是温度不变时的pv关系，因此称它为等温线一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的2气体等容变化的pt图像从图甲可以看出，在等容过程中，压强p与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的正比关系但是，如果把图甲中直线ab延长至与横轴相交，把交点当做坐标原点建立新的坐标系(如图乙所示)，那么这时的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为气体压强为0时，其温度为0.可以证明，当气体的压强不太大，温度不太低时，坐标原点代表的温度就是0_k3气体等压变化的vt图像由vct可知在vt坐标系中，等压线是一条通过坐标原点的倾斜的直线对于一定质量的气体，不同等压线的斜率不同斜率越小，压强越大，如图所示，p2p1.二、气体实验定律的微观解释1玻意耳定律：一定质量的气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的在这种情况下，体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强就增大2查理定律：一定质量的气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大3盖吕萨克定律：一定质量的气体，温度升高时，分子的平均动能增大只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变气体实验定律的微观解释用分子动理论可以很好地解释气体的实验定律1玻意耳定律的微观解释(1)一定质量的气体，温度保持不变，从微观上看表示气体分子的总数和分子的平均动能保持不变，因此气体压强只跟单位体积的分子数有关(2)气体发生等温变化时，体积增大到原来体积的几倍，单位体积内的分子数就减小到原来的几分之一，压强就会减少到原来的几分之一；体积减小到原来的几分之一，单位体积内的分子数就增大为原来的几倍，压强就会增大为原来的几倍2查理定律的微观解释(1)一定质量的理想气体，体积保持不变时，从微观上表示单位体积内的分子数保持不变，因此气体的压强只跟气体分子的平均动能有关(2)气体发生等容变化时，温度升高，气体分子的平均动能增大，气体的压强会增大；温度降低，气体分子的平均动能减小，气体压强就减小3盖吕萨克定律的微观解释(1)一定质量的理想气体，压强保持不变时，从微观上看是单位体积内分子数的变化引起的压强变化与由分子的平均动能变化引起的压强变化相互抵消(2)气体发生等压变化时，气体体积增大，单位体积内的分子数减少，会使气体压强减小，此时气体温度升高，气体分子的平均动能增大，从而使气体压强增大来抵消由气体体积增大而造成的气体压强的减小相反，气体体积减小，单位体积内的分子数增多，会使气体压强增大，只有气体的温度降低，气体分子的平均动能减小，才能使气体的压强减小来抵消由气体体积减小而造成的气体压强的增大(多选)对一定质量的理想气体，下列说法正确的是()a体积不变，压强增大时，气体分子的平均动能一定增大b温度不变，压强减小时，气体的密度一定减小c压强不变，温度降低时，气体的密度一定减小d温度升高，压强和体积都可能不变解析根据气体压强、体积、温度的关系可知，体积不变，压强增大时，气体的温度增大，气体分子的平均动能增大，选项a正确；温度不变，压强减小时，气体体积增大，气体的密集程度减小，b正确；压强不变，温度降低时，体积减小，气体的密集程度增大，c错误；温度升高，压强、体积中至少有一个发生改变，d错误答案ab1.(多选)封闭在汽缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是()a气体的密度增大b气体的压强增大c气体分子的平均动能减小d每秒撞击器壁单位面积的气体分子数增多解析：选bd.由查理定律可知，当体积不变时，常数，t升高时，压强增大，b正确由于体积不变，分子密度不变，而温度升高，分子的平均动能增加，所以单位时间内，气体分子对容器器壁碰撞次数增多，d对，a、c错气体状态变化的图像问题 1.对两种等温变化图像的理解和应用p图像pv图像图像特点物理意义一定质量的气体，温度不变时，pv常量，p与成正比，在p图上的等温线应是过原点的直线一定质量的气体，在温度不变的情况下p与v成反比，因此等温过程的pv图像是双曲线的一支温度高低直线的斜率为p与v的乘积，斜率越大，pv乘积越大，温度就越高，图中t2t1一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积的乘积必然越大，在pv图上的等温线就越高，图中t1t2(1)图像上的一点代表气体的一个状态，每一点都对应气体的一个确定的状态(p、v、t表示)(2)温度不同，一定质量的同一气体的等温线不同同一气体的等温线比较，在pv图中，双曲线顶点离坐标原点远的等温线对应的温度高在p图中，斜率大的等温线对应的温度高(3)分析问题时一定注意区分是pv图线还是p图线，并对应好各自的图线形状2对pt图像和vt图像的理解(1)pt图像和vt图像的比较pt图像vt图像图像纵坐标压强p体积v斜率意义体积的倒数，斜率越大体积越小，即v4v3v2v1压强的倒数，斜率越大压强越小，即p4p3p2p1相同点都是一条通过原点的倾斜直线横坐标都是热力学温度t都是斜率越大，气体的另外一个状态参量越小(2)对于pt图像与vt图像的注意事项首先要明确是pt图像还是vt图像不是热力学温标的先转换为热力学温标解决问题时要将图像与实际情况相结合(1)在图像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 命题视角1pv图像的分析如图所示为一定质量的气体在不同温度下的两条等温线，则下列说法不正确的是()a从等温线可以看出，一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成反比b一定质量的气体，在不同温度下的等温线是不同的c由图可知t1t2d由图可知t1va，单位体积的分子数a状态较多，故d错2.如图所示，一定质量的理想气体由状态a沿平行于纵轴的直线变化到状态b，则它的状态变化过程是()a气体的温度不变b气体的内能增加c气体分子的平均速率减小d气体分子在单位时间内与器壁在单位面积上碰撞的次数不变解析：选b.从pv图像中的ab图线看，气体由状态a变到b为等容升压，根据查理定律，一定质量的气体，当体积不变时，压强与绝对温度成正比，故a错气体的温度升高，内能增加，故b对气体的温度升高，分子平均速率增加，故c错气体压强增大，则气体分子在单位时间内与器壁在单位面积上碰撞的次数增多，故d错3.如图所示是一定质量的气体从状态a经b到状态c的vt图像，由图像可知()apapbbpcpbcvavbdtatb解析：选d.由a到b的过程是等容变化，由c，因tbta，所以pbpa，故a、c项错误，d正确；由b到c的过程是等压变化，由c，因tbtc，所以vbvc，故b项错误4.如图所示，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()ada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，温度不变解析：选a.da是一个等温过程，a对；a、b两状态温度不同，ab是一个等容过程(体积不变)，b、c错；bc，v增大，p减小，t不变，d错5.如图所示，一定质量的理想气体，由状态a沿直线ab变化到b，在此过程中，气体分子的平均速率的变化情况是()a不断增大b不断减小c先减小后增大d先增大后减小解析：选d.图像问题的解答，首先要明确图像的物理意义由题图可知，a、b两点的pv乘积相同，因此a、b两点的温度也相同，在ab直线的中点c，其pv乘积比a、b两点要大，所以c点温度比a、b两点高，即tatbtc，又因为气体分子的平均速率随温度升高而增大，所以气体分子的平均速率是先增大后减小，故应选d.6.如图所示为a、b两部分理想气体的vt图像，设两部分气体是质量相同的同种气体，根据图中所给条件，可知()a当t273.15 时，气体的体积a比b大0.2 m3b当tatb时，vavb31c当tatb时，vavb13da、b两部分气体都作等压变化，它们的压强之比papb31解析：选b.由题中图像可知，a、b两部分气体都发生等压变化，由c知它们在相同温度下体积之比不变选择0 读数，由纵轴可知vavb31，所以papbvbva13.二、多项选择题7.如图所示，是一定质量的理想气体的三种升温过程，那么，以下四种解释中正确的是()aad的过程气体体积增大bbd的过程气体体积不变ccd的过程气体体积增大dad的过程气体体积减小解析：选ab.在pt图线上等容线的延长线是过坐标原点的直线，且体积越大，直线的斜率越小如图所示，过o点作a、c两点的等容线，可知：a状态对应的体积最小，c状态对应的体积最大所以选项a、b正确8如图所示甲、乙为一定质量的某种气体的等容和等压变化图像，关于这两个图像的正确说法是() a甲是等压线，乙是等容线b乙图中pt线与t轴交点对应的温度是273.15 ，而甲图中vt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ad.由查理定律pctc(t273.15)及盖吕萨克定律vctc(t273.15)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0 k，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正确三、非选择题9用dis研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图甲所示，实验步骤如下：甲乙把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接；移动活塞，记录注射器的刻度值v，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p；用v图像处理实验数据，得出如图乙所示图线(1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是_；(2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是_和_；(3)如果实验操作规范正确，但如图乙所示的v图线不过原点，则v0代表_解析：(1)用润滑油涂活塞(2)慢慢抽动活塞活塞导热(3)体积读数值比实际值大v0.根据p(vv0)c，c为定值，则vv0，即v0代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积答案：见解析10如图甲是一定质量的气体由状态a经过状态b变为状态c的vt图像，已知气体在状态a时的压强是1.5105 pa.(1)说出ab过程中压强变化的情形，并根据图像提供的信息，计算图中ta的温