2　气体的等容变化和等压变化 (3).pptx

复习：玻意耳定律的内容？,课题导入,思考：电饭煲中气体状态参数变化的特点？,课题导入,8.2气体的等容变化和等压变化,第八章气体,目标引领,仔细阅读课文,回答以下问题:,独立自学,1、什么是等容变化？什么是等压变化？2、等容变化的规律是什么？3、热力学温标的建立及零点的物理意义是什么？,6、盖-吕萨克定律的内容、公式及图像分别是什么？7、试从分子动理论的观点解释等压这一宏观变化的微观原因,4、查理定律的内容、公式及图像分别是什么？5、试从分子动理论的观点解释等容这一宏观变化的微观原因,实验：等容变化,实验：等容变化的规律,引导探究一,一、气体的等容变化,1、定义：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。,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：,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。,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。,热力学温度零点的物理意义：在现实中通过对大量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气体压强为零的温度。,在热力学温标之前，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。,热力学温标是在摄氏温标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标定、量化温度的方法，其描述的是客观世界真实的温度，热力学温度又被称为绝对温度。,3、查理定律的热力学温标描述：,（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、质量和体积有关。,（3）图像表述等容线,图像特点：,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的正比关系在直角坐标系中的图象叫做等容线,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V2V1。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：等容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,查理定律是法国科学家查理通过实验发现的实验定律在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：,查理定律的推论：一定质量的气体，从初状态(p、T)开始，发生一个等容变化过程，其压强的变化量p与温度的变化量T间的关系为：=P,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。,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：,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,6、查理定律的微观解释：,（1）一定质量（m）的气体的总分子数（N）是一定的,（2）体积（V）保持不变时，其单位体积内的分子数（n）也保持不变，,（3）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：,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。,当堂诊学,273,0,2一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,当堂诊学,实验：等压变化的规律,课题导入,目标引领,仔细阅读课文,回答以下问题:,独立自学,1、盖-吕萨克定律的内容、公式及图像分别是什么？2、等压变化的规律用摄氏温度如何来表述？3、试从分子动理论的观点解释等压这一宏观变化的微观原因。,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）内容：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、质量和压强有关。,引导探究二,二、气体的等压变化,=c,盖吕萨克定律的摄氏温标描述,（1）定义：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,(3)Vt图象：在等压过程中，体积V与摄氏温度t是一次线性函数，图象纵轴的截距V0是气体在0时的体积，等压线是一条延长线通过横轴上273.15的倾斜直线，且斜率越大，压强越小,（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，V-T关系在直角坐标系中的图象,一定质量气体的等压线的VT图象，是一条反向延长线经过坐标原点的直线,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。,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p2p1，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,（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,（5）注意事项：,盖吕萨克定律是实验定律在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Vt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,盖吕萨克定律的分比形式推论：一定质量的气体从初状态(V、T)开始发生等压变化，其体积的改变量V与温度变化量T之间的关系是:=,4、盖-吕萨克定律的微观解释,一定质量（m）的理想气体的总分子数（N)是一定的，当温度（T）升高时，全体分子运动的平均速率V会增加。,要保持压强（p）不变，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。,例题2、某种气体在状态时压强2105Pa,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=1.5105Pa,例1、一定质量的氢气在00C时的压强为9104Pa，保持氢气体积不变，它在300C时的压强多大？,特别提醒：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。,当堂诊学2,1.（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,当堂诊学3,ACD,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40C+90C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t20C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）,当堂诊学3,解析,由于轮胎容积不变，轮胎内气体做等容变化。,设在T0293K充气后的最小胎压为Pmin，最大胎压为Pmax。依题意，当T1233K时胎压为P11.6atm。根据查理定律,解得：Pmin2.01atm,当T2363K是胎压为P23.5atm。根据查理定律,解得：Pmax2.83atm,5、（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2080，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（）A20、80、64B20、80、68C80、20、32D80、20、34,C,解见下页,解：,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,即,即,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=107.4=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17C，B气体的温度是27C，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10C，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10C时,对A有,同理，对B有,由于pApB，,所以pApB故活塞向右移动。,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,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17C，B气体的温度是27C，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10C，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1C，压强就增加原来的1/273，因此温度都升高10C，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1C，压强就增加0C时压强的1/273，而现在A、B的温度不同而压强相等，说明0C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10C时,对A有,同理，对B有,由于pApB，,所以pApB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=1.0105Pa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,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S210-3m2，竖直插入水面足够宽广的水中。管中有一个质量为m0.4kg的密闭活塞，封闭一段长度为L066cm的气体，气体温度T0=300K，如图所示。开始时，活塞处于