人教版高中物理选择性必修第三册讲义2.3《气体的等压变化和等容变化》(含解析)

1、3.气体的等压变化和等容变化学习目标：1.物理观念知道气体的等压变化、等容变化、理想气体的概念，知道气体实验定律的微观解释。科学思维掌握盖吕萨克定律、查理定律的内容、公式及应用，理解理想气体的状态方程并能利用其解决实际问题。科学探究理解并会推导理想气体状态方程，养成推理论证严谨、细致的习惯，在解释气体实验定律中提高分析能力。科学态度与责任通过对定律的理解及应用，学会探索科学规律的方法，坚持实事求是的科学态度，培养学习科学的兴趣。阅读本节教材，回答第26页“问题”并梳理必要知识点。教材P26“问题”提示：气体吸热升温膨胀，而封闭的气体在压强不变的情况下，体积变大了。一、气体的等压变化1等压变化一

2、定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度变化的过程叫作气体的等压变化。2盖吕萨克定律(1)内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比。(2)公式：VCT或。(3)适用条件：气体质量一定；气体压强不变。(4)等压变化的图像：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，p2(选填“”或“T1。甲又如图乙所示，T1对应的虚线AB为等温线，从B状态到A状态压强增大，体积一定减小，所以V2T1。甲乙b.T一定时，在p 图像中，等温线是延长线过坐标原点的直线，直线的斜率越大，温度

3、越高，如图乙所示。等压变化a.p一定时，在VT图像中，等压线是一簇延长线过坐标原点的直线，直线的斜率越大， 压强越小，如图甲所示。甲乙b.p一定时，在Vt图像中，等压线与t轴的交点总是273.15 ，是一条倾斜的直线，纵截距表示0 时气体的体积，如图乙所示。等容变化a.V一定时，在pT图像中，等容线为一簇延长线过坐标原点的直线，直线的斜率越小，体积越大，如图甲所示。甲乙b.V一定时，在p t图像中，等容线与t轴的交点是273.15 ，是一条倾斜的直线，纵截距表示气体在0 时的压强，如图乙所示。【例3】内壁光滑的导热汽缸竖直浸放在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质量的活塞封闭压强为1.0105 P

4、a、体积为2.0103 m3的理想气体。现在活塞上方缓缓倒上沙子，使封闭气体的体积变为原来的一半，然后将汽缸移出水槽，缓慢加热，使气体温度变为127 。(大气压强为1.0105 Pa)(1)求汽缸内气体的最终体积(保留三位有效数字)；(2)在如图所示的pV图上画出整个过程中汽缸内气体的状态变化。思路点拨：(1)在活塞上方缓缓倒沙子的过程是一个等温变化过程，缓慢加热的过程是一个等压变化过程。(2)等压过程的图线为平行于V轴的直线，等容过程的图线为平行于p轴的直线，等温过程的图线为双曲线的一支。解析(1)在活塞上方倒沙的全过程中温度保持不变，即p0V0p1V1，解得p12.0105 Pa。在缓慢加

5、热到127 的过程中压强保持不变，则，所以V21.5103 m3。(2)如图所示答案(1)1.5103 m3 (2)见解析理想气体状态变化时注意转折点的确定转折点是两个状态变化过程的分界点，挖掘隐含条件，找出转折点是应用理想气体状态方程解决气体状态变化问题的关键。跟进训练3一定质量的气体，在状态变化过程中的pT图像如图所示，在A状态时的体积为V0，试画出对应的VT图像和pV图像(标注字母和箭头)。解析根据理想气体状态方程，有，解得VBV0，VCV0A到B是等温变化，B到C是等压变化，C到A是等容变化，作出对应的VT图像和pV图像如图所示。甲乙答案见解析4一个半径为0.1 cm的气泡，从18 m

6、深的湖底上升。如果湖底水的温度是8 ，湖面的温度是24 ，湖面的大气压强相当于76 cm高水银柱产生的压强，即101 kPa，那么气泡升至湖面时体积是多少？(水1.0 g/cm3，g取9.8 m/s2。)解析由题意可知18 m深处气泡体积V1r34.19103 cm3p1p0水 gh水277.4 kPaT1(2738) K281 Kp2101 kPaT2(27324) K297 K根据理想气体的状态方程，得V2 cm30.012 cm3。答案0.012 cm3气体实验定律的微观解释中央电视台在科技之光栏目中曾播放过这样一个节目：把液氮倒入饮料瓶中，马上盖上瓶盖并拧紧，人立刻撤离现场，一会儿饮料

7、瓶爆炸，你能解释一下原因吗？提示：液氮吸热汽化，分子运动加快，饮料瓶内气体压强迅速增大，当大于瓶壁承受的压强时，饮料瓶爆炸。1玻意耳定律(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大；体积增大，压强减小。(2)微观解释：温度不变，分子的平均动能不变。体积越小，分子的数密度越大，单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多，气体的压强就越大，如图所示。体积大 体积小2盖一吕萨克定律(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大，温度降低，体积减小。(2)微观解释：温度升高，分子平均动能增大，撞击器壁的作用力变大，而要使压强不变，则需影响压强的

8、另一个因素，即分子的数密度减小，所以气体的体积增大，如图所示。3查理定律(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大；温度降低，压强减小。(2)微观解释：体积不变，则分子的数密度不变，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁单位面积的作用力变大，所以气体的压强增大，如图所示。【例4】在一定的温度下，定质量的气体体积减小时，气体的压强增大，这是由于()A单位体积内的分子数增多，单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多B气体分子的数密度变大，分子对器壁的吸引力变大C每个气体分子对器壁的平均撞击力都变大D气体密度增大，单位体积内分子重量变大思路点拨：(1)影响气体压强的原因

9、是分子的平均动能和单位体积的分子个数。(2)温度是分子平均动能的标志，体积决定分子的数密度。A气体的温度不变，分子的平均动能不变，对器壁的平均撞击力不变，C错误；体积减小，单位体积内的分子数目增多，所以气体压强增大，A正确；分子和器壁间无引力作用，B错误；单位体积内气体的质量变大，不是压强变大的原因，D错误。(1)宏观量温度的变化对应着微观量分子动能平均值的变化。宏观量体积的变化对应着气体分子的数密度的变化。(2)压强的变化可能由两个因素引起，即分子热运动的平均动能和分子的数密度，可以根据气体变化情况选择相应的实验定律加以判断。跟进训练5(多选)对于一定质量的气体，当它的压强和体积发生变化时，

10、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压强和体积都增大时，其分子的平均动能一定增大D压强增大，体积减小时，其分子平均动能一定不变AC对于一定质量的气体，压强和体积都增大时，根据理想气体状态方程C，温度一定升高，故分子热运动的平均动能一定增加，A、C正确，B错误；对于一定质量的气体，压强增大，体积减小时，根据理想气体状态方程知温度可能会改变，则平均动能可能改变，D错误。1物理观念：盖吕萨克定律、查理定律、理想气体的状态方程。2科学思维：运用定律和公式分析解决问题。3科学方法：理想模型法、图像法、计算法等。1对于一定质量的

11、气体，在体积不变时，压强增大到原来的2倍，则气体温度的变化情况是()A气体的摄氏温度升高到原来的2倍B气体的热力学温度升高到原来的2倍C气体的摄氏温度降为原来的一半D气体的热力学温度降为原来的一半B一定质量的气体体积不变时，压强与热力学温度成正比，即，所以T2T12T1，选项B正确。2如图所示为0.3 mol的某种气体的压强和温度关系的p t图线，p0表示标准大气压，则在状态B时气体的体积为()A5.6 L B3.2 L C1.2 L D8.4 LD此气体在0 时，压强为标准大气压，所以它的体积应为22.40.3 L6.72 L，根据图线所示，从0 到A状态的127 ，气体是等容变化，则A状态

12、的体积为6.72 L。从A状态到B状态的等压变化，A状态的温度为127 K273 K400 K，B状态的温度为227 K273 K500 K，根据盖吕萨克定律，VB L8.4 L，D项正确。3(多选)对一定质量的气体，下列说法正确的是()A温度发生变化时，体积和压强可以不变B温度发生变化时，体积和压强至少有一个发生变化C如果温度、体积和压强三个量都不变化，我们就说气体状态不变D只有温度、体积和压强三个量都发生变化，我们就说气体状态变化了BCp、V、T三个量中，可以两个量发生变化，一个量恒定，也可以三个量同时发生变化，而一个量变化，另外两个量不变的情况是不存在的，气体状态的变化就是p、V、T的变化。故B、C正确。4如图所示，a、b、c三点表示一定质量理想气体的三个状态，则气体在a、b、c三个状态的热力学温度之比是()A111 B121 C343 D123C根据理想气体状态方程C可知，TpV，所以TaTbTc(paVa)(pbVb)(pcVc)343，选项C正确。5房间的容积为20 m3，在温度为7 、大