气体的等压变化和等容变化+高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

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。新课引入新知初感悟1、炎热的夏天，给汽车轮胎充气时，一般都不充得太足。给自行车轮胎打气时，也不能打得太足。这是什么原因呢？

2、冬季，装有半瓶水的暖瓶经过一个夜晚，第二天拔瓶口的软木塞时会觉得很紧，不易拔出来。这是什么原因？3、如图所示，烧瓶上通过橡胶塞连接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱。用手捂住烧瓶，会观察到水柱缓慢向外移动。这说明了什么？实验表明，在保持气体的压强不变的情况下，一定质量气体的体积随温度的升高而增大。一、气体的等压变化1.等压变化一定质量的某种气体,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。(3)适用条件:气体的质量和压强不变。(4)图像:如图所示。①V-T图像中的等压线是一条过原点的倾斜直线。②V-t图像中的等压线不过原点,但反向延长线交t轴于-273.15℃。③无论是V-T图像还是V-t图像,其斜率都能判断气体压强的大小,斜率越大,压强越小。气体的等压变化情境探究相传三国时期著名的军事家、政治家诸葛亮被困于平阳,无法派兵出城求救。就在此关键时刻,诸葛亮发明了一种可以升空的信号灯——孔明灯,并成功进行了信号联络,其后终于顺利脱险。讨论孔明灯能够升空的原理。要点提示孔明灯是利用火焰的热量使容器内的气体等压膨胀,使部分气体从孔明灯内溢出,进而使孔明灯内气体的质量减小,当大气对孔明灯的浮力恰好等于孔明灯的重力时,即达到孔明灯升空的临界条件,若气体继续升温,孔明灯就能升空了。知识归纳1.盖—吕萨克定律的表达式2.盖—吕萨克定律的适用条件(1)气体质量一定,压强不变。(2)气体的压强不太大(小于几个标准大气压),温度不太低(不低于零下几十摄氏度)。二、气体的等容变化1.等容变化:一定质量的某种气体,在

体积

不变时,压强

随温度的变化的过程。2.查理定律:(1)内容: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:p=CT或

。(3)图像:在p-T图上等容线为过

原点

的倾斜直线,在p-t图上等容线不过原点,其反向延长线与横轴的交点为

-273.15℃。

(4)一定质量的某种气体,温度降得足够低时,是否会发生物态的变化?此时是否还遵守查理定律?答案：当气体的温度降得足够低时可由气态变为液态或固态,发生物态变化时将不再遵守查理定律。【问题引领】

1.为什么拧上盖的水杯(内盛半杯热水)放置一段时间后很难打开杯盖?2.打足气的自行车在烈日下曝晒,常常会爆胎,原因是什么?提示：1.放置一段时间后,杯内的空气温度降低,压强减小,外界的大气压强大于杯内空气压强,所以杯盖很难打开。2.车胎在烈日下曝晒,胎内的气体温度升高,气体的压强增大,把车胎胀破。【归纳提升】

1.查理定律的表述

2.等容线(1)p-T图像

甲①意义:反映了一定质量的气体在等容变化中,压强p与热力学温度T成正比。②图像:过原点的直线。③特点:斜率越大,体积越小。(2)p-t图像

乙①意义:反映了一定质量的气体在等容变化中,压强p与摄氏温度t的线性关系。②图像:倾斜直线,延长线与t轴交点为-273.15℃。③特点:连接图像中的某点与(-273.15℃,0),连线的斜率越大,体积越小。

三、理想气体1.理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时，把实际气体当成理想气体来处理，误差很小。2.理想气体的特点（1）理想气体是不存在的，是一种理想模型。（2）在温度不太低，压强不太大时实际气体都可看成是理想气体。（4）从能量上说：理想气体的微观本质是忽略了分子力，没有分子势能，理想气体的内能只有分子动能。（3）从微观上说：分子间以及分子和器壁间，除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。三、理想气体1.理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。2.理想气体的特点（1）理想气体是不存在的，是一种理想模型。（2）在温度不太低，压强不太大时实际气体都可看成是理想气体。（4）从能量上说：理想气体的微观本质是忽略了分子力，没有分子势能，理想气体的内能只有分子动能。（3）从微观上说：分子间以及分子和器壁间，除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，与气体的体积无关。方程具有普遍性三、理想气体当温度T保持不变当体积V保持不变当压强p保持不变或四、气体实验定律的微观解释问题1：气体压强是如何产生的？与哪些因素有关？问题2：温度不变，为什么减少气体体积，气体压强增大？问题3：体积不变，为什么增大气体温度，气体压强增大？问题4：保持压强不变，为什么升高温度，气体体积增加？18

保持温度不变，分子热运动平均动能不变，但分子数密度增大，撞击更加频繁，气体压强增大。19

当体积保持不变，分子数密度不变，温度升高，分子热运动平均动能增加，对器壁施加的力增大，压强增大。

如果升高温度，气体分子热运动平均动能增大，只有让分子数密度减小，即增大气体的体积，压强才能保持不变。即p不变，T增大,V增大。20课堂练习

【例题1】

如图所示,两端开口的汽缸水平固定,A、B是两个厚度不计的活塞,可在汽缸内无摩擦滑动。面积分别为S1=20cm2,S2=10cm2,它们之间用一根细杆连接,B通过水平细绳绕过光滑的定滑轮与质量为m=2kg的重物C连接,静止时汽缸中的气体温度T1=600K,汽缸两部分的气柱长均为l,已知大气压强p0=1×105Pa,g取10m/s2,缸内气体可看作理想气体。

(1)活塞静止时,求汽缸内气体的压强;(2)若降低汽缸内气体的温度,当活塞A缓慢向右移动

l时,求汽缸内气体的温度。答案：(1)1.2×105Pa

(2)500K解析：(1)设静止时汽缸内气体压强为p1,活塞受力平衡p1S1+p0S2=p0S1+p1S2+mg,代入数据解得压强p1=1.2×105

Pa。(2)由活塞A受力平衡可知缸内气体压强没有变化,初状态,V1=S1l+S2l,

T1=600

K末状态,由盖-吕萨克定律得

代入数据解得T2=500

K。【变式训