《气体的等容变化和等压变化》教案

《气体的等容变化和等压变化》教案一、学习目标1、通过实验理解并总结查理定律和盖-吕萨克定律；2、掌握查理定律和盖-吕萨克定律的内容、表达式及适用条件；3、理解p-T图像和V-T图像的物理意义；4、熟练掌握查理定律和盖-吕萨克定律，并能灵活运用其解决实际问题。二、重难点1、重点：掌握查理定律和盖-吕萨克定律的内容、表达式及其图像；2、难点：灵活运用查理定律和盖-吕萨克定律解决实际问题。三、学习过程环节教师活动学生活动设计目标一、引入新课提出问题：乒乓球扁了，通常可以把它放到热水中即可自然恢复，这是为什么？体积不变时，气体的压强和温度之间有什么关系？思考问题学生通过对生活中常见现象的讨论思考，猜想体积不变时，气体的压强和温度之间的关系二、探究气体的等容变化演示实验：气体的等容变化观看实验现象，记录数据，对实验现象进行讨论，总结规律。处理实验数据，理解查理定律。分析p-t图像和p-T图像的异同点。通过演示实验，让学生观察并总结一定质量的气体在体积不变的情况下压强与温度的关系，理解查理定律。三、运用查理定律分析问题尝试运用查理定律对实际问题进行分析并总结利用查理定律的解题思路。学生通过运用查理定律分析问题，进一步理解查理定律四、学习盖-吕萨克定律引导学生参考前面学习的查理定律理解分析盖-吕萨克定律在教师的引导下理解盖-吕萨克定律通过类比查理定律学习盖-吕萨克定律五、练一练巡走查看学生练习完成情况，个别提示，总结分析。运用查理定律和盖-吕萨克定律求解例题，总结查理定律和盖-吕萨克定律的解题思路。通过练习，掌握运用查理定律和盖-吕萨克定律分析问题的方法。六、比较p-T图像和V-T图像的异同点引导学生分析p-T图像和V-T图像的异同点讨论分析p-T图像和V-T图像的异同点通过对p-T图像和V-T图像的比较，进一步掌握运用查理定律和盖-吕萨克定律分析问题的方法。六、小结讨论小结本节课所学内容。课后篇素养形成必备知识基础练1.在冬季,剩有半瓶热水的暖水瓶经过一个夜晚后,第二天拔瓶口的软木塞时觉得很紧,不易拔出来,这种现象的主要原因是()A.软木塞受潮膨胀B.瓶口因温度降低而收缩变小C.白天气温升高,大气压强变大D.瓶内气体因温度降低而压强减小答案D解析冬季气温较低,瓶中的气体体积V不变时,由查理定律知温度T减小而使压强p减小,这样瓶外的大气压力将瓶塞往下推,使瓶塞盖得紧紧的,所以拔起来就感到很吃力,故D项正确。2.(上海宝山区二模)一个密闭容器中装有气体,当温度变化时气体压强减小了(不考虑容器热胀冷缩),则气体的()A.密度增大 B.密度减小C.分子平均动能增大 D.分子平均动能减小答案D解析一个密闭容器,又不考虑容器热胀冷缩,所以体积不变,质量不变,根据ρ=MV,可知密度不变,故A、B错误;气体的体积不变,压强减小,根据查理定律VT=C,可知温度降低,分子平均动能减小,故C错误3.(山东淄博二模)一定质量的理想气体由状态A沿平行于T轴的直线变化到状态B,然后沿过原点的直线由状态B变化到状态C,p-T图像如图所示。关于该理想气体在状态A、状态B和状态C时的体积VA、VB、VC的关系正确的是()A.VA=VB=VC B.VA<VB=VCC.VA>VB>VC D.VA<VB<VC答案B解析从A到B为等压变化,根据VT=C可知,随着温度的升高,体积增大,故VA<VB,从B到C为过坐标原点的直线,为等容变化,故VB=VC,所以VA<VB=VC,故A、C、D错误,B4.(上海金山区二模)如图,一定质量的理想气体从状态A沿直线变化到状态B的过程中,其温度()A.保持不变B.逐渐升高C.逐渐降低D.先升高后降低答案C解析根据理想气体方程知pVT=C,即p=CTV,p-1V图像上的点到原点连线的斜率反映温度的高低,如图知A点温度大于B点的温度,由A到B温度降低,故C正确,A、B5.如图所示,空的饮料罐中插入一根粗细均匀的透明吸管,罐口处密封,吸管内注入一小段油柱(长度可以忽略),制成简易气温计,已知饮料罐的容积为V,吸管内部横截面积为S,罐口外吸管长度为L0。当温度为T1时,油柱与罐口相距L1,不计大气压的变化。(1)简要说明吸管上标示的气温刻度是否均匀;(2)求气温计能测量的最高温度Tm。答案(1)刻度是均匀的(2)(解析(1)根据盖-吕萨克定律:VT=C,则V=CT所以ΔV=CΔT,即体积的变化量与温度的变化量成正比,吸管上标的刻度是均匀的;(2)罐内气体压强保持不变,有V+解得:Tm=(V6.如图所示,质量M=10kg的导热缸内用横截面积S=100cm2的活塞封有一定质量的气体,活塞与汽缸壁无摩擦且不漏气。现将弹簧一端固定在天花板上,另一端与活塞相连将汽缸悬起,当活塞位于汽缸正中间时,整个装置处于静止状态,此时缸内气体的温度为27℃。已知大气压恒为p0=1.0×105Pa,重力加速度g取10m/s2,忽略汽缸和活塞的厚度。(1)求缸内气体的压强p1;(2)若外界温度缓慢升高,活塞恰好静止在汽缸缸口处时,求缸内气体的摄氏温度。答案(1)9×104Pa(2)327℃解析(1)以缸套为研究对象,列受力平衡方程p1S+Mg=p0S解得:p1=9×104Pa(2)外界温度缓慢升高的过程中,缸内气体为等压变化。在这一过程中对缸内气体由盖-吕萨克定律得S所以T2=2T1=600K故t2=(600-273)℃=327℃。7.扣在水平桌面上的热杯盖有时会发生被顶起的现象。如图所示,横截面积为S的热杯盖扣在水平桌面上,开始时内部封闭气体的温度为300K,压强为大气压强p0。当封闭气体温度上升至303K时,杯盖恰好被整体顶起,放出少许气体后又落回桌面,其内部气体压强立刻减为p0,温度仍为303K。再经过一段时间,内部气体温度恢复到300K。求:(1)当温度上升至303K且尚未放出气体时,封闭气体的压强;(2)当温度恢复到300K时,竖直向上提起杯盖所需的最小外力。答案(1)101100p0(2)20110解析(1)以开始时封闭的气体为研究对象,由题意可知,初状态温度T0=300K,压强为p0;末状态温度T1=303K,压强设为p1,由查理定律得p0T代入数据得p1=101100p0②(2)设杯盖的质量为m,刚好被顶起时,由平衡条件得p1S=p0S+mg③放出少许气体后,以杯盖内的剩余气体为研究对象,由题意可知,初状态温度T2=303K,压强p2=p0,末状态温度T3=300K,压强设为p3,由查理定律得p2T设提起杯盖所需的最小外力为F,由平衡条件得F+p3S=p0S+mg⑤联立②③④⑤式,代入数据得F=20110100p关键能力提升练8.(上海宝山区一模)如图,上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置,活塞将气体封闭在汽缸内。设有a、b两卡环,使活塞只能向上滑动。开始时活塞搁在a、b上,现缓慢加热缸内气体,直到活塞刚要离开卡环。能正确反映缸内气体体积压强变化的V-1p图像是(答案C解析由题可知,气体做等容变化,由查理定律:pT=C可知,当气体的体积不变,温度升高时,气体的压强增大,则1p减小。由此可知,图像A、B、D都错误9.(上海奉贤区一模)如图,一定质量的理想气体从初始状态M经过M→1、M→2、M→3变化过程到达状态1、2、3,则气体()A.M→1过程不可能实现B.M→2过程体积保持不变C.M→3过程不可能实现D.M→3过程体积逐渐增大答案B解析由图示图像可知,M→2过程p-T图像的反向延长线过原点,即p与T成正比,该过程为等容过程,气体体积不变,故B正确。由理想气体状态方程pVT=C可知:p=CVT,p-T图像的斜率k=CV,p-T图像斜率越大,表明气体体积V越小,斜率越小气体体积V越大,由图示图线可知,M→1过程图线的斜率小于M→2过程图线的斜率,M→3过程图线斜率大于M→2过程图线的斜率,由于M→2过程气体体积不变,故M→1过程气体体积变大,M→3过程气体体积变小,即状态1的体积大于状态2的体积,状态3的体积小于状态2的体积,由理想气体状态方程可知,若气体体积变化,M→1、M→3过程都是可能实现的,故A、C10.如图所示,一导热性能良好的汽缸内用活塞封住一定质量的气体(不计活塞与缸壁的摩擦),缸底离地高度为H,活塞距地高度为h,当温度降低时,下列说法正确的是()A.气体压强减小 B.汽缸高度H减小C.活塞高度h减小 D.气体体积增大答案B解析对汽缸受力分析可知:Mg+p0S=pS,可知当温度降低时,气体的压强不变;对活塞和汽缸的整体受力分析可知:(m+M)g=kx,可知当温度变化时,x不变,即h不变;根据盖-吕萨克定律可得V1T1=V2T2,故温度降低时,气体的体积减小,因h不变,则汽缸高度H减小,选项11.(2019全国卷Ⅱ改编)如图所示p-V图像,1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态,对应的温度分别是T1、T2、T3。用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数,则下列说法正确的是()A.T1=T2>T3 B.T1=T3>T2C.N1=N2>N3 D.N1=N3>N2答案B解析从“1”到“2”是等容变化,根据查理定理可知“2”状态温度低,分子平均动能小,所以单位时间内撞击器壁上单位面积的平均次数少,即T1>T2,N1>N2;从“1”到“3”,因为1点状态压强与体积的积与3点状态压强与体积的积相等,说明T1=T3;从“2”到“3”是等压膨胀,气体分子在单位时间内撞击器壁单位面积的个数减少,即N2>N3,故B正确,A、C、D错误。12.(江苏扬州模拟)一定质量的理想气体由状态A经状态B变化到状态C的p-V图像如图所示。已知气体在状态C时的温度为27℃,阿伏加德罗常数为6.0×1023mol-1,在标准状态(压强p0=1.0×105Pa,温度t0=0℃)下理想气体的摩尔体积都为22.4L,求该气体的分子数。(计算结果保留一位有效数字)答案7×1022个解析设该理想气体在标准状态下体积为V,对状态C→标准状态,气体做等压变化,由盖-吕萨克定律得V则V=VCTCT0=3300×273L=2该气体的分子数N=VV0NA=2.7322.4×6.0×1023=13.图甲所示是一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C的V-T图像。已知气体在状态A时的压强是1.5×105Pa。(1)分析A到B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的温度值;(2)请在图乙坐标系中,作出由状态A经过状态B变为状态C的p-T图像,并在图线相应位置上标出字母A、B、C。如果需要计算才能确定有关坐标值,请写出计算过程。答案(1)200K(2)见解析解析(1)由题图甲可以看出,A与B的连线的延长线过原点O,所以从A到B是一个等压变化过程,即pA=pB。根据盖-吕萨克定律可得VA所以TA=VATBVB=0(2)由题图甲可以看出,从B到C是一个等容变化过程,根据查理定律得pB所以pC=TCpBTB=400×1.5×则可画出由状态A经B到C的p-T图像如图所示。14.负压救护车的主要装置为车上的负压隔离舱(即舱内气体压强低于外界的大气压强),这种负压舱既可以让外界气体流入,也可以将舱内气体过滤后排出。若该负压舱容积为0.6m3,初始时温度为27℃,大气压强为1.003×105Pa,隔离舱内负压为300Pa(舱内气体压强低于外界大气压的值)。转运到A地区后,外界温度变为15℃,大气压强为0.903×105Pa,已知负压舱导热性良好,气体均可视为理想气体,绝对零度取-273℃。若转运过程中负压舱内始终保持300Pa的稳定负压,负压舱与外界需有气体交换,请说明负压舱需向外界排出气体还是从外界吸收气体,并计算这部分气体在负压舱内压强和温度下的体积。答案需向外界排出气体0.22m3解析若负压舱运输过程中与外界没有气体交换