2019-2020年高中物理第二章固體液體和氣體第八節(jié)氣體實(shí)驗(yàn)定律Ⅱ教學(xué)案粵教版選修3.doc

2019-2020年高中物理第二章固體液體和氣體第八節(jié)氣體實(shí)驗(yàn)定律教學(xué)案粵教版選修3目標(biāo)定位 1.知道什么是等容變化，知道查理定律的內(nèi)容和公式.2.知道什么是等壓變化，知道蓋呂薩克定律的內(nèi)容和公式.3.了解等容變化的pT圖線和等壓變化的VT圖線及其物理意義.4.會(huì)用分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律一、查理定律導(dǎo)學(xué)探究打足氣的自行車在烈日下曝曬，常常會(huì)爆胎，原因是什么？答案車胎在烈日下曝曬，胎內(nèi)的氣體溫度升高，氣體的壓強(qiáng)增大，把車胎脹破知識(shí)梳理1等容變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變時(shí)，壓強(qiáng)隨溫度的變化叫做等容變化2查理定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T成正比(填“正比”或“反比”)(2)表達(dá)式：pCT或.(3)適用條件：氣體的質(zhì)量和體積不變3等容線：pT圖象和pt圖象分別如圖1甲、乙所示圖14從圖1可以看出：pT圖象(或pt圖象)為一次函數(shù)圖象，由此我們可以得出一個(gè)重要推論：一定質(zhì)量的氣體，從初狀態(tài)(p、T)開(kāi)始發(fā)生等容變化，其壓強(qiáng)的變化量p與熱力學(xué)溫度的變化量T之間的關(guān)系為：.延伸思考圖1中斜率的不同能夠說(shuō)明什么問(wèn)題？答案斜率與體積成反比，斜率越大，體積越小二、蓋呂薩克定律1等壓變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，體積隨溫度的變化叫做等壓變化2蓋呂薩克定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，體積V與熱力學(xué)溫度T成正比(2)表達(dá)式：VCT或.(3)適用條件：氣體的質(zhì)量和壓強(qiáng)不變3等壓線：VT圖象和Vt圖象分別如圖2甲、乙所示圖24從圖2可以看出：VT圖象(或Vt圖象)為一次函數(shù)圖象，由此我們可以得出一個(gè)重要推論：一定質(zhì)量的氣體從初狀態(tài)(V、T)開(kāi)始發(fā)生等壓變化，其體積的變化量V與熱力學(xué)溫度的變化量T之間的關(guān)系為.延伸思考圖2中斜率的不同能夠說(shuō)明什么問(wèn)題？答案斜率與壓強(qiáng)成反比，斜率越大，壓強(qiáng)越小三、對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋導(dǎo)學(xué)探究如何從微觀角度來(lái)解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律？答案從決定氣體壓強(qiáng)的微觀因素上來(lái)解釋，即氣體分子的平均動(dòng)能和氣體分子的密集程度知識(shí)梳理1玻意耳定律的微觀解釋一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度不變，分子的平均動(dòng)能不變體積減小，分子的密集程度增大，單位時(shí)間內(nèi)撞擊單位面積器壁的分子數(shù)增多，氣體的壓強(qiáng)增大2查理定律的微觀解釋一定質(zhì)量的某種理想氣體，體積不變，則分子的密集程度不變，溫度升高，分子平均動(dòng)能增大，分子撞擊器壁的作用力變大，所以氣體的壓強(qiáng)增大3蓋呂薩克定律的微觀解釋一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度升高，分子的平均動(dòng)能增大，撞擊器壁的作用力變大，而要使壓強(qiáng)不變，則需使影響壓強(qiáng)的另一個(gè)因素分子的密集程度減小，所以氣體的體積增大.一、查理定律的應(yīng)用例1氣體溫度計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示玻璃測(cè)溫泡A內(nèi)充有氣體，通過(guò)細(xì)玻璃管B和水銀壓強(qiáng)計(jì)相連開(kāi)始時(shí)A處于冰水混合物中，左管C中水銀面在O點(diǎn)處，右管D中水銀面高出O點(diǎn)h114 cm，后將A放入待測(cè)恒溫槽中，上下移動(dòng)D，使C中水銀面仍在O點(diǎn)處，測(cè)得D中水銀面高出O點(diǎn)h244 cm.求恒溫槽的溫度(已知外界大氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓等于76 cmHg)圖3答案364 K(或91 )解析設(shè)恒溫槽的溫度為T2，由題意知T1273 KA內(nèi)氣體發(fā)生等容變化，根據(jù)查理定律得p1p0ph1p2p0ph2聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)得T2364 K(或91 )二、蓋呂薩克定律的應(yīng)用例2如圖4所示，絕熱的氣缸內(nèi)封有一定質(zhì)量的氣體，缸體質(zhì)量M200 kg，活塞質(zhì)量m10 kg，活塞橫截面積S100 cm2.活塞與氣缸壁無(wú)摩擦且不漏氣此時(shí)，缸內(nèi)氣體的溫度為27 ，活塞位于氣缸正中間，整個(gè)裝置都靜止已知大氣壓恒為p01.0105 Pa，重力加速度為g10 m/s2.求：圖4(1)缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng) p1；(2)缸內(nèi)氣體的溫度升高到多少時(shí)，活塞恰好會(huì)靜止在氣缸缸口AB處答案(1)3.0105 Pa(2)327 解析(1)以氣缸為研究對(duì)象(不包括活塞)，由氣缸受力平衡得：p1SMgp0S解得：p13.0105 Pa.(2)設(shè)當(dāng)活塞恰好靜止在氣缸缸口AB處時(shí)，缸內(nèi)氣體溫度為T2，壓強(qiáng)為p2，此時(shí)仍有p2SMgp0S，即缸內(nèi)氣體做等壓變化對(duì)這一過(guò)程研究缸內(nèi)氣體，由蓋呂薩克定律得：所以T22T1600 K故t2(600273)327 .三、pT圖象與VT圖象的應(yīng)用例3圖5甲是一定質(zhì)量的氣體由狀態(tài)A經(jīng)過(guò)狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的VT圖象，已知?dú)怏w在狀態(tài)A時(shí)的壓強(qiáng)是1.5105 Pa.圖5(1)根據(jù)圖象提供的信息，計(jì)算圖中TA的值(2)請(qǐng)?jiān)趫D乙坐標(biāo)系中，作出氣體由狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的pT圖象，并在圖線相應(yīng)位置上標(biāo)出字母A、B、C，如果需要計(jì)算才能確定有關(guān)坐標(biāo)值，請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程答案(1)200 K(2)見(jiàn)解析圖解析(1)根據(jù)蓋呂薩克定律可得所以TATB300 K200 K.(2)根據(jù)查理定律得pCpBpBpB1.5105 Pa2.0105 Pa則可畫出由狀態(tài)ABC的pT圖象如圖所示四、對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋例4(多選)對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，下列說(shuō)法正確的是()A體積不變，壓強(qiáng)增大時(shí)，氣體分子的平均動(dòng)能一定增大B溫度不變，壓強(qiáng)減小時(shí)，氣體的密度一定減小C壓強(qiáng)不變，溫度降低時(shí)，氣體的密度一定減小D溫度升高，壓強(qiáng)和體積可能都不變答案AB解析根據(jù)氣體壓強(qiáng)、體積、溫度的關(guān)系可知，體積不變，壓強(qiáng)增大時(shí)，氣體的溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能一定增大，選項(xiàng)A正確；溫度不變，壓強(qiáng)減小時(shí)，氣體體積增大，氣體的密度減小，故選項(xiàng)B正確；壓強(qiáng)不變，溫度降低時(shí)，體積減小，氣體的密度增大，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；溫度升高，壓強(qiáng)、體積中至少有一個(gè)會(huì)發(fā)生改變，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤1(查理定律的應(yīng)用)一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下，溫度由0 升高到10 時(shí)，其壓強(qiáng)的增量為p1，當(dāng)它由100 升高到110 時(shí)，所增壓強(qiáng)為p2，則p1與p2之比是()A101 B373273C11 D383283答案C解析由查理定律得pT，一定質(zhì)量的氣體在體積不變的條件下C，溫度由0 升高到10 和由100 升高到110 ，T10 K相同，故所增加的壓強(qiáng)p1p2，C項(xiàng)正確2(蓋呂薩克定律的應(yīng)用)如圖6所示，氣缸中封閉著溫度為100 的空氣，一重物用輕質(zhì)繩索經(jīng)光滑滑輪跟缸中活塞相連接，重物和活塞都處于平衡狀態(tài)，這時(shí)活塞離氣缸底的高度為10 cm.如果缸內(nèi)空氣溫度變?yōu)? ，重物將上升多少厘米？(繩索足夠長(zhǎng)，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)圖6答案2.68 cm解析這是一個(gè)等壓變化過(guò)程，設(shè)活塞的橫截面積為S.初態(tài)：T1(273100) K373 K，V110S末態(tài)：T2273 K，V2LS由蓋呂薩克定律得LSV1，L10 cm7.32 cm重物上升高度為10 cm7.32 cm2.68 cm.3(pT圖象與VT圖象的應(yīng)用)如圖7所示，是一定質(zhì)量的氣體從狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B、C到狀態(tài)D的pT圖象，已知?dú)怏w在狀態(tài)B時(shí)的體積是8 L，求VA和VC、VD，并畫出此過(guò)程的VT圖象圖7答案4 L8 L10.7 LVT圖象見(jiàn)解析圖解析AB為等溫過(guò)程，有pAVApBVB所以VA L4 LBC為等容過(guò)程，所以VCVB8 LCD為等壓過(guò)程，有，VDVC8 L L10.7 L此過(guò)程的VT圖象如圖所示：4(氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋)一定質(zhì)量的理想氣體，在壓強(qiáng)不變的條件下，溫度升高，體積增大，從分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)來(lái)分析，正確的是 ()A此過(guò)程中分子的平均速率不變，所以壓強(qiáng)保持不變B此過(guò)程中每個(gè)氣體分子碰撞器壁的平均沖擊力不變，所以壓強(qiáng)保持不變C此過(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)單位面積器壁的碰撞次數(shù)不變，所以壓強(qiáng)保持不變D以上說(shuō)法都不對(duì)答案D解析壓強(qiáng)與單位時(shí)間內(nèi)碰撞到器壁單位面積的分子數(shù)和每個(gè)分子的沖擊力有關(guān)，溫度升高，分子對(duì)器壁的平均沖擊力增大，單位時(shí)間內(nèi)碰撞到器壁單位面積的分子數(shù)應(yīng)減小，壓強(qiáng)才可能保持不變題組一查理定律的應(yīng)用1一定質(zhì)量的氣體，體積保持不變，下列過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)的是()A溫度升高，壓強(qiáng)增大B溫度升高，壓強(qiáng)減小C溫度不變，壓強(qiáng)增大D溫度不變，壓強(qiáng)減小答案A解析由查理定律pCT得溫度和壓強(qiáng)只能同時(shí)升高或同時(shí)降低，故A項(xiàng)正確2民間常用“拔火罐”來(lái)治療某些疾病，方法是將點(diǎn)燃的紙片放入一個(gè)小罐內(nèi)，當(dāng)紙片燃燒完時(shí)，迅速將火罐開(kāi)口端緊壓在皮膚上，火罐就會(huì)緊緊地被“吸”在皮膚上其原因是，當(dāng)火罐內(nèi)的氣體()A溫度不變時(shí)，體積減小，壓強(qiáng)增大B體積不變時(shí)，溫度降低，壓強(qiáng)減小C壓強(qiáng)不變時(shí)，溫度降低，體積減小D質(zhì)量不變時(shí)，壓強(qiáng)增大，體積減小答案B解析紙片燃燒時(shí)，罐內(nèi)氣體的溫度升高，將罐壓在皮膚上后，封閉氣體的體積不再改變，溫度降低時(shí)，由pT知封閉氣體壓強(qiáng)減小，火罐緊緊“吸”在皮膚上，B選項(xiàng)正確題組二蓋呂薩克定律的應(yīng)用3一定質(zhì)量的氣體保持其壓強(qiáng)不變，若其熱力學(xué)溫度降為原來(lái)的一半，則氣體的體積變?yōu)樵瓉?lái)的()A四倍 B二倍C一半 D四分之一答案C4房間里氣溫升高3 時(shí)，房間內(nèi)的空氣將有1%逸出到房間外，由此可計(jì)算出房間內(nèi)原來(lái)的溫度是 ()A7 B7 C17 D27 答案D解析以升溫前房間里的氣體為研究對(duì)象，由蓋呂薩克定律：，解得：T300 K，t27 ，所以答案選D.5一定質(zhì)量的空氣，27 時(shí)的體積為1.0102 m3，在壓強(qiáng)不變的情況下，溫度升高100 時(shí)體積是多大？答案1.33102 m3解析一定質(zhì)量的空氣，在等壓變化過(guò)程中，可以運(yùn)用蓋呂薩克定律進(jìn)行求解空氣的初、末狀態(tài)參量分別為初狀態(tài)：T1(27327) K300 K，V11.0102 m3；末狀態(tài)：T2(27327100) K400 K.由蓋呂薩克定律得，氣體溫度升高100 時(shí)的體積為V2V11.0102 m31.33102 m3.題組三pT圖象和VT圖象的考查6(多選)如圖1所示是一定質(zhì)量的氣體從狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B到狀態(tài)C的pT圖象，則下列判斷正確的是()圖1AVAVBBVBVCCVB<VCDVA>VC答案AC解析由題圖和查理定律可知VAVB，故A正確；由狀態(tài)B到狀態(tài)C，溫度不變，壓強(qiáng)減小，說(shuō)明體積增大，故C正確7. (多選)一定質(zhì)量的氣體的狀態(tài)經(jīng)歷了如圖2所示的ab、bc、cd、da四個(gè)過(guò)程，其中bc的延長(zhǎng)線通過(guò)原點(diǎn)，cd垂直于ab且與水平軸平行，da與bc平行，則氣體體積在()圖2Aab過(guò)程中不斷增加Bbc過(guò)程中保持不變Ccd過(guò)程中不斷增加Dda過(guò)程中保持不變答案AB解析首先，因?yàn)閎c的延長(zhǎng)線通過(guò)原點(diǎn)，所以bc是等容線，即氣體體積在bc過(guò)程中保持不變，B正確；ab是等溫線，壓強(qiáng)減小則體積增大，A正確；cd是等壓線，溫度降低則體積減小，C錯(cuò)誤；如圖所示，連接aO交cd于e，則ae是等容線，即VaVe，因?yàn)閂d<Ve，所以Vd<Va，所以da過(guò)程中氣體體積變大，D錯(cuò)誤8(多選)一定質(zhì)量的某種氣體自狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)C變化到狀態(tài)B，這一過(guò)程的VT圖象如圖3所示，則 ()圖3A在過(guò)程AC中，氣體的壓強(qiáng)不斷變大B在過(guò)程CB中，氣體的壓強(qiáng)不斷變小C在狀態(tài)A時(shí)，氣體的壓強(qiáng)最大D在狀態(tài)B時(shí)，氣體的壓強(qiáng)最大答案AD解析氣體的AC變化過(guò)程是等溫變化，由pVC可知，體積減小，壓強(qiáng)增大，故A正確在CB變化過(guò)程中，氣體的體積不發(fā)生變化，即為等容變化，由C可知，溫度升高，壓強(qiáng)增大，故B錯(cuò)誤綜上所述，在ACB過(guò)程中氣體的壓強(qiáng)始終增大，所以氣體在狀態(tài)B時(shí)的壓強(qiáng)最大，故C錯(cuò)誤，D正確題組四氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋9(多選)封閉在氣缸內(nèi)一定質(zhì)量的氣體，如果保持氣體體積不變，當(dāng)溫度升高時(shí)，以下說(shuō)法正確的是()A氣體的密度增大B氣體的壓強(qiáng)增大C氣體分子的平均動(dòng)能減小D每秒撞擊單位面積器壁的氣體分子數(shù)增多答案BD解析當(dāng)體積不變時(shí)，常量，T升高，壓強(qiáng)增大，B對(duì)由于質(zhì)量不變，體積不變，分子密度不變，而溫度升高，分子的平均動(dòng)能增大，所以單位時(shí)間內(nèi)，氣體分子對(duì)容器單位面積器壁碰撞次數(shù)增多，D對(duì)，A、C錯(cuò)10(多選)一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下，體積增大、壓強(qiáng)減小，體積減小、壓強(qiáng)增大的原因是 ()A體積增大后，氣體分子的平均速率變小了B體積減小后，氣體分子的平均速率變大了C體積增大后，單位體積內(nèi)的分子數(shù)變少了D體積減小后，在相等的時(shí)間內(nèi)，撞擊到單位面積上的分子數(shù)變多了答案CD解析氣體分子的平均速率跟溫度有關(guān)，溫度一定時(shí)，分子的平均速率一定，A、B錯(cuò)誤；體積增大，分子密度減小，體積減小后，分子密度增大，在相等的時(shí)間內(nèi)撞擊到單位面積上的分子數(shù)變多，C、D正確11. (多選)圖4中的實(shí)線表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化的pT圖象，變化方向如圖中箭頭所示，則下列說(shuō)法中正確的是()圖4Aab過(guò)程中氣體內(nèi)能增加，密度不變Bbc過(guò)程中氣體內(nèi)能增加，密度也增大Ccd過(guò)程中，氣體分子的平均動(dòng)能不變Dda過(guò)程中，氣體內(nèi)能增加，密度不變答案AC題組五綜合應(yīng)用12. 如圖5所示，一圓柱形容器豎直放置，通過(guò)活塞封閉著攝氏溫度為t的理想氣體活塞的質(zhì)量為m，橫截面積為S，與容器底部相距h.現(xiàn)通過(guò)電熱絲給氣體加熱一段時(shí)間，結(jié)果使活塞又緩慢上升了h，若這段時(shí)間內(nèi)氣體吸收的熱量為Q，已知大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g，不計(jì)器壁向外散失的熱量，求：圖5(1)氣體的壓強(qiáng)；(2)這段時(shí)間內(nèi)氣體的溫度升高了多少？答案(1)pp0(2)t273解析 (1)對(duì)活塞受力分析如圖所示，由平衡條件得pp0(2)由蓋呂薩克定律得：解得：t2732t即：ttt273t.13.有人設(shè)計(jì)了一種測(cè)溫裝置，其結(jié)構(gòu)如圖6所示，玻璃泡A內(nèi)封有一定質(zhì)量的氣體，與A相連的B管插在水銀槽中，管內(nèi)外水銀面的高度差x即可反映泡內(nèi)氣體的溫度，即環(huán)境溫度，并可由B管上的刻度直接讀出設(shè)B管的體積與A泡的體積相比可略去不計(jì)在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下對(duì)B管進(jìn)行溫度標(biāo)刻(1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)于76 cmHg的壓強(qiáng))已知當(dāng)溫度t127 時(shí)，管內(nèi)水銀面的高度為x116 cm，此高度即為27 的刻線，問(wèn)t0 的刻線在何處？圖6答案21.4 cm解析玻璃泡A內(nèi)氣體的初始狀態(tài)：T1300 K，p1(7616) cmHg60 cmHg.末狀態(tài)，即t0 的狀態(tài)：T0273 K，p？由查理定律得：pp160 cmHg54.6 cmHg，所以t0 時(shí)，水銀面的高度即t0 的刻線位置是：x0(7654.6) cm21.4 cm.14一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其中AB過(guò)程為等壓變化，BC過(guò)程為等容變化已知VA0.3 m3，TATC300 K，TB400 K.(1)求氣體在狀態(tài)B時(shí)的體積；(2)說(shuō)明BC過(guò)程壓強(qiáng)變化的微觀原因答案(1)0.4 m3(2)見(jiàn)解析解析(1)AB過(guò)程，由蓋呂薩克定律，VBVA0.3 m30.4 m3(2)BC過(guò)程，氣體體積不變，分子數(shù)密度不變，溫度降低，分子平均動(dòng)能減小，平均每個(gè)分子對(duì)器壁的沖擊力減小，壓強(qiáng)減小15.如圖7所示，一定質(zhì)量的氣體從狀態(tài)A經(jīng)B、C、D再回到A.問(wèn)AB、BC、CD、DA經(jīng)歷的是什么過(guò)程？已知?dú)怏w在狀態(tài)A時(shí)的體積是1 L，求在狀態(tài)B、C、D時(shí)的體積各為多少，并把此圖改為pV圖象圖7答案見(jiàn)解析解析AB為等容變化，壓強(qiáng)隨溫度升高而增大BC為等壓變化，體積隨溫度升高而增大CD為等溫變化，體積隨壓強(qiáng)減小而增大DA為等壓變化，體積隨溫度降低而減小由題意知VBVA1 L，因?yàn)椋訴CVB1 L2 L.由pCVCpDVD，得VDVC2 L6 L.所以VB1 L，VC2 L，VD6 L.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，題中四個(gè)過(guò)程的pV圖象如圖所示