2022年2021-教科版物理選修3-3講義：第2章+3.氣體實(shí)驗(yàn)定律及答案

1、2019-2020 年教科版物理選修3-3 講義：第2 章+3.氣體實(shí)驗(yàn)定律及答案- 1 - / 11 3. 氣體實(shí)驗(yàn)定律學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道氣體的三個(gè)狀態(tài)參量. 2.掌握控制變量法探究氣體實(shí)驗(yàn)定律 (重點(diǎn) ) 3.掌握三個(gè)氣體實(shí)驗(yàn)定律 (重點(diǎn)) 4.會(huì)用氣體實(shí)驗(yàn)定律計(jì)算有關(guān)問(wèn)題 (重點(diǎn)、難點(diǎn) ) 知識(shí)點(diǎn)一 | 氣體的狀態(tài)參量先填空 1研究氣體的性質(zhì)，用壓強(qiáng)、體積、溫度等物理量描述氣體的狀態(tài)描述氣體狀態(tài)的這幾個(gè)物理量叫做氣體的狀態(tài)參量2氣體的體積是指氣體占有空間的大小，就是貯放氣體的容器的容積在國(guó)際單位制中，體積的單位是立方米，符號(hào)是m3.常用單位間的換算關(guān)系：1 l103 m

2、3，1 ml106 m3. 3溫度是氣體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，熱力學(xué)溫度，亦稱絕對(duì)溫度，用符號(hào)t表示，單位是開(kāi)爾文，符號(hào)是k.兩種溫度間的關(guān)系是tt273. 4氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子對(duì)器壁撞擊的宏觀表現(xiàn)，用符號(hào)p表示在國(guó)際單位制中，單位是帕斯卡，符號(hào)是pa. 再判斷 1氣體體積就是所有氣體分子體積的總和( ) 2溫度越高，所有的分子運(yùn)動(dòng)越快( ) 3一個(gè)物體的溫度由10 升高到 20 ，與它從 288 k 升高到 298 k 所升高的溫度是相同的()后思考 攝氏溫度的 1 與熱力學(xué)溫度的1 k 大小相同嗎？精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - -

3、第 1 頁(yè)，共 11 頁(yè) - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 頁(yè)，共 11 頁(yè) - - - - - - - - -2019-2020 年教科版物理選修3-3 講義：第2 章+3.氣體實(shí)驗(yàn)定律及答案- 2 - / 11 【提示】熱力學(xué)溫度與攝氏溫度零點(diǎn)選擇不同，但它們的分度方法，即每一度的大小是相同的1溫度的含義 ：溫度表示物體的冷熱程度，這樣的定義帶有主觀性，因?yàn)槔錈崾怯扇梭w的感覺(jué)器官比較得到的，往往是不準(zhǔn)確的2溫標(biāo)(1)常見(jiàn)的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)(2)比較攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)

4、熱力學(xué)溫標(biāo)提出者攝爾修斯和施勒默爾英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文零度的規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度273.15 溫度名稱攝氏溫度熱力學(xué)溫度溫度符號(hào)t t單位名稱攝氏度開(kāi)爾文單位符號(hào)k關(guān)系tt273.15，粗略表示： tt273 1關(guān)于熱力學(xué)溫度下列說(shuō)法中正確的是() a 33 240 k b溫度變化 1 ，也就是溫度變化1 k c攝氏溫度與熱力學(xué)溫度都可能取負(fù)值d溫度由 t 升至 2t，對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)溫度升高了273 kte 136 比 136 k 溫度高【解析】t273t，由此可知： 33 240 k，a 正確，同時(shí) b 正確；d 中初態(tài)熱力學(xué)溫度為273t，末態(tài)為 2732t 溫度變化 t k，

5、故 d 錯(cuò)；對(duì)于攝氏溫度可取負(fù)值的范圍為0 到273 ，因絕對(duì)零度達(dá)不到， 故熱力學(xué)溫度不可能取精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 頁(yè)，共 11 頁(yè) - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 頁(yè)，共 11 頁(yè) - - - - - - - - -2019-2020 年教科版物理選修3-3 講義：第2 章+3.氣體實(shí)驗(yàn)定律及答案- 3 - / 11 負(fù)值，故 c 錯(cuò)；根據(jù) tt273，可知 136 137 k，e 正確【答案】abe 2下列關(guān)于熱力學(xué)溫

6、度的說(shuō)法中，正確的是() a熱力學(xué)溫度的零值等于273.15 b熱力學(xué)溫度變化1 k 和攝氏溫度變化1 ，變化量的大小是相等的c絕對(duì)零度是低溫的極限，永遠(yuǎn)達(dá)不到d1 就是 1 k e升高 1 就是升高 274.15 k 【解析】根據(jù)熱力學(xué)溫標(biāo)零值的規(guī)定可知a 正確；熱力學(xué)溫度變化1 k 和攝氏溫度變化 1 的變化量大小是相等的，但1 不是 1 k，b 正確，d、e 錯(cuò)誤；絕對(duì)零度是低溫的極限，只能無(wú)限接近而永遠(yuǎn)不可能達(dá)到，c 正確【答案】abc 3如果物體的溫度從27 升高到 127 ，用熱力學(xué)溫度表示，以下說(shuō)法不正確的是 () a物體的溫度升高了400 k b物體的溫度升高了100 k c物

7、體的溫度升高到400 k d物體的溫度升高到373 k e物體的溫度升高到273 k 【解析】由 tt273 知 27 時(shí)對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)溫度為300 k，127 時(shí)對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)溫度為400 k，所以升高了 100 k，b 和 c 正確， a、d、e 錯(cuò)誤【答案】ade 1熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系是tt273.15，因此對(duì)于同一溫度來(lái)說(shuō)，用不同的溫標(biāo)表示，數(shù)值不同，這是因?yàn)榱阒颠x取不同2在熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)中，熱力學(xué)溫度升高 (或降低 )1 k，則攝氏溫度也升高(或降低 )1 . 精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 頁(yè)，共 11 頁(yè)

8、- - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 頁(yè)，共 11 頁(yè) - - - - - - - - -2019-2020 年教科版物理選修3-3 講義：第2 章+3.氣體實(shí)驗(yàn)定律及答案- 4 - / 11 知識(shí)點(diǎn)二 | 玻意耳定律先填空 1等溫變化 ：一定質(zhì)量的氣體，如果在狀態(tài)變化時(shí)其溫度保持不變，這種變化稱為等溫變化2玻意耳定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度保持不變的情況下，壓強(qiáng)p 和體積 v成反比(2)公式： pv常量或 p1v1p2v2. (3)適用條件氣體質(zhì)量不變、溫度不變氣體壓強(qiáng)不太大、溫度不太低

9、再判斷 1在探究氣體壓強(qiáng)、體積、溫度三個(gè)狀態(tài)參量之間關(guān)系時(shí)采用控制變量法( )2玻意耳定律的成立條件是一定質(zhì)量的氣體，溫度保持不變( )3玻意耳定律的公式是p1v1p2v2.() 后思考 在探究氣體等溫變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)時(shí)，在改變封閉氣體的體積時(shí)，為什么要緩慢進(jìn)行？【提示】該實(shí)驗(yàn)的條件是氣體的質(zhì)量一定，溫度不變，體積變化時(shí)封閉氣體自身的溫度會(huì)發(fā)生變化，為保證溫度不變，應(yīng)給封閉氣體以足夠的時(shí)間進(jìn)行熱交換，以保證氣體的溫度不變1玻意耳定律 p1v1p2v2是實(shí)驗(yàn)定律，只有在氣體質(zhì)量一定、溫度不變的條件下才成立2玻意耳定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式pvc 中的常量 c 不是一個(gè)普適恒量，它與氣體的種類、質(zhì)量、溫度有關(guān)

10、，對(duì)一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，該恒量c 越大精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 頁(yè)，共 11 頁(yè) - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 頁(yè)，共 11 頁(yè) - - - - - - - - -2019-2020 年教科版物理選修3-3 講義：第2 章+3.氣體實(shí)驗(yàn)定律及答案- 5 - / 11 3應(yīng)用玻意耳定律的思路和方法(1)確定研究對(duì)象，并判斷是否滿足玻意耳定律成立的條件(2)確定始末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1、v1、p2、v2)(3)根據(jù)玻意耳定律

11、列方程p1v1p2v2，代入數(shù)值求解 (注意各狀態(tài)參量要統(tǒng)一單位)(4)注意分析題目中的隱含條件， 必要時(shí)還應(yīng)由力學(xué)或幾何知識(shí)列出輔助方程(5)有時(shí)要檢驗(yàn)結(jié)果是否符合實(shí)際，對(duì)不符合實(shí)際的結(jié)果要?jiǎng)h去4 一定質(zhì)量的氣體， 在做等溫變化的過(guò)程中， 下列物理量發(fā)生變化的有() a氣體的體積b單位體積內(nèi)的分子數(shù)c氣體的壓強(qiáng)d分子總數(shù)e氣體分子的平均動(dòng)能【解析】等溫過(guò)程中， p、v 發(fā)生相應(yīng)變化，單位體積內(nèi)的分子數(shù)也隨之發(fā)生相應(yīng)變化溫度不變，分子的平均動(dòng)能不變，故選a、b、c.【答案】abc 5.如圖所示，一汽缸水平固定在靜止的小車上，一質(zhì)量為m、面積為 s 的活塞將一定量的氣體封閉在汽缸內(nèi)，平衡時(shí)活塞與

12、汽缸底相距l(xiāng).現(xiàn)讓小車以一較小的水平恒定加速度向右運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定時(shí)發(fā)現(xiàn)活塞相對(duì)于汽缸移動(dòng)了距離d.已知大氣壓強(qiáng)為 p0，不計(jì)汽缸和活塞間的摩擦，且小車運(yùn)動(dòng)時(shí)，大氣對(duì)活塞的壓強(qiáng)仍可視為 p0，整個(gè)過(guò)程中溫度保持不變，求小車加速度的大小【解析】選汽缸內(nèi)被封閉的氣體為研究對(duì)象小車靜止時(shí)為狀態(tài)1，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，氣體的壓強(qiáng) p1p0氣體的體積 v1sl精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 頁(yè)，共 11 頁(yè) - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 頁(yè)，共 11

13、 頁(yè) - - - - - - - - -2019-2020 年教科版物理選修3-3 講義：第2 章+3.氣體實(shí)驗(yàn)定律及答案- 6 - / 11 設(shè)小車加速度為a 時(shí)為狀態(tài) 2，由牛頓第二定律得p2sp0sma氣體的壓強(qiáng) p2p0mas氣體的體積 v2s(ld)由玻意耳定律得p1v1p2v2聯(lián)立各式得 ap0sdm ld.【答案】p0sdm ld解題時(shí)的注意事項(xiàng)(1)壓強(qiáng)的確定方面：應(yīng)用玻意耳定律解題時(shí)，確定氣體的壓強(qiáng)是解題的關(guān)鍵，無(wú)論是液柱、活塞、汽缸，還是封閉在液面下的氣柱，都不要忘記大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生的影響(2)統(tǒng)一單位方面：列方程時(shí)，由于等式兩邊是對(duì)應(yīng)的，因此各物理量的單位可以不是國(guó)際單位，但

14、等式兩邊必須統(tǒng)一例如，體積可以都用升，壓強(qiáng)可以都用大氣壓知識(shí)點(diǎn)三 | 查理定律先填空 1等容變化一定質(zhì)量的氣體，在體積不變時(shí)，壓強(qiáng)和溫度的關(guān)系2查理定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)p 與熱力學(xué)溫度t 成正比精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 6 頁(yè)，共 11 頁(yè) - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 6 頁(yè)，共 11 頁(yè) - - - - - - - - -2019-2020 年教科版物理選修3-3 講義：第2 章+3.氣體實(shí)

15、驗(yàn)定律及答案- 7 - / 11 (2)公式：pt常量或p1t1p2t2或p1p2t1t2. (3)適用條件氣體的質(zhì)量一定，氣體的體積不變氣體壓強(qiáng)不太大、溫度不太低再判斷 1在質(zhì)量和體積不變的情況下，氣體的壓強(qiáng)與攝氏溫度成正比( ) 2在體積不變的條件下，壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比( ) 3 氣體在做等容變化時(shí)， 溫度升高 1 ，增大的壓強(qiáng)是原來(lái)壓強(qiáng)的1273.15.() 后思考 某登山運(yùn)動(dòng)員在一次攀登珠穆朗瑪峰的過(guò)程中，在接近山頂時(shí)他裸露在手腕上的防水手表的表盤玻璃突然爆裂了，而手表沒(méi)有受到任何撞擊，你知道其中的原因嗎？【提示】手表表殼可以看成一個(gè)密閉容器，出廠時(shí)封閉著一定質(zhì)量的氣體，登山過(guò)程中

16、氣體發(fā)生等容變化，因?yàn)楦呱缴巾敻浇臏囟鹊秃芏?，壓?qiáng)比山腳處小很多，內(nèi)外壓力差超過(guò)表盤玻璃的承受限度，便會(huì)發(fā)生爆裂1查理定律的適用條件 ：壓強(qiáng)不太大，溫度不太低的情況當(dāng)溫度較低，壓強(qiáng)較大時(shí)，氣體會(huì)液化，定律不再適用2公式變式由p1t1p1 pt1 t得p1t1 p t或 p tt1p1， t pp1t1. 6一定質(zhì)量的氣體在體積不變時(shí)，下列有關(guān)氣體的狀態(tài)變化的說(shuō)法正確的是() a溫度每升高1 ，壓強(qiáng)的增量是原來(lái)壓強(qiáng)的1273b溫度每升高 1 ，壓強(qiáng)的增量是0 時(shí)壓強(qiáng)的1273c氣體的壓強(qiáng)和熱力學(xué)溫度成正比精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第

17、 7 頁(yè)，共 11 頁(yè) - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 7 頁(yè)，共 11 頁(yè) - - - - - - - - -2019-2020 年教科版物理選修3-3 講義：第2 章+3.氣體實(shí)驗(yàn)定律及答案- 8 - / 11 d氣體的壓強(qiáng)和攝氏溫度成正比e壓強(qiáng)的變化量與熱力學(xué)溫度的變化量成正比【解析】根據(jù)查理定律： pct，知 c 正確；將 t(273t)k 代入得： pc(273t)，升高 1 時(shí)的壓強(qiáng)為 p1c(274t)，所以 pcp273tp0273，b正確；由pt p t可知 e 正確【答案】bce

18、7用易拉罐盛裝碳酸飲料非常衛(wèi)生和方便，但如果劇烈碰撞或嚴(yán)重受熱會(huì)導(dǎo)致爆炸我們通常用的可樂(lè)易拉罐容積v335 ml.假設(shè)在室溫 (17 )下罐內(nèi)裝有0.9v 的飲料，剩余空間充滿co2氣體，氣體壓強(qiáng)為1 atm.若易拉罐能承受的最大壓強(qiáng)為 1.2 atm，則保存溫度不能超過(guò)多少？【解析】本題為一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等容變化，取co2氣體為研究對(duì)象初態(tài)： p11 atm，t1(27317)k290 k，末態(tài)： p21.2 atm，t2待求由查理定律p1p2t1t2得 t2t1p2p12901.21k348 k.t(348273) 75 .【答案】75 利用查理定律解題的一般步驟(1)明確研究對(duì)象，并判

19、斷是否滿足其適用條件(2)確定始末狀態(tài)參量 (p1、t1，p2、t2)(3)根據(jù)查理定律列方程求解 (注意 p1和 p2、t1和 t2統(tǒng)一單位 )知識(shí)點(diǎn)四 | 蓋呂薩克定律先填空 精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 8 頁(yè)，共 11 頁(yè) - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 8 頁(yè)，共 11 頁(yè) - - - - - - - - -2019-2020 年教科版物理選修3-3 講義：第2 章+3.氣體實(shí)驗(yàn)定律及答案- 9 - / 11 1等壓變化一定質(zhì)量的

20、氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，體積和溫度的關(guān)系2蓋呂薩克定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，其體積v 與熱力學(xué)溫度 t 成正比(2)公式：vt常量或v1t1v2t2或v1v2t1t2. (3)適用條件氣體質(zhì)量一定，氣體壓強(qiáng)不變氣體壓強(qiáng)不太大、溫度不太低再判斷 1一定質(zhì)量的氣體，若壓強(qiáng)保持不變，則體積與熱力學(xué)溫度成正比( )2一定質(zhì)量的氣體，若壓強(qiáng)和體積保持不變，溫度可能會(huì)發(fā)生變化( ) 3一定質(zhì)量的氣體，若體積變大，則溫度一定升高( ) 后思考 一定質(zhì)量的某種氣體，溫度降得足夠低時(shí)其狀態(tài)是否發(fā)生變化？等壓變化是否還遵守蓋呂薩克定律？【提示】當(dāng)溫度降得比較低時(shí)，氣體就會(huì)變成液體，

21、甚至變成固體，此時(shí)將不再遵守蓋呂薩克定律1蓋呂薩克定律的適用范圍：壓強(qiáng)不太大，溫度不太低原因同查理定律2公式變式由v1t1v1 vt1 t得v1t1 v t，所以 v tt1v1， t vv1t1. 8對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，體積增大到原來(lái)的兩倍，則正確說(shuō)法是() a氣體的攝氏溫度升高到原來(lái)的兩倍精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 9 頁(yè)，共 11 頁(yè) - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 9 頁(yè)，共 11 頁(yè) - - - - - - - - -2019-2020 年教科版物理選修3-3 講義：第2 章+3.氣體實(shí)驗(yàn)定律及答案- 10 - / 11 b氣體的熱力學(xué)溫度升高到原來(lái)的兩倍c溫度每升高1 k 體積增加是原來(lái)的1273d體積的變化量與溫度的變化量成正比e氣體的體積與熱力學(xué)溫度成正比【解析】由蓋呂薩克定律可知a 錯(cuò)誤、 b 正確；溫度每升高1 即 1 k，體積增加是 0 體積的1273， c 錯(cuò)誤；由蓋呂薩克定律的變形式vt v t可知 d 正確；答案 b、d、e.【答案】bde 9如圖所示，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