【高中物理】氣體的等壓變化和等容變化 課件 2022-2023學(xué)年高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

2.3氣體的等壓變化和等容變化人教版（2019）物理選擇性必修第三冊

第二章

氣體、固體和液體學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.掌握蓋—呂薩克定律和查理定律的內(nèi)容、表達(dá)式及適用條件。2.會用氣體變化規(guī)律解決實(shí)際問題。3.理解p-T圖像與V-T圖像的物理意義。4.了解理想氣體的模型,并知道實(shí)際氣體看成理想氣體的條件。5.掌握理想氣體狀態(tài)方程的內(nèi)容和表達(dá)式,并能應(yīng)用方程解決實(shí)際問題。6.能用氣體分子動理論解釋三個氣體實(shí)驗(yàn)定律。新課引入1、炎熱的夏天，給汽車輪胎充氣時，一般都不充得太足。給自行車輪胎打氣時，也不能打得太足。這是什么原因呢？

2、冬季，裝有半瓶水的暖瓶經(jīng)過一個夜晚，第二天拔瓶口的軟木塞時會覺得很緊，不易拔出來。這是什么原因？3、如圖所示，燒瓶上通過橡膠塞連接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱。用手捂住燒瓶，會觀察到水柱緩慢向外移動。這說明了什么？

觀察與思考實(shí)驗(yàn)表明

在保持氣體的壓強(qiáng)不變的情況下，一定質(zhì)量氣體的體積隨溫度的升高而增大。等壓變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變時，體積隨溫度的變化的過程。一氣體的等壓變化1．氣體的等壓變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變時，體積隨溫度變化的過程。2．蓋—呂薩克定律一定質(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。(1)內(nèi)容：(2)表達(dá)式：V＝CT(其中C是常量)，或

或。一氣體的等壓變化tOV-273.15(3)圖像:等壓曲線p1<p2同一條直線上壓強(qiáng)相同p1TOVp2③壓強(qiáng)越大，斜率越小。如圖2：p1>p2>p3>p4。（4）對等壓線的理解V-t圖像中的等壓線①延長線通過(－273.15℃，0)的傾斜直線。②縱軸截距V0是氣體在0℃時的體積。一氣體的等壓變化V-T圖像中的等壓線①延長線通過原點(diǎn)的傾斜直線。②壓強(qiáng)越大，斜率越小。如圖3：p1>p2>p3>p4。(5)適用條件：①氣體的質(zhì)量不變②氣體的壓強(qiáng)不變一氣體的等壓變化4.一定質(zhì)量氣體的等壓線的物理意義①圖線上每一個點(diǎn)表示氣體一個確定的狀態(tài)，同一根等壓線上各狀態(tài)的壓強(qiáng)相同。一氣體的等壓變化5.蓋-呂薩克定律說明(1).蓋·呂薩克定律是實(shí)驗(yàn)定律，由法國科學(xué)家蓋·呂薩克通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。(2).一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等壓變化時，升高（或降低）相同的溫度，增加（或減?。┑捏w積是相同的。(3).解題時前后兩狀態(tài)的體積單位要統(tǒng)一。一氣體的等壓變化思想實(shí)驗(yàn)：滴液瓶中裝有干燥的空氣，用涂有少量潤滑油的橡皮塞蓋住瓶口把瓶子放入熱水中，會看到塞子飛出；把瓶子放在冰水混合物中，拔掉塞子時會比平時費(fèi)力。二、氣體的等容變化結(jié)論：一定質(zhì)量的氣體，保持體積不變，當(dāng)溫度升高時，氣體的壓強(qiáng)增大；當(dāng)溫度降低時，氣體的壓強(qiáng)減小。二、氣體的等容變化1、查理定律：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2、表達(dá)式C是比例常數(shù)，C與氣體的種類、質(zhì)量、體積有關(guān)3、適用條件：氣體質(zhì)量一定，體積不變；壓強(qiáng)不太大，溫度不太低二、氣體的等容變化——查理定律注意：①C和玻意耳定律表達(dá)式中的C都泛指比例常數(shù)，它們并不相等。查理定律是實(shí)驗(yàn)定律，由法國科學(xué)家查理通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的②P與熱力學(xué)溫度T成正比，不與攝氏溫度t二、氣體的等容變化——查理定律4、圖象表述：P-T圖中的等容線是一條延長線通過原點(diǎn)的傾斜直線縱坐標(biāo)是0攝氏度時的壓強(qiáng)，并非大氣壓5、圖像的物理意義：描述一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)隨溫度變化的關(guān)系。二、氣體的等容變化——查理定律6、圖象表述：圖像上點(diǎn)的物理意義：圖像上的每個點(diǎn)表示氣體的一個確定狀態(tài)（P、T），同一圖像上的各點(diǎn)描述的氣體狀態(tài)參量中，氣體的體積相同，因此圖像叫等容線。其延長線經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)。二、氣體的等容變化——查理定律6、注意：①P-T圖像是正比例函數(shù)，等容線與T軸交點(diǎn)為0。②P-t圖像是一次函數(shù)，等容線與t軸交點(diǎn)為-273.15℃。二、氣體的等容變化——查理定律如圖：一定質(zhì)量的氣體從初狀態(tài)（T1、P1）開始，發(fā)生一個等容變化過程，其壓強(qiáng)的變化量ΔP與溫度變量ΔT間有何關(guān)系？6、一定質(zhì)量的氣體在等容時，升高（或降低）相同的溫度，所增加（或減?。┑膲簭?qiáng)是相同的。二、氣體的等容變化——查理定律下圖的兩條等容線分別是一定質(zhì)量的氣體在不同容積下得到的，你能判斷出哪條圖線對應(yīng)的體積大嗎？8、等容線的斜率反映體積大小,斜率越小，體積越大；斜率越大，體積越小。二、氣體的等容變化——查理定律利用查理定律解釋生活中的現(xiàn)象冬季，裝有半瓶水的暖瓶經(jīng)過一個夜晚，第二天拔瓶口的軟木塞時會覺得很緊，不易拔出來，這是什么原因？因裝有半瓶水，在瓶中有一定量的氣體，在塞上瓶塞時，由于水溫較高，氣體的溫度高。經(jīng)過一夜的時間后，瓶中氣體的溫度降低，根據(jù)查理定律，一定質(zhì)量的氣體，在體積一定的情況下，溫度降低，壓強(qiáng)減小，這樣在瓶塞內(nèi)外形成了一定的壓力差。因此要將瓶塞拔出比較困難。利用查理定律解釋生活中的現(xiàn)象炎熱的夏天，如果將自行車內(nèi)胎充氣過足，停車時又沒能放在陰涼處，而是放在陽光下曝曬，這樣極易爆裂，你知道這是為什么嗎？上述情況中可以認(rèn)為氣體體積變化甚微，是等容變化，當(dāng)溫度升高時導(dǎo)致氣體壓強(qiáng)增大而使車胎爆裂。

二、氣體的等容變化——查理定律我國民間常用“拔火罐”來治療某些疾病，即將紙點(diǎn)燃后放入一個小罐內(nèi)，然后迅速將火罐開口端緊壓在人體的皮膚上，待火罐冷卻后，火罐就被緊緊地“吸”在皮膚上，你知道其中的道理嗎？體積不變時，溫度降低，壓強(qiáng)減小二、氣體的等容變化——查理定律例1

、如圖所示,圓柱形導(dǎo)熱汽缸頂部有一卡環(huán),橫截面積為S、質(zhì)量為m的活塞下方汽缸內(nèi)密封有熱力學(xué)溫度為T0的理想氣體,此時活塞恰好與卡環(huán)接觸而無作用力?，F(xiàn)在活塞上方緩慢添加小石塊(該過程中缸內(nèi)氣體的溫度不變),當(dāng)缸內(nèi)氣體的體積變?yōu)樵瓉淼娜种r停止添加石塊,大氣壓強(qiáng)p0=(g為重力加速度的大小),不計(jì)一切摩擦。(1)求所添加石塊的質(zhì)量M;(2)若停止添加石塊且系統(tǒng)穩(wěn)定后,對缸內(nèi)氣體緩慢加熱,求活塞返回卡環(huán)處且恰好與卡環(huán)間無作用力時缸內(nèi)氣體的熱力學(xué)溫度T。課堂練習(xí)例2

某溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示,儲有一定質(zhì)量理想氣體的玻璃測溫泡A通過細(xì)玻璃管B和水銀壓強(qiáng)計(jì)左管C相連,壓強(qiáng)計(jì)右管D與大氣相通,移動右管D可調(diào)節(jié)C管水銀面的高度,從而保證泡內(nèi)氣體體積不變。溫度計(jì)的定標(biāo)方法是,在1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,將測溫泡A浸在冰水混合物中,移動右管D,使壓強(qiáng)計(jì)C、D兩管的水銀面等高,恰好位于豎直放置刻度尺的零刻度處,將此處標(biāo)記為0℃;改變水溫,移動右管D,使C管中水銀面回到零刻度處,此時C、D管水銀面的高度差為h,通過高度差h即可確定測溫泡A處的溫度t,并標(biāo)刻在刻度尺上。已知1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓p0=76cmHg。(1)求刻度尺7.6cm處對應(yīng)的溫度t1;(2)通過計(jì)算說明這種溫度計(jì)的刻度是否均勻。解析(1)以測溫泡A中的氣體為研究對象,初狀態(tài),壓強(qiáng)p0=76

cmHg,溫度T0=273

K,末狀態(tài),壓強(qiáng)p1=(76+7.6)

cmHg=83.6

cmHg,溫度T1待求聯(lián)立解得T1=300.3

K所以有t1=(300.3-273)

℃=27.3

℃。(2)設(shè)C、D兩管水銀面高度差h和溫度t皆不帶單位,則A泡中氣體壓強(qiáng)為p=(76+h)

cmHgT=(273+t)

K答案(1)27.3℃

(2)見解析例3、某種氣體的壓強(qiáng)為2×105Pa，體積為1m3，溫度為200K。它經(jīng)過等溫過程后體積變?yōu)?m3。隨后，又經(jīng)過等容變化，溫度變?yōu)?00K，求此時氣體的壓強(qiáng).解：根據(jù)查理定律，有狀態(tài)1:p1=2×105Pa，V1=1m3，T1=200K根據(jù)玻意耳定律，有p1V1=p2V2等溫后狀態(tài)2:p2=?，V2=2m3，T2=200K等容后狀態(tài)3:p3=?，V3=2m3，T3=300K可得可得T1=T2V1=V2

例4、如圖所示,在兩端封閉、導(dǎo)熱良好、粗細(xì)均勻的U形細(xì)玻璃管內(nèi)有一段水銀柱,水銀柱的兩端各封閉有一段空氣,U形管兩端豎直朝上,環(huán)境溫度為240K時,左、右兩邊空氣柱的長度分別為l1=24cm和l2=16cm,左邊氣體的壓強(qiáng)為20cmHg?，F(xiàn)改變環(huán)境溫度,使左側(cè)豎直管內(nèi)水銀液面下降1cm(左側(cè)豎直管內(nèi)仍有水銀),求此時的環(huán)境溫度。解析對于左側(cè)氣體:初狀態(tài):p1=20cmHg,l1=24cm,T=240

K末狀態(tài):l1'=l1+Δh,p1'未知其中Δh=1

cm對于右側(cè)氣體:初狀態(tài):p2=12

cmHg,l2=16

cm,T=240

K末狀態(tài):p2'=p1'-10

cmHg,l2'=l2-Δh,T'待求聯(lián)立可得:T'=375

K。答案375K規(guī)律方法

1.應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程解決問題的基本思路

特別提醒:(1)理想氣體是不存在的,它是實(shí)際氣體在一定程度的近似?！袄硐霘怏w”如同力學(xué)中的“質(zhì)點(diǎn)”“彈簧振子”一樣,是一種理想的物理模型。(2)在涉及氣體的內(nèi)能、分子勢能問題時要特別注意是否為理想氣體,在涉及氣體的狀態(tài)參量關(guān)系時往往將實(shí)際氣體當(dāng)作理想氣體處理,但這時往往關(guān)注的是是否滿足一定質(zhì)量。2.解決圖像問題應(yīng)注意的幾個問題(1)看清坐標(biāo)軸,理解圖像的意義:圖像上的一個點(diǎn)表示一定質(zhì)量氣體的一個平衡狀態(tài),它對應(yīng)著三個狀態(tài)參量;圖像上的一條直線或曲線表示一定質(zhì)量氣體狀態(tài)變化的一個過程。(2)觀察圖像,弄清圖像中各量的變化情況,看是否屬于特殊變化過程,如等溫變化、等容變化或等壓變化。(3)若不是特殊過程,可在坐標(biāo)系中作特殊變化的圖像(如等溫線、等容線或等壓線)實(shí)現(xiàn)兩個狀態(tài)的比較。(4)涉及微觀量的考查時,要注意各宏觀量和相應(yīng)微觀量的對應(yīng)關(guān)系。例5、某種氣體的壓強(qiáng)為2×105Pa，體積為1m3，溫度為2