新教材2025版高中物理第二章氣體固體和液體3.氣體的等壓變化和等容變化學(xué)生用書新人教版選擇性必修第三冊(cè)

3.氣體的等壓變更和等容變更素養(yǎng)目標(biāo)1.知道什么是氣體的等容和等壓變更過(guò)程；駕馭查理定律和蓋-呂薩克定律的內(nèi)容；理解p-T和V-T圖像的物理意義；知道查理定律的適用條件．知道什么是志向氣體．會(huì)用氣體分子動(dòng)理論的學(xué)問(wèn)說(shuō)明氣體試驗(yàn)定律．(物理觀念)2．依據(jù)蓋-呂薩克定律和查理定律的內(nèi)容，理解p-T和V-T圖像的物理意義．(科學(xué)思維)自主落實(shí)·必備學(xué)問(wèn)全過(guò)關(guān)一、氣體的等壓變更1．等壓變更肯定質(zhì)量的某種氣體，在________時(shí)，體積隨溫度變更的過(guò)程叫作氣體的等壓變更．2．蓋-呂薩克定律(1)內(nèi)容：肯定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變的狀況下，其體積V與熱力學(xué)溫度T不能是攝氏溫度成正比．(2)公式：V＝________或V1T1(3)適用條件：氣體________肯定，________不變．(4)等壓變更的圖像：由V＝CT可知在V-T坐標(biāo)系中，等壓線是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，如圖所示．二、氣體的等容變更1．等容變更肯定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變時(shí)，________隨________變更的過(guò)程叫作氣體的等容變更．2．查理定律(1)內(nèi)容：肯定質(zhì)量的某種氣體，在________的狀況下，________與熱力學(xué)溫度T不能是攝氏溫度成正比．(2)公式：p＝________或p1T1(3)適用條件：氣體的________肯定，________不變．三、志向氣體1．志向氣體志向化模型在任何溫度、任何壓強(qiáng)下都遵從________的氣體．2．志向氣體與實(shí)際氣體在________不低于零下幾十?dāng)z氏度、________不超過(guò)大氣壓的幾倍時(shí)，把實(shí)際氣體當(dāng)成志向氣體來(lái)處理，誤差很?。?．志向氣體的狀態(tài)方程(1)內(nèi)容：肯定質(zhì)量的某種志向氣體，在從某一狀態(tài)變更到另一狀態(tài)時(shí)，盡管壓強(qiáng)p、體積V、溫度T都可能變更，但是________________的乘積與________之比保持不變．(2)表達(dá)式：①p1(3)成立條件：肯定質(zhì)量的________．四、氣體試驗(yàn)定律的微觀說(shuō)明用分子動(dòng)理論可以定性說(shuō)明氣體的試驗(yàn)定律．1．玻意耳定律肯定質(zhì)量的某種志向氣體，溫度保持不變時(shí)，分子的平均動(dòng)能確定撞擊力是__________的．在這種狀況下，體積減小時(shí)，分子的________增大，單位時(shí)間內(nèi)、單位面積上碰撞器壁的分子數(shù)就多，氣體的壓強(qiáng)由每個(gè)分子的撞擊力和單位面積撞擊的分子個(gè)數(shù)確定就________．這就是玻意耳定律的微觀說(shuō)明．2．蓋-呂薩克定律肯定質(zhì)量的某種志向氣體，溫度上升時(shí)，分子的________增大；只有氣體的________同時(shí)增大，使分子的________減小，才能保持壓強(qiáng)不變．這就是蓋-呂薩克定律的微觀說(shuō)明．3．查理定律肯定質(zhì)量的某種志向氣體，體積保持不變時(shí)，分子的________保持不變．在這種狀況下，溫度上升時(shí)，分子的________增大，氣體的________就增大．這就是查理定律的微觀說(shuō)明．走進(jìn)生活如圖所示，燥熱的夏天，給汽車輪胎充氣時(shí)為什么不能充得太足，給自行車打氣時(shí)也不能打得太足？合作探究·實(shí)力素養(yǎng)全提升探究一氣體的等壓變更情境探究如圖所示，用紅色液體封閉燒瓶?jī)?nèi)的氣體，雙手捂燒瓶時(shí)，紅色液體怎樣移動(dòng)？為什么？核心歸納1.蓋-呂薩克定律的適用條件肯定質(zhì)量的志向氣體，壓強(qiáng)不變．2．公式變式由V1T1＝V1+ΔVT1+ΔT得V1T1應(yīng)用體驗(yàn)例1如圖所示為一簡(jiǎn)易火災(zāi)報(bào)警裝置，其原理是豎直放置的試管中裝有水銀，當(dāng)溫度上升時(shí)，水銀柱上升，使電路導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警的響聲.27℃時(shí)，被封閉的志向氣體氣柱長(zhǎng)L1為20cm，水銀柱上表面與導(dǎo)線下端的距離L2為5cm.問(wèn)：(1)當(dāng)溫度變更時(shí)，封閉氣柱的壓強(qiáng)是否變更？(水銀不會(huì)溢出試管)(2)當(dāng)溫度達(dá)到多少攝氏度時(shí)，報(bào)警器會(huì)報(bào)警？針對(duì)訓(xùn)練1.一圓柱形汽缸，質(zhì)量M為10kg，總長(zhǎng)度L為40cm，內(nèi)有一活塞，質(zhì)量m為5kg，橫截面積S為50cm2，活塞與汽缸壁間摩擦可忽視，但不漏氣(不計(jì)汽缸壁與活塞厚度)，當(dāng)外界大氣壓強(qiáng)p0為1×105Pa，溫度t0為7℃時(shí)，假如用繩子系住活塞將汽缸懸掛起來(lái)，如圖所示，汽缸內(nèi)氣體柱的高L1為35cm，g取10m/s2.求：(1)此時(shí)汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)；(2)當(dāng)溫度上升到多少攝氏度時(shí)，活塞與汽缸將分別？探究二氣體的等容變更情境探究我國(guó)民間常用“拔火罐”來(lái)治療某些疾病，即先加熱罐中氣體，然后快速將火罐開(kāi)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？核心歸納1.查理定律的適用條件肯定質(zhì)量的志向氣體，體積不變．2．公式變式由p1T1＝p1+ΔpT1+ΔT得p1T1應(yīng)用體驗(yàn)例2氣體溫度計(jì)結(jié)構(gòu)如圖所示，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．起先時(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)h1＝14cm，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)h2＝44cm.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標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)于76cmHg)．針對(duì)訓(xùn)練2.某雙層玻璃保溫杯夾層中有少量空氣，溫度為27℃時(shí)，壓強(qiáng)為3.0×103Pa.(1)當(dāng)夾層中空氣的溫度升至37℃，求此時(shí)夾層中空氣的壓強(qiáng)；(2)當(dāng)保溫杯外層出現(xiàn)裂隙，靜置足夠長(zhǎng)時(shí)間，求夾層中增加的空氣質(zhì)量與原有空氣質(zhì)量的比值，設(shè)環(huán)境溫度為27℃，大氣壓強(qiáng)為1.0×105Pa規(guī)律方法利用蓋-呂薩克定律或查理定律解題的一般步驟(1)確定探討對(duì)象，即被封閉的氣體．(2)分析被探討氣體在狀態(tài)變更時(shí)是否符合定律成立條件，即是否是質(zhì)量和壓強(qiáng)(或體積)保持不變．(3)確定初、末兩個(gè)狀態(tài)的溫度、體積(壓強(qiáng))．(4)按蓋-呂薩克定律或查理定律列式求解，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行探討．探究三志向氣體的狀態(tài)方程核心歸納1．表達(dá)式p1V1T1＝p2．適用條件：該方程在志向氣體質(zhì)量不變的條件下才適用，表示肯定質(zhì)量的志向氣體三個(gè)狀態(tài)參量的關(guān)系，與變更過(guò)程無(wú)關(guān)．3．志向氣體的特點(diǎn)(1)志向氣體嚴(yán)格遵守氣體試驗(yàn)定律及志向氣體狀態(tài)方程．(2)志向氣體分子本身不占有空間．(3)志向氣體分子間無(wú)相互作用的引力和斥力．(4)志向氣體分子無(wú)分子勢(shì)能，內(nèi)能等于全部分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能之和，只和溫度有關(guān)．應(yīng)用體驗(yàn)題型1對(duì)志向氣體的理解例3(多選)下列對(duì)志向氣體的理解，正確的有()A．志向氣體事實(shí)上并不存在，只是一種志向模型B．只要?dú)怏w壓強(qiáng)不是很高就可視為志向氣體C．肯定質(zhì)量的某種志向氣體的內(nèi)能與溫度、體積都有關(guān)D．在任何溫度、任何壓強(qiáng)下，志向氣體都遵循氣體試驗(yàn)定律[試解]題型2志向氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用例1[2024·云南昆明一模]如圖所示，柱形汽缸固定在水平地面上，汽缸內(nèi)用輕質(zhì)活塞封閉肯定質(zhì)量的志向氣體，活塞能沿汽缸壁無(wú)摩擦滑動(dòng)且不漏氣．勁度系數(shù)為k＝10N/cm的輕彈簧一端與活塞相連，另一端固定在汽缸底部．活塞靜止時(shí)到汽缸底部的距離為100cm，氣體溫度為27℃，此時(shí)彈簧的壓縮量為x1＝20cm.已知活塞的橫截面積為S＝100cm2，取大氣壓強(qiáng)為p0＝1×105Pa，彈簧體積不計(jì)．(1)求缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)．(2)若緩慢對(duì)缸內(nèi)氣體加熱直到彈簧的伸長(zhǎng)量為x2＝20cm，求此時(shí)氣體的溫度．針對(duì)訓(xùn)練3.如圖所示，一端封閉、粗細(xì)勻稱的U形玻璃管開(kāi)口向上豎直放置，管內(nèi)用水銀將一段氣體封閉在管中．當(dāng)溫度為280K時(shí)，被封閉的氣柱長(zhǎng)L＝22cm，兩邊水銀柱高度差h＝16cm，大氣壓強(qiáng)p0＝76cmHg.(1)為使左端水銀面下降3cm，封閉氣體溫度應(yīng)變?yōu)槎嗌伲?2)封閉氣體的溫度重新回到280K后，為使封閉氣柱長(zhǎng)度變?yōu)?0cm，需向開(kāi)口端注入的水銀柱長(zhǎng)度為多少？學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1.如圖所示，容積肯定的測(cè)溫泡，上端有感知?dú)怏w壓強(qiáng)的壓力傳感器．待測(cè)物體溫度上升時(shí)，泡內(nèi)封閉氣體()A．內(nèi)能不變，壓強(qiáng)變大B．體積不變，壓強(qiáng)變大C．溫度不變，壓強(qiáng)變小D．溫度降低，壓強(qiáng)變小2.如圖所示，兩端開(kāi)口的U形管，右側(cè)直管中有一部分空氣被一段水銀柱與外界隔開(kāi)，若在左管中再注入一些水銀，平衡后則()A．下部?jī)蓚?cè)水銀面A、B高度差h減小B．h增大C．右側(cè)封閉氣柱體積變小D．水銀面A、B高度差h不變3．肯定質(zhì)量的某種氣體在等壓變更過(guò)程中體積增大了原來(lái)的12A．上升了450KB．上升了150℃C．上升了40.5℃D．上升了450℃4．肯定質(zhì)量的氣體，在體積不變的狀況下，由50℃加熱到100℃，氣體的壓強(qiáng)變更狀況是()A．氣體壓強(qiáng)是原來(lái)的2倍B．氣體壓強(qiáng)比原來(lái)增大了50C．氣體壓強(qiáng)是原來(lái)的3倍D．氣體壓強(qiáng)比原來(lái)增大了505.如圖甲所示，一支上端開(kāi)口、粗細(xì)勻稱的足夠長(zhǎng)玻璃管豎直放置，玻璃管內(nèi)一段長(zhǎng)度為10cm的水銀柱封閉了一段長(zhǎng)度為5cm的空氣柱，環(huán)境溫度為27℃，外界大氣壓強(qiáng)p0＝75cmHg.求：(1)管內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)為多大？(2)若將玻璃管插入某容器的液體中，如圖乙所示，這時(shí)空氣柱的長(zhǎng)度增大了2cm，則該液體的溫度為多少？3．氣體的等壓變更和等容變更自主落實(shí)·必備學(xué)問(wèn)全過(guò)關(guān)一、1．壓強(qiáng)不變2．(2)CT(3)質(zhì)量壓強(qiáng)二、1．壓強(qiáng)溫度2．(1)體積不變壓強(qiáng)p(2)CT(3)質(zhì)量體積三、1．氣體試驗(yàn)定律2．溫度壓強(qiáng)3．(1)壓強(qiáng)p跟體積V熱力學(xué)溫度T(2)p2V四、1．肯定數(shù)密度增大2．平均動(dòng)能體積數(shù)密度3．?dāng)?shù)密度平均動(dòng)能壓強(qiáng)走進(jìn)生活提示：夏天溫度上升，輪胎內(nèi)氣體的壓強(qiáng)增大，簡(jiǎn)單導(dǎo)致爆胎．合作探究·實(shí)力素養(yǎng)全提升探究一情境探究提示：紅色液體向上移動(dòng)．燒瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)保持不變，當(dāng)溫度上升時(shí)，燒瓶?jī)?nèi)氣體體積增加，紅色液體向上移動(dòng)．應(yīng)用體驗(yàn)[例1]解析：(1)封閉氣柱的壓強(qiáng)為p＝p0＋ρgh，當(dāng)溫度變更時(shí)，p0與h均不變，故封閉氣柱的壓強(qiáng)不變；(2)設(shè)試管橫截面積為S，對(duì)水銀封閉的氣體，初狀態(tài)：V1＝L1S＝20cm·S，T1＝(273＋27)K＝300K．末狀態(tài)：V2＝(L1＋L2)S＝25cm·S，T2＝273K＋t2，由蓋-呂薩克定律得V1T1＝V2答案：(1)不變(2)102℃針對(duì)訓(xùn)練1．解析：(1)對(duì)汽缸受力分析，受重力、外界大氣的壓力、汽缸內(nèi)氣體的壓力，依據(jù)平衡條件得p0S＝pS＋Mg則p＝p0－MgS＝1×105Pa－10050×(2)溫度上升，汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不變，體積增大，則有V1T1氣柱的總長(zhǎng)度為40cm，代入數(shù)據(jù)得35S280＝解得：T2＝320K＝(320－273)℃＝47℃.答案：(1)8×104Pa(2)47℃探究二情境探究提示：火罐內(nèi)的氣體體積肯定，冷卻后氣體的溫度降低，壓強(qiáng)減小，故在大氣壓力的作用下被“吸”在皮膚上．應(yīng)用體驗(yàn)[例2]解析：設(shè)恒溫槽的溫度為T2，由題意知T1＝273K，A內(nèi)氣體發(fā)生等容變更，依據(jù)查理定律得p1T1p1＝p0＋ph1，p2＝p0十ph2聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得T2＝364K(或91℃)．答案：364K(或91℃)針對(duì)訓(xùn)練2．解析：(1)初狀態(tài)：p1＝3.0×103Pa，T1＝(273＋27)K＝300K，末狀態(tài)：T2＝(273＋37)K＝310K，設(shè)壓強(qiáng)為p2，依據(jù)查理定律得p1T1解得p2＝3.1×103Pa.(2)保溫杯外層出現(xiàn)裂隙，靜置足夠長(zhǎng)時(shí)間，以?shī)A層中原有空氣為探討對(duì)象，由玻意耳定律得p1V＝p0V′，解得V′＝0.03V，夾層中增加的空氣質(zhì)量與原有空氣質(zhì)量的比值Δmm＝V-答案：(1)3.1×103Pa(2)97探究三應(yīng)用體驗(yàn)[例3]解析：實(shí)際的氣體在肯定的條件下都是志向氣體的近似，所以A項(xiàng)正確；B項(xiàng)忽視了溫度的條件，所以解除；肯定質(zhì)量的某種志向氣體的內(nèi)能與溫度有關(guān)，與體積無(wú)關(guān)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；氣體試驗(yàn)定律的適用條件就是肯定質(zhì)量的志向氣體，D項(xiàng)正確．答案：AD[例4]解析：(1)活塞的橫截面積為S＝100cm2＝0.01m2，此時(shí)彈簧的彈力為F＝kx1＝200N設(shè)缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為p1，對(duì)活塞分析由平衡條件得p0S＝F＋p1S解得p1＝0.8×105Pa.(2)初狀態(tài)，汽缸內(nèi)的體積為V1＝Sl氣體溫度為T1＝(273＋27)K＝300K若緩慢對(duì)缸內(nèi)氣體加熱直到彈簧的伸長(zhǎng)量為x2＝20cm，則有汽缸內(nèi)的體積為V2＝S(l＋x1＋x2)此時(shí)汽缸內(nèi)的壓強(qiáng)滿意p2S＝p0S＋kx2解得p2＝1.2×105Pa，依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程得p1V聯(lián)立解得T2＝630K氣體的溫度t＝(630－273)℃＝357℃.答案：(1)0.8×105Pa(2)357℃針對(duì)訓(xùn)練3