粵教版選修33 第二章 第八節(jié) 氣體實驗定律 (Ⅱ) 學案.docx

第八節(jié)氣體實驗定律 ()目標定位 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.會用分子動理論和統(tǒng)計觀點解釋氣體實驗定律一、查理定律導學探究打足氣的自行車在烈日下曝曬，常常會爆胎，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，氣體的壓強增大，把車胎脹破知識梳理1等容變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變時，壓強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p與熱力學溫度t成正比(填“正比”或“反比”)(2)表達式：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重要推論：一定質(zhì)量的氣體，從初狀態(tài)(p、t)開始發(fā)生等容變化，其壓強的變化量p與熱力學溫度的變化量t之間的關(guān)系為：.延伸思考圖1中斜率的不同能夠說明什么問題？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，在壓強不變時，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，在壓強不變的情況下，體積v與熱力學溫度t成正比(2)表達式：vct或.(3)適用條件：氣體的質(zhì)量和壓強不變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重要推論：一定質(zhì)量的氣體從初狀態(tài)(v、t)開始發(fā)生等壓變化，其體積的變化量v與熱力學溫度的變化量t之間的關(guān)系為.延伸思考圖2中斜率的不同能夠說明什么問題？答案斜率與壓強成反比，斜率越大，壓強越小三、對氣體實驗定律的微觀解釋導學探究如何從微觀角度來解釋氣體實驗定律？答案從決定氣體壓強的微觀因素上來解釋，即氣體分子的平均動能和氣體分子的密集程度知識梳理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，分子的平均動能不變體積減小，分子的密集程度增大，單位時間內(nèi)撞擊單位面積器壁的分子數(shù)增多，氣體的壓強增大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，分子平均動能增大，分子撞擊器壁的作用力變大，所以氣體的壓強增大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，分子的平均動能增大，撞擊器壁的作用力變大，而要使壓強不變，則需使影響壓強的另一個因素分子的密集程度減小，所以氣體的體積增大.一、查理定律的應用例1氣體溫度計結(jié)構(gòu)如圖3所示玻璃測溫泡a內(nèi)充有氣體，通過細玻璃管b和水銀壓強計相連開始時a處于冰水混合物中，左管c中水銀面在o點處，右管d中水銀面高出o點h114 cm，后將a放入待測恒溫槽中，上下移動d，使c中水銀面仍在o點處，測得d中水銀面高出o點h244 cm.求恒溫槽的溫度(已知外界大氣壓為1個標準大氣壓，1個標準大氣壓等于76 cmhg)圖3答案364 k(或91 )解析設恒溫槽的溫度為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.活塞與氣缸壁無摩擦且不漏氣此時，缸內(nèi)氣體的溫度為27 ，活塞位于氣缸正中間，整個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 p1；(2)缸內(nèi)氣體的溫度升高到多少時，活塞恰好會靜止在氣缸缸口ab處答案(1)3.0105 pa(2)327 解析(1)以氣缸為研究對象(不包括活塞)，由氣缸受力平衡得：p1smgp0s解得：p13.0105 pa.(2)設當活塞恰好靜止在氣缸缸口ab處時，缸內(nèi)氣體溫度為t2，壓強為p2，此時仍有p2smgp0s，即缸內(nèi)氣體做等壓變化對這一過程研究缸內(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圖象的應用例3圖5甲是一定質(zhì)量的氣體由狀態(tài)a經(jīng)過狀態(tài)b變?yōu)闋顟B(tài)c的vt圖象，已知氣體在狀態(tài)a時的壓強是1.5105 pa.圖5(1)根據(jù)圖象提供的信息，計算圖中ta的值(2)請在圖乙坐標系中，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，并在圖線相應位置上標出字母a、b、c，如果需要計算才能確定有關(guān)坐標值，請寫出計算過程答案(1)200 k(2)見解析圖解析(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、對氣體實驗定律的微觀解釋例4(多選)對一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是()a體積不變，壓強增大時，氣體分子的平均動能一定增大b溫度不變，壓強減小時，氣體的密度一定減小c壓強不變，溫度降低時，氣體的密度一定減小d溫度升高，壓強和體積可能都不變答案ab解析根據(jù)氣體壓強、體積、溫度的關(guān)系可知，體積不變，壓強增大時，氣體的溫度升高，氣體分子的平均動能一定增大，選項a正確；溫度不變，壓強減小時，氣體體積增大，氣體的密度減小，故選項b正確；壓強不變，溫度降低時，體積減小，氣體的密度增大，故選項c錯誤；溫度升高，壓強、體積中至少有一個會發(fā)生改變，故選項d錯誤1(查理定律的應用)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，其壓強的增量為p1，當它由100 升高到110 時，所增壓強為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p1p2，c項正確2(蓋呂薩克定律的應用)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，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)圖6答案2.68 cm解析這是一個等壓變化過程，設活塞的橫截面積為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，已知氣體在狀態(tài)b時的體積是8 l，求va和vc、vd，并畫出此過程的vt圖象圖7答案4 l8 l10.7 lvt圖象見解析圖解析ab為等溫過程，有pavapbvb所以va l4 lbc為等容過程，所以vcvb8 lcd為等壓過程，有，vdvc8 l l10.7 l此過程的vt圖象如圖所示：4(氣體實驗定律的微觀解釋)一定質(zhì)量的理想氣體，在壓強不變的條件下，溫度升高，體積增大，從分子動理論的觀點來分析，正確的是 ()a此過程中分子的平均速率不變，所以壓強保持不變b此過程中每個氣體分子碰撞器壁的平均沖擊力不變，所以壓強保持不變c此過程中單位時間內(nèi)氣體分子對單位面積器壁的碰撞次數(shù)不變，所以壓強保持不變d以上說法都不對答案d解析壓強與單位時間內(nèi)碰撞到器壁單位面積的分子數(shù)和每個分子的沖擊力有關(guān)，溫度升高，分子對器壁的平均沖擊力增大，單位時間內(nèi)碰撞到器壁單位面積的分子數(shù)應減小，壓強才可能保持不變題組一查理定律的應用1一定質(zhì)量的氣體，體積保持不變，下列過程可以實現(xiàn)的是()a溫度升高，壓強增大b溫度升高，壓強減小c溫度不變，壓強增大d溫度不變，壓強減小答案a解析由查理定律pct得溫度和壓強只能同時升高或同時降低，故a項正確2民間常用“拔火罐”來治療某些疾病，方法是將點燃的紙片放入一個小罐內(nèi)，當紙片燃燒完時，迅速將火罐開口端緊壓在皮膚上，火罐就會緊緊地被“吸”在皮膚上其原因是，當火罐內(nèi)的氣體()a溫度不變時，體積減小，壓強增大b體積不變時，溫度降低，壓強減小c壓強不變時，溫度降低，體積減小d質(zhì)量不變時，壓強增大，體積減小答案b解析紙片燃燒時，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，由pt知封閉氣體壓強減小，火罐緊緊“吸”在皮膚上，b選項正確題組二蓋呂薩克定律的應用3一定質(zhì)量的氣體保持其壓強不變，若其熱力學溫度降為原來的一半，則氣體的體積變?yōu)樵瓉淼?)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，房間內(nèi)的空氣將有1%逸出到房間外，由此可計算出房間內(nèi)原來的溫度是 ()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 時的體積為1.0102 m3，在壓強不變的情況下，溫度升高100 時體積是多大？答案1.33102 m3解析一定質(zhì)量的空氣，在等壓變化過程中，可以運用蓋呂薩克定律進行求解空氣的初、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1avavbbvbvccvbvc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，壓強減小，說明體積增大，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四個過程，其中bc的延長線通過原點，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過程中不斷增加bbc過程中保持不變ccd過程中不斷增加dda過程中保持不變答案ab解析首先，因為bc的延長線通過原點，所以bc是等容線，即氣體體積在bc過程中保持不變，b正確；ab是等溫線，壓強減小則體積增大，a正確；cd是等壓線，溫度降低則體積減小，c錯誤；如圖所示，連接ao交cd于e，則ae是等容線，即vave，因為vdve，所以vdva，所以da過程中氣體體積變大，d錯誤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，這一過程的vt圖象如圖3所示，則 ()圖3a在過程ac中，氣體的壓強不斷變大b在過程cb中，氣體的壓強不斷變小c在狀態(tài)a時，氣體的壓強最大d在狀態(tài)b時，氣體的壓強最大答案ad解析氣體的ac變化過程是等溫變化，由pvc可知，體積減小，壓強增大，故a正確在cb變化過程中，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，壓強增大，故b錯誤綜上所述，在acb過程中氣體的壓強始終增大，所以氣體在狀態(tài)b時的壓強最大，故c錯誤，d正確題組四氣體實驗定律的微觀解釋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，當溫度升高時，以下說法正確的是()a氣體的密度增大b氣體的壓強增大c氣體分子的平均動能減小d每秒撞擊單位面積器壁的氣體分子數(shù)增多答案bd解析當體積不變時，常量，t升高，壓強增大，b對由于質(zhì)量不變，體積不變，分子密度不變，而溫度升高，分子的平均動能增大，所以單位時間內(nèi)，氣體分子對容器單位面積器壁碰撞次數(shù)增多，d對，a、c錯10(多選)一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下，體積增大、壓強減小，體積減小、壓強增大的原因是 ()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，分子的平均速率一定，a、b錯誤；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，則下列說法中正確的是()圖4aab過程中氣體內(nèi)能增加，密度不變bbc過程中氣體內(nèi)能增加，密度也增大ccd過程中，氣體分子的平均動能不變dda過程中，氣體內(nèi)能增加，密度不變答案ac題組五綜合應用12. 如圖5所示，一圓柱形容器豎直放置，通過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)通過電熱絲給氣體加熱一段時間，結(jié)果使活塞又緩慢上升了h，若這段時間內(nèi)氣體吸收的熱量為q，已知大氣壓強為p0，重力加速度為g，不計器壁向外散失的熱量，求：圖5(1)氣體的壓強；(2)這段時間內(nèi)氣體的溫度升高了多少？答案(1)pp0(2)t273解析 (1)對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.有人設計了一種測溫裝置，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b管的體積與a泡的體積相比可略去不計在1標準大氣壓下對b管進行溫度標刻(1標準大氣壓相當于76 cmhg的壓強)已知當溫度t127 時，管內(nèi)水銀面的高度為x116 cm，此高度即為27 的刻線，問t0 的刻線在何處？圖6答案21.4 c