氣體實驗定律

1、第1節(jié)氣體實驗定律學 習 目 標知 識 脈 絡1.知道描述氣體狀態(tài)的三個物理量.2.掌握控制變量法探究氣體實驗定律(重點)3.會從圖象上描述氣體的狀態(tài)變化(難點)4.掌握運用氣體實驗定律解題的基本思路.玻 意 耳 定 律1狀態(tài)參量研究氣體的性質時，常用氣體的壓強、溫度和體積描述氣體的狀態(tài)2探究方法控制變量法，控制其中1個量不變，研究另外2個量之間的變化關系3等溫變化一定質量的氣體，在溫度保持不變的條件下，壓強和體積的關系4探究等溫變化的規(guī)律(1)實驗裝置(如圖4­1­1所示)圖4­1­1研究對象：針筒內被封閉的氣體氣體初態(tài)壓強和體積：從氣壓計上直接讀出氣

2、體壓強；從針筒刻度直接讀出氣體體積(2)實驗方法緩慢地向前推或向后拉活塞(保持氣體溫度不變)待氣壓計示數穩(wěn)定后，記下氣體的壓強(p)和體積(V)按步驟中的方法，測出幾組對應的壓強和體積值(3)處理數據：作p­圖象(4)探究結果：壓強與體積成反比5玻意耳定律(1)內容：一定質量的氣體，在溫度保持不變的條件下，壓強與體積成反比(2)公式：p，也可寫作p1V1p2V2或pV恒量(3)條件：氣體的質量一定，溫度保持不變6氣體等溫變化的圖象(即等溫線)(1)圖象(如圖4­1­2所示)圖4­1­2(2)特點：一定質量的氣體在溫度不變時，由于壓強與體積成反比

3、，在p­V圖象上等溫線應為雙曲線，在p­圖象上等溫線應為過原點的直線1玻意耳定律的成立條件是一定質量的氣體，溫度保持不變()2氣體的三個狀態(tài)參量是指壓強、溫度和體積()3在p­V圖象上，等溫線為直線(×)處理實驗數據時，為什么不直接畫p­V圖象，而是畫p­圖象？【提示】p­V圖象是曲線，不易直接判定氣體的壓強和體積的關系而p­圖象是直線，很容易判定其關系圖4­1­3如圖4­1­3所示也是“探究氣體等溫變化規(guī)律”的裝置，試根據實驗探究以下問題：探討1：本實驗的研究對象是什么？【

4、提示】注射器下端的開口有橡膠套，它和柱塞一起封閉在玻璃管中的空氣柱探討2：實驗過程中如何保證氣體的質量和溫度不變？【提示】(1)實驗前在柱塞上涂好潤滑油，保證氣體質量不變(2)緩慢下拉或上壓柱塞，不用手接觸注射器，保證氣體的溫度不變1對玻意耳定律的理解(1)適用條件：一定質量的某種氣體，溫度不太低，壓強不太大(2)定律也可以表述為pV常量或p1V1p2V2，其中的常量與氣體所處溫度高低有關，溫度越高，常量越大2p­V圖象與p­圖象(1)一定質量的氣體的p­V圖象如圖4­1­4甲所示，圖線為雙曲線的一支，且溫度t1<t2.甲 乙圖4

5、3;1­4(2)一定質量的氣體p­圖象如圖乙所示，圖線的延長線為過原點的傾斜直線，且溫度t1<t2.3應用玻意耳定律的思路和方法 (1)確定研究對象，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)根據玻意耳定律列方程p1V1p2V2代入數值求解(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，必要時還應由力學或幾何知識列出輔助方程(5)有時要檢驗結果是否符合實際，對不符合實際的結果要舍去1一定質量的氣體，在做等溫變化的過程中，下列物理量發(fā)生變化的有()A氣體的體積B單位體積內的分子數C氣體的壓強D分子總數 E氣

6、體分子的平均動能【解析】等溫過程中，p、V發(fā)生相應變化，單位體積內的分子數也隨之發(fā)生相應變化溫度不變，分子的平均動能不變，故選A、B、C.【答案】ABC2如圖4­1­5所示為一定質量的氣體在不同溫度下的兩條等溫線，則下列說法中正確的是()圖4­1­5A從等溫線可以看出，一定質量的氣體在發(fā)生等溫變化時，其壓強與體積成反比B一定質量的氣體，在不同溫度下的等溫線是不同的C由圖可知T1>T2D由圖可知T1<T2E由圖可知T1T2【解析】一定質量的氣體的等溫線為雙曲線，由等溫線的物理意義可知，壓強與體積成反比，且在不同溫度下等溫線是不同的，所以A、B正

7、確；對于一定質量的氣體，溫度越高，等溫線離坐標原點的位置就越遠，故C、E錯誤，D正確【答案】ABD3如圖4­1­6，一氣缸水平固定在靜止的小車上，一質量為m、面積為S的活塞將一定量的氣體封閉在氣缸內，平衡時活塞與氣缸底相距L.現讓小車以一較小的水平恒定加速度向右運動，穩(wěn)定時發(fā)現活塞相對于氣缸移動了距離d.已知大氣壓強為p0，不計氣缸和活塞間的摩擦，且小車運動時，大氣對活塞的壓強仍可視為p0，整個過程中溫度保持不變，求小車加速度的大小. 【導學號：30110038】圖4­1­6【解析】選氣缸內被封閉的氣體為研究對象小車靜止時為狀態(tài)1，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，則有

8、p1Sp0S氣體的壓強p1p0，氣體的體積V1SL設小車加速度為a時為狀態(tài)2，由牛頓第二定律得p2Sp0Sma氣體的壓強p2p0，氣體的體積V2S(Ld)由玻意耳定律得p1V1p2V2聯(lián)立各式得a.【答案】解題時的注意事項(1)壓強的確定方面：應用玻意耳定律解題時，確定氣體的壓強是解題的關鍵，無論是液柱、活塞、氣缸，還是封閉在液面下的氣柱，都不要忘記大氣壓強產生的影響(2)統(tǒng)一單位方面：列方程時，由于等式兩邊是對應的，因此各物理量的單位可以不是國際單位，但等式兩邊必須統(tǒng)一例如，體積可以都用升，壓強可以都用大氣壓查 理 定 律1等容變化一定質量的氣體，在體積不變時，壓強和溫度的關系2探究等容變化

9、的規(guī)律(1)實驗裝置(如圖4­1­7所示)圖4­1­7研究對象：燒瓶內被封閉的氣體壓強和溫度：從氣壓計上讀出氣體的壓強，從溫度計上讀出氣體的溫度(2)實驗方法加熱燒杯，待氣壓計示數穩(wěn)定后，記下氣體的壓強和溫度按步驟的方法繼續(xù)做實驗，測出幾組對應的壓強和溫度值處理數據，作p­T圖象(3)探究結果：壓強與熱力學溫度成正比3查理定律(1)內容：一定質量的氣體，在體積保持不變的條件下，壓強與熱力學溫度成正比(2)公式：pT或.(3)條件：氣體的質量一定，體積保持不變4熱力學溫度T(1)單位是開爾文，簡稱為開，符號為K.(2)與攝氏溫度t的關系：Tt27

10、31在體積不變的條件下，壓強與熱力學溫度成正比(×)2熱力學溫度Tt273，且Tt.()3一定質量的氣體，壓強與攝氏溫度成正比(×)如果橫軸用攝氏溫度，則等容變化的p­t圖象是怎樣的？【提示】根據Tt273，pCTC(t273)當p0時，t273 ，故p­t圖象為直線，但不通過坐標原點甲 乙圖4­1­8如圖4­1­8為一定質量的氣體在體積不變的條件下，壓強隨攝氏溫度(圖甲)及熱力學溫度(圖乙)的變化關系，探討1：如圖甲，壓強與攝氏溫度成正比嗎？圖象與縱軸的截距表示什么？ 【提示】p與t是線性關系，不成正比，與縱軸的

11、截距表示0 時氣體的壓強探討2：在壓強不太大，溫度不太低時，圖象的延長線與橫軸的交點表示什么？壓強與熱力學溫度有怎樣的關系？【提示】表示絕對零度，p與T成正比1查理定律(1)成立條件：氣體的質量和體積不變(2)表達式熱力學溫度下：C.攝氏溫度下：ptp0p0.(3)查理定律表達式C中的C與氣體的種類、質量、體積有關2查理定律的推論或pT表示一定質量的某種氣體從初狀態(tài)(p、T)開始發(fā)生等容變化，其壓強的變化量p與溫度的變化量T成正比3等容過程的p­T和p­t的圖象(1)p­T圖象：一定質量的某種氣體，在等容過程中，氣體的壓強p和熱力學溫度T的關系圖線的延長線是過原點

12、的傾斜直線，如圖4­1­9所示，且V1<V2，即體積越大，斜率越小圖4­1­9(2)p­t圖象：一定質量的某種氣體，在等容過程中，壓強p與攝氏溫度t是一次函數關系，不是簡單的正比例關系，如圖4­1­10所示，等容線是一條延長線通過橫軸273.15 的點的傾斜直線，且斜率越大，體積越小圖象縱軸的截距p0是氣體在0 時的壓強圖4­1­104如圖4­1­11所示為一定質量氣體的等容線，下面說法中正確的是()圖4­1­11A直線AB的斜率是B0 時氣體的壓強為p0C溫

13、度在接近0 K時氣體的壓強為零DBA延長線與橫軸交點為273 E壓強p與溫度t成正比【解析】在p­t圖象上，等容線的延長線與t軸的交點坐標為273 ，從圖中可以看出，0 時氣體壓強為p0，因此直線AB的斜率為，A、B、D正確；在接近0 K時，氣體已液化，因此不滿足查理定律，壓強不為零，C錯誤；壓強p與溫度t的關系是線性關系而不是成正比，E錯誤【答案】ABD5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重受熱會導致爆炸我們通常用的可樂易拉罐容積V335 mL.假設在室溫(17 )下罐內裝有0.9V的飲料，剩余空間充滿CO2氣體，氣體壓強為1 atm.若易拉罐能承受的最大壓強為

14、1.2 atm，則保存溫度不能超過多少？【解析】本題為一定質量的氣體發(fā)生等容變化，取CO2氣體為研究對象初態(tài)：p11 atm，T1(27317)K290 K，末態(tài)：p21.2 atm，T2待求由查理定律得T2 K348 K.t(348273) 75 .【答案】75 利用查理定律解題的一般步驟(1)明確研究對象，并判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)根據查理定律列方程求解(注意p1和p2、T1和T2統(tǒng)一單位)蓋 · 呂 薩 克 定 律1等壓變化一定質量的氣體，在壓強不變的情況下，體積和溫度的關系2探究等壓變化的規(guī)律(1)實驗裝置(如圖4­

15、;1­12所示)圖4­1­12研究對象：毛細管中被水銀柱封閉的氣體體積和溫度：從溫度計上直接讀出氣體的溫度，用空氣柱的長度表示氣體的體積(毛細管的截面積不變)，由刻度尺直接讀出(2)實驗方法加熱燒杯，待溫度計示數穩(wěn)定后，記下氣體的溫度和體積按步驟a的方法繼續(xù)做實驗，求出幾組對應的溫度和體積處理數據，作V­T圖象(3)探究結果體積與熱力學溫度成正比3蓋·呂薩克定律(1)內容：一定質量的氣體，在壓強保持不變的條件下，體積與熱力學溫度成正比(2)公式：VT或.(3)條件：氣體的質量一定，壓強保持不變4理想氣體的狀態(tài)方程(1)實驗定律的成立條件：壓強不

16、太大、溫度不太低(2)三個參量都變化時的關系：C1一定質量的氣體，若壓強保持不變，則體積與熱力學溫度成正比()2一定質量的氣體，若壓強和體積保持不變，溫度可能會發(fā)生變化(×)等壓線的斜率大小與氣體壓強大小之間有怎樣的對應關系？【提示】一定質量的氣體在不同壓強下做等壓變化時，在V­T坐標系中得到的是通過坐標原點的一傾斜直線，直線的斜率越大，壓強越小甲 乙圖4­1­13如圖4­1­13甲、乙為一定質量的不同壓強的氣體，在發(fā)生等壓變化時的V­T圖象和V­t圖象，探討1：(1)氣體的體積V與熱力學溫度T成什么關系？【提示】

17、氣體的體積V與熱力學溫度T成正比探討2：圖象中p1和p2表示不同壓強下的兩條等壓線，從圖象來分析，等壓線的斜率大小與氣體壓強大小之間有怎樣的對應關系？ 【提示】從圖象可以看出，無論是V­T圖象還是V­t圖象，都是等壓線的斜率越大，壓強越小，因此，p1>p2.1蓋·呂薩克定律(1)成立條件：氣體的質量和壓強不變(2)表達式熱力學溫度下：C.攝氏溫度下：VtV0V0.(3)表達式C中的C與氣體的種類、質量、體積有關2蓋·呂薩克定律的推論或VT一定質量的某種氣體從初狀態(tài)(V、T)開始發(fā)生等壓變化，其體積的變化量V與溫度的變化量T成正比3V­T和

18、V­t圖象(1)V­T圖象：一定質量的某種氣體，在等壓過程中，氣體的體積V和熱力學溫度T圖線的延長線是過原點的傾斜直線，如圖4­1­14甲所示，且p1<p2，即壓強越大，斜率越小甲 乙圖4­1­14(2)V­t圖象：一定質量的某種氣體，在等壓過程中，體積V與攝氏溫度t是一次線性函數，不是簡單的正比例關系，如圖4­1­14乙所示，圖象縱軸的截距V0是氣體在0 時的體積，等壓線是一條延長線通過橫軸上t273.15 的傾斜直線，且斜率越大，壓強越小6如圖4­1­15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量為m，橫截面積為S，與容器底部相距h.現通過電熱絲給氣體加熱一段時間，結果活塞緩慢上升了h，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及活塞與器壁間的摩擦，求： 【導學號：30110039】圖