高中物理氣體的等容變化和等壓變化

1、要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)1 .應(yīng)用氣體定律解決有關(guān)氣體狀態(tài)變化的問(wèn)題時(shí)，和波意耳定律的應(yīng)用一樣，首先要確定哪一部分氣體作為研究對(duì)象，然后分析這部分氣體狀態(tài)變化的過(guò)程，確定變化過(guò)程的初、末狀態(tài)參量，再根據(jù)氣體狀態(tài)變化選擇適當(dāng)?shù)亩山⒏鲄⒘块g的關(guān)系，解得所要求的參量。2 .查理定律和蓋呂薩克定律以及上節(jié)學(xué)習(xí)的玻意耳定律都是實(shí)驗(yàn)定律，在壓強(qiáng)不太大、溫度不太低的情況下由實(shí)驗(yàn)總結(jié)得到。對(duì)于壓強(qiáng)很大、溫度很低的情況，這三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律不適用。在通常的計(jì)算中幾個(gè)大氣壓下、零下幾十?dāng)z氏度都可以算作壓強(qiáng)不太大、溫度不太低。3 .氣體的等壓變化過(guò)程可以用如圖所示的圖象來(lái)描述。氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B過(guò)程中，體積v與攝氏溫度t成線性

2、廿1十.八關(guān)系，體積v與熱力學(xué)溫度T成正比。V0為0c時(shí)氣體的體積。4 .氣體的等容變化過(guò)程可以用如圖所示的圖象來(lái)描述。氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B過(guò)程中，壓強(qiáng)p與攝氏溫度t成線性關(guān)系，壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T成正比。攝氏溫度0c相當(dāng)于熱力學(xué)溫度，計(jì)算時(shí)通常取273K,po為0c時(shí)氣體的壓強(qiáng)。5 .查理定律的內(nèi)容是：一定質(zhì)量的某種氣體在體積保持不變的情況下，壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T成正比，即p恒量。若T一定質(zhì)量的氣體在體積v保持不變的情況下，熱力學(xué)溫度由T1變化到T2,壓強(qiáng)由pi變化到p2,則查理定律又可以表達(dá)為：。6 .蓋呂薩克定律的內(nèi)容是：一定質(zhì)量的某種氣體在壓強(qiáng)保持不變的情況下，體積v與熱力學(xué)溫度T

3、成正比，即:"叵量。若一定質(zhì)量的氣體在體積p保持不變的情況下，熱力學(xué)溫度由Ti變化到T2,體積由vi變化到V2,則蓋呂薩克定律又可以表達(dá)為：7 .這堂課學(xué)習(xí)教材第二節(jié)的內(nèi)容。主要要求如下：了解氣體的等容變化和等壓變化過(guò)程，理解氣體p-T、v-T圖象的物理意義，會(huì)用查理定律和蓋呂薩克定律解決相關(guān)問(wèn)題。知道氣體實(shí)驗(yàn)定律的適用范圍。范例精析例1某個(gè)汽缸中有活塞封閉了一定質(zhì)量的空氣，它從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B,其壓AB連線過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，即壓強(qiáng) p與熱力學(xué)強(qiáng)p和溫度T的關(guān)系如圖所示，則它的體積A.增大8 .減小C.保持不變D.無(wú)法判斷解析：由圖可知，氣體從A變化到B的過(guò)程中,溫度T成正比，所以是等容

4、變化，體積一定保持不變。本題正確選項(xiàng)是：C。拓展：物理學(xué)中可以用圖象來(lái)分析研究物理過(guò)程中物理量的變化關(guān)系，也可以用圖象來(lái)描述物理量的變化關(guān)系，也就是說(shuō)圖象可以作為一種表達(dá)方式，本題中的圖象給了我們信息，要學(xué)會(huì)從圖中尋找已知條件.若p-T圖象如圖所示，則表明氣體做等壓變化，根據(jù)蓋呂薩克定律，氣體壓強(qiáng)不變時(shí)，溫度升高，體積增大。答案為A。例2如圖所示，有一根足夠長(zhǎng)的上端開(kāi)口的玻璃細(xì)管，玻璃管中用h=10cm的水銀柱封閉了一段氣體，當(dāng)溫度為27c時(shí)，氣體的長(zhǎng)度為l=20cni現(xiàn)給氣體加熱，使水銀柱上升5cm,求此時(shí)玻璃管中氣體的溫度。（設(shè)大氣壓強(qiáng)p）=76cmHg解析：根據(jù)題意，玻璃管中的氣體做等壓

5、變化。初狀態(tài)：T1300Kv120sv2 25s其中s為玻璃管橫截面積根據(jù)蓋呂薩克定律有:上 v2,代入數(shù)據(jù)解得:Ti T2T2=375K,即102c拓展：確定研究對(duì)象，然后分析這部分氣體狀態(tài)變化的過(guò)程，確定變化過(guò)程的初、末狀態(tài)參量，根據(jù)氣體狀態(tài)變化選擇適當(dāng)?shù)亩山⒏鲄⒘块g的關(guān)系是解決有關(guān)氣體狀態(tài)變化問(wèn)題的基本思路。若加熱的同時(shí)不斷注入水銀，使氣體的長(zhǎng)度l保持不變，則溫度上升到375K的過(guò)程中需要注入多少高度的水銀解析：此過(guò)程為等容變化。初狀態(tài)：T1300Kp1p0h86cmHg末狀態(tài)：T2=375Kp2p0h'根據(jù)查理定律有：B-p2，代入數(shù)據(jù)解得:TiT2hi=21.5cm例3.

6、如圖所示，兩個(gè)容器A和B容積不同，內(nèi)部裝有氣體，其間用細(xì)管相連，管中有一小段水銀柱將兩部分氣體隔開(kāi)。當(dāng)A中氣體溫度為tA=27C,B中氣體溫度為tB=7C時(shí)，水銀10C,則水銀柱是否柱恰好在管的中央靜止。若對(duì)兩部分氣體加熱，使它們的溫度都升高移動(dòng)若要移動(dòng)的話，將向哪個(gè)方向移動(dòng)解析：本題涉及到兩部分氣體，水銀柱的移動(dòng)由兩部分氣體的壓差決定。可以先假設(shè)水銀柱不動(dòng)，A、B兩部分氣體都做等容變化,別研究它們的壓強(qiáng)變化。對(duì)A有：叢 4 得：pATa Ta（對(duì)B有：-B- T 得：PBTb Tb一,比較（1）、（2） P=PB, -A TaTa273 27 10273 27(1)Tb 273 7 10Tb

7、273 7所以PAPb,水銀柱向A側(cè)移動(dòng)拓展：如圖兩端封閉豎直放置的細(xì)管中有一段水銀柱,將管中空氣分隔成兩部分， 兩部分氣體溫度相同，水銀柱靜止?，F(xiàn)保持細(xì)管豎直，使兩部分空氣同時(shí)升高相同的溫度。問(wèn)：細(xì)管中的水銀柱如何移動(dòng)解析：本題也可以假設(shè)水銀柱不動(dòng)，兩部分氣體都做等容變化，對(duì)A有：A)Pa，T 得：PaAPata(1)對(duì)B有:PbPb'Tn得：Pb產(chǎn)bT B比較（1）、（2） TaTb, TaTb, PaFB所以：Pa Pa PbFB ,水銀柱將向上移動(dòng)。例4 : 一個(gè)敞口的瓶子，放在空氣中，氣溫為膨脹，一部分空氣被排出。當(dāng)瓶子中空氣溫度上升到 的幾分之幾解析：本題看起來(lái)瓶子中空氣的

8、質(zhì)量是變化的，27 Co現(xiàn)對(duì)瓶子加熱，由于瓶子中空氣受熱57c時(shí)，瓶中剩余空氣的質(zhì)量是原來(lái)但如果把排出瓶子外的氣體一起考慮，仍然Vo Vo V.V。j0, 代入數(shù)據(jù)解得:T1T2是一定質(zhì)量的問(wèn)題，仍可用氣體定律求解。如圖所示:過(guò)程中由于瓶子一直敞口，空氣的壓強(qiáng)不變。設(shè)瓶子的容積Vo,加熱后排出的空氣積為V,則：T1=27+273=300K,V1=v。；F=57+273=330K,V2=vo+v根據(jù)等壓變化蓋呂薩克定律有：-10,所以剩余在瓶子里的空氣質(zhì)量為原VoV11來(lái)的10。11能力訓(xùn)練1 .對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，下列說(shuō)法中正確的是（）A.如果保持溫度不變，則體積越小，壓強(qiáng)越大B.如果保持體積

9、不變，則溫度越高，壓強(qiáng)越大C.如果保持壓強(qiáng)不變，則體積越小，溫度越高D.如果保持溫度不變，則體積越小，內(nèi)能越多2 .封閉在貯氣瓶中的某種氣體，當(dāng)溫度升高時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是（容器的膨脹忽略不計(jì)）（）A.密度不變，壓強(qiáng)增大B.密度不變，壓強(qiáng)減小C.壓強(qiáng)不變，密度增大D.壓強(qiáng)不變，密度減小3.如圖所示在氣缸中用活塞封閉一定質(zhì)量的氣體，活塞與缸壁間的摩擦不計(jì)，且不漏氣，將活塞用繩子懸掛在天花板上，使氣缸懸空靜止。若大氣壓不變，溫度降低到某一值，則此時(shí)與原來(lái)相比較（）A.繩子張力不變B.缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)變小C.繩子張力變大D.缸內(nèi)氣體體積變小4 .如圖所示，用橡皮帽堵住注射器前端的小孔，用活塞封閉了一部

10、分空氣在注射器中，當(dāng)把注射器豎直放入熱水中后，不計(jì)摩擦，下列說(shuō)法中正確的是A.氣體壓強(qiáng)不變B.氣體溫度升高C.氣體壓強(qiáng)增大D.活塞將向上移動(dòng) I_ 熱水 （ ）t表示攝氏溫度，各圖中正5 .下列各圖中，p表示壓強(qiáng)，v表示體積，T表示熱力學(xué)溫度,確描述一定質(zhì)量氣體等壓變化規(guī)律的是（6 .如圖所示，ac和bd為兩條雙曲線，是一定質(zhì)量的同種理想氣體的兩條等溫線，過(guò)（0,Pi）點(diǎn)作橫軸的平行線，過(guò)（V,0）點(diǎn)作縱軸的平行線，與圖線交于a,b,c,d四點(diǎn)，已知線段V1c:cd=1：2,則：（）A. Ta=3TbB. Tb=3TaC. Pd=3PcD. Va=3Vb7 .家用白熾燈泡中充有僦氣，設(shè)燈泡發(fā)光

11、工作時(shí)燈泡中氣體的平均溫度為137C,且燈泡中氣壓超過(guò)大氣壓燈泡將炸裂，則常溫下（可視作27C）給燈泡內(nèi)充僦氣的壓強(qiáng)不得超過(guò)多大8 .如圖，圓管形容器抽成真空，頂板上拴一彈簧，彈簧下掛一活塞，活塞與器壁間摩擦不計(jì)，當(dāng)活塞觸及底部時(shí)，活塞的重力恰好跟彈簧的彈力平衡，給活塞下方充入溫度為T(mén)i開(kāi)的某種氣體，氣柱的高度為h米，若將氣體溫度升高到T2開(kāi)時(shí)，氣體的高度為h2=（設(shè)整個(gè)過(guò)程彈簧均處于伸長(zhǎng)狀態(tài)）廠廠9 .裝在容器中的氣體，體積為4X10-303,壓強(qiáng)為x105Pa,溫度為300K。先讓氣體發(fā)生等容變化，壓強(qiáng)增大為原來(lái)的2倍，然后讓氣體發(fā)生等溫變化，壓強(qiáng)又降低到原來(lái)的數(shù)值，求氣體末狀態(tài)時(shí)的體積和

12、溫度。10 .有一真空容器，在溫度為0c時(shí)，容器內(nèi)的氣壓為108帕。試估算該容器內(nèi)1厘米3氣體中的分子數(shù)。(估算取一位有效數(shù)字即可，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1X105帕，阿伏伽德羅常數(shù)N=6X1023摩標(biāo)準(zhǔn)狀況下1摩爾氣體的體積是22.4升)11 .如圖，盛水的燒杯固定在鐵架臺(tái)上，將帶刻度的注射器中封閉一部分空氣豎直地浸入盛在燒杯的水中，要使封閉著的空氣始終沒(méi)在水中，然后在燒杯底部加熱，在燒杯的水中插溫度計(jì)可測(cè)量水的溫度，如何利用這個(gè)裝置研究氣體在壓強(qiáng)不變的條件下，其體積與溫度之間的關(guān)系.(1)寫(xiě)出操作步驟：(2)根據(jù)要測(cè)量的物理量，設(shè)計(jì)一張記錄數(shù)據(jù)的表格素質(zhì)提高12 .如圖所示，1、2、3三支管內(nèi)徑相同，管內(nèi)水銀面相平，三支管中都封閉有溫度相同的空氣，2管中的空氣柱最長(zhǎng)，3管中的空氣柱最短，則()A.三支管內(nèi)氣體降低相同溫度時(shí)，三支管內(nèi)水銀面仍一樣高B.三支管內(nèi)氣體降低相同溫度時(shí)，2管水銀面最高C.打開(kāi)開(kāi)關(guān)K,讓水銀流出一小部分，3管水銀面最高D.打開(kāi)開(kāi)關(guān)K,讓水銀流出一小部分，2管水銀面最高13 .如圖所示，一端封閉的均勻玻璃管水平段長(zhǎng)15cm,豎直段充滿水銀，水平段與水銀槽內(nèi)液面高度差為25cm,當(dāng)大氣壓強(qiáng)為750mmHg溫度為7oC時(shí),水平段內(nèi)被封閉的空氣柱長(zhǎng)度為14cm.求：當(dāng)溫度為37oC時(shí)，管內(nèi)空氣柱長(zhǎng)度是多少14 .