第二節(jié) 氣體實驗定律（Ⅱ）

第二節(jié)氣體實驗定律(Ⅱ)核心素養(yǎng)導學物理觀念(1)知道氣體的等容變化，了解查理定律并能應用于簡單問題。(2)知道氣體的等壓變化，了解蓋-呂薩克定律并能應用于簡單問題?？茖W思維根據查理定律和蓋-呂薩克定律的內容理解p--T圖像和V--T圖像的物理意義。科學態(tài)度與責任領悟物理探索的基本思路，培養(yǎng)科學的價值觀。一、查理定律1．等容過程：氣體在體積保持不變的情況下發(fā)生的狀態(tài)變化過程。2．查理定律(1)內容：一定質量的氣體，在體積不變的情況下，其______與_____________成正比。壓強p熱力學溫度T(3)等容線(如圖所示)(4)適用條件：氣體的______不變，氣體的______不變。質量體積二、蓋--呂薩克定律1．等壓過程：氣體在壓強不變情況下發(fā)生的狀態(tài)變化過程。2．蓋--呂薩克定律(1)內容：一定質量的氣體，在_________的情況下，其______與_____________成正比。(2)表達式：________。壓強不變體積V熱力學溫度T3．等壓線(如圖所示)1．我國民間常用“拔火罐”來治療某些疾病，即用一個小罐，將紙燃燒后放入罐內，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。如何解釋上述現象。提示：這是由于火罐內的氣體體積一定，冷卻后氣體的溫度降低，壓強減小，故在大氣壓力作用下被“吸”在皮膚上。2．全國熱氣球錦標賽是國內規(guī)模最大、競賽水平最高、參與人數最多的熱氣球賽事，也是國內熱氣球界最具吸引力和影響力并受新聞媒體關注的重要賽事。請對以下說法作出判斷：(1)熱氣球的內部與外部是相通的，熱氣球內部氣體的壓強與外部大氣壓強是相等的。

()(2)在熱氣球內部加熱空氣時，氣球內部氣體的質量不變。

()(3)熱氣球內部溫度越高，內部空氣密度越小。

(

)(4)當熱氣球所受浮力大于其總重力時，熱氣球將向上升起。

(

)√×√√新知學習(一)|查理定律的理解及應用[任務驅動](選自魯科版新教材“物理聊吧”)炎熱的夏天，給汽車輪胎充氣時(如圖)，一般都不能充得太足；給自行車輪胎充氣時，也不能充得太足。這是為什么呢？提示：如果氣充得太足，當溫度升高時，根據查理定律，可知輪胎中氣體的壓強將增大，容易造成爆胎。

[重點釋解]1．對查理定律的理解(1)查理定律是實驗定律，是由法國科學家查理通過實驗發(fā)現的。(2)適用條件：氣體質量一定，體積不變，壓強不太大(小于幾個大氣壓)，溫度不太低(不低于零下幾十攝氏度)。(3)一定質量的某種氣體在體積不變的情況下，升高(或降低)相同的溫度，所增大(或減小)的壓強是相同的。[典例體驗][典例]

(選自魯科版新教材“例題”)如圖所示，固定的豎直氣缸內有一個活塞，活塞的質量為m，活塞橫截面積為S，氣缸內封閉著一定質量的氣體。現對缸內氣體緩慢加熱，并在活塞上緩慢加沙子，使活塞位置保持不變。忽略活塞與氣缸壁之間的摩擦，已知氣缸內氣體的初始熱力學溫度為T0，大氣壓強為p0，重力加速度大小為g。試求當所加沙子的質量為M時，氣缸內氣體的溫度。[拓展]

(1)上述[典例]中是在活塞上緩慢加沙子，以確保氣缸的活塞位置不變。如果活塞上方是靠一根固定的輕桿頂著，當溫度升高到T時輕桿對活塞的推力為多少？(2)在上述[典例]中，已知最初缸內氣體的高度為h0。如果保持活塞上方所加的沙子不變，繼續(xù)對氣缸緩慢加熱，活塞緩慢向上移動距離h，此時氣缸內氣體溫度是多少？/方法技巧/1．查理定律的推論2．應用查理定律解題的一般步驟(1)確定研究對象，即被封閉的氣體。(2)分析被研究氣體在狀態(tài)變化時是否符合定律的適用條件：質量一定，體積不變。(3)確定初、末兩個狀態(tài)的溫度、壓強。(4)根據查理定律列式求解。(5)求解結果并分析、檢驗。

[針對訓練]1．一定質量的理想氣體，保持體積不變，壓強減為原來的一半，則其溫度由原來的27℃變?yōu)?/p>

(

)A．127K

B．150KC．13.5℃ D．－23.5℃2．如圖所示，A、B是兩個容積相同的密閉容器，

由細玻璃管連通，管內有一段汞柱(不計細玻璃管內氣體體積)。當A容器氣體溫度為

0℃，B容器內氣體溫度為10℃，汞柱在管中央靜止。若分別給A、B容器加熱，使它們的溫度都升高10℃，管內汞柱將

(

)

A．向右移動

B．向左移動 C．保持不動

D．無法確定/方法技巧/應用蓋-呂薩克定律解題的一般步驟(1)確定研究對象，即被封閉氣體。(2)分析狀態(tài)變化過程，明確初、末狀態(tài)，確認在狀態(tài)變化過程中氣體的質量和壓強保持不變。(3)分別找出初、末兩狀態(tài)的溫度、體積。(4)根據蓋-呂薩克定律列方程求解。(5)分析所求結果是否合理。2．如圖所示，圓柱形導熱氣缸內有一光滑活塞，密封了一定質量的理想氣體。用一彈簧測力計掛在活塞上，將整個氣缸懸掛在天花板上。測得此時彈簧測力計的示數為F，氣缸內氣體的壓強為p。若外界大氣壓始終保持不變，那么隨著外界溫度的升高

(

) A．F變大，p變大

B．F變大，p不變 C．F不變，p變大

D．F不變，p不變

解析：彈簧測力計上的拉力跟氣缸和活塞的總重力大小相等，當外界溫度升高時，不影響彈簧彈力大小，所以示數F不變；以氣缸為研究對象，最終達到平衡時，氣缸的重力與氣缸內氣體壓力之和等于大氣壓力，因為重力和大氣壓力均不變，所以氣缸內氣體壓力不變，氣缸內氣體壓強p不變，故D正確。

答案：D

新知學習(三)|V-T圖像和p-T圖像[任務驅動](1)對于一定質量的某種氣體，p-T圖中的等容線是一條通過原點的傾斜直線，怎樣判斷各等容線代表的體積大小關系？(2)V-T圖中的等壓線是一條通過原點的傾斜直線，怎樣判斷各等壓線代表的壓強大小關系？[重點釋解]1．等壓變化的圖像(1)一定質量的氣體等壓變化的圖線在V-T圖上是一條(延長線)過原點的直線。如圖一所示。意義反映了一定質量的氣體在等壓變化中體積V與熱力學溫度T成正比圖像過原點的直線特點斜率越大，壓強越小，即p1>p2(2)一定質量的氣體等壓變化的圖線在V-t圖上是一條(延長線)過與t軸交點為－273.15℃的直線。如圖二所示。(3)V正比于T，而不正比于t，但ΔV與攝氏溫度的變化量Δt成正比，一定質量的氣體發(fā)生等壓變化時，升高(或降低)相同的溫度，增大(或減小)的體積是相同的。意義反映了一定質量的氣體在等壓變化中體積與攝氏溫度t呈線性關系圖像傾斜直線，延長線與t軸交點為－273.15℃特點連接圖像中的某點與(－273.15,0)，連線的斜率越大，壓強越小，即p1>p22．等容變化的圖像(1)一定質量的氣體，其等容線在p-T圖像上是一條(延長線)過原點的直線。如圖一所示。意義反映了一定質量的氣體在等容變化中，壓強p與熱力學溫度T成正比圖像過原點的直線特點斜率越大，體積越小，即V1>V2(2)一定質量的氣體，其等容線在p-t圖像上是一條(延長線)過t軸上坐標點－273.15℃的直線。如圖二所示。意義反映了一定質量的氣體在等容變化中，壓強p與攝氏溫度t的線性關系圖像傾斜直線，延長線與t軸交點為－273.15℃特點連接圖像中的某點與(－273.15,0)，連線的斜率越大，體積越小，即V1>V2[典例體驗][典例]

如圖甲是一定質量的氣體由狀態(tài)A經過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的V-T圖像，已知氣體在狀態(tài)A時的壓強是1.5×105Pa。(1)說出A→B過程中壓強變化的情形，并根據圖像提供的信息，計算圖中TA的值。(2)請在圖乙所示坐標系中，作出由狀態(tài)A經過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的p-T圖像，并在圖像相應位置上標出字母A、B、C。如果需要計算才能確定有關坐標值，請寫出計算過程。[針對訓練]1．(多選)一定質量的氣體的狀態(tài)經歷了如圖所示的ab、bc、cd、da四個過程，其中bc的延長線通過原

點，cd垂直于ab且與橫軸平行，da與bc平行，則氣體體積在

(

)A．ab過程中不斷減小B．bc過程中保持不變C．cd過程中不斷減小D．da過程中保持不變解析：ab過程氣體發(fā)生等溫變化，壓強減小，由玻意耳定律分析可知氣體的體積變大，故A錯誤；由于bc的延長線通過原點，由查理定律可知bc過程為等容變化，故B正確；cd過程氣體發(fā)生等壓變化，溫度降低，由蓋-呂薩克定律分析可知氣體體積減小，故C正確；d點與原點的連線的斜率大于a點與原點的連線的斜率，則氣體在d狀態(tài)的體積小于氣體在a狀態(tài)的體積，da過程體積增大，故D錯誤。答案：BC一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

科學思維——氣體實驗定律的應用1．(選自人教版新教材課后練習)一個容器內部呈不規(guī)則形狀，為測量它的容積，在容器上插入一根兩端開口的玻璃管，接口用蠟密封。玻璃管內部橫截面積為S，管內一靜止水銀柱封閉著長度為l1的空氣柱，如圖，此時外界的溫度為T1?，F把容器浸在溫度為T2的熱水中，水銀柱靜止時下方的空氣柱長度變?yōu)閘2。實驗過程中認為大氣壓沒有變化，請根據以上數據推導容器容積的表達式。

科學態(tài)度與責任——煤氣泄漏爆炸問題2．(選自滬科版新教材課后練習)一戶居民因家中廚房管道煤氣泄漏發(fā)生爆炸事故。事后技術人員估計爆炸時廚房溫度從常溫迅速升高到1800℃。試估算此時產生的氣體壓強約為大氣壓的多少倍。二、新題目精選——品立意深處所蘊含的核心價值1．在冬季，剩有半瓶熱水的老式暖水瓶經過一個夜晚后，第二天拔瓶口的瓶塞時覺得很緊，不易拔出來。其中主要原因是

(

)A．瓶塞受潮膨脹B．瓶口因溫度降低而收縮變小C．白天氣溫升高，大氣壓強變大D．瓶內氣體因溫度降低而壓強減小2.

如圖所示，有一熱氣球停在地面，下端開口使球內外的空氣可以流通，球內有溫度調節(jié)器，以便調節(jié)球內空氣的溫度，設氣球的總體積V0＝400m3，球殼體積忽略不計，除球內空氣外，熱氣球總質量M＝150kg。已知