第二節(jié) 氣體實(shí)驗(yàn)定律（Ⅱ）

第二節(jié)氣體實(shí)驗(yàn)定律(Ⅱ)核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)知道氣體的等容變化，了解查理定律并能應(yīng)用于簡(jiǎn)單問(wèn)題。(2)知道氣體的等壓變化，了解蓋-呂薩克定律并能應(yīng)用于簡(jiǎn)單問(wèn)題?？茖W(xué)思維根據(jù)查理定律和蓋-呂薩克定律的內(nèi)容理解p--T圖像和V--T圖像的物理意義?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任領(lǐng)悟物理探索的基本思路，培養(yǎng)科學(xué)的價(jià)值觀。一、查理定律1．等容過(guò)程：氣體在體積保持不變的情況下發(fā)生的狀態(tài)變化過(guò)程。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，其______與_____________成正比。壓強(qiáng)p熱力學(xué)溫度T(3)等容線(xiàn)(如圖所示)(4)適用條件：氣體的______不變，氣體的______不變。質(zhì)量體積二、蓋--呂薩克定律1．等壓過(guò)程：氣體在壓強(qiáng)不變情況下發(fā)生的狀態(tài)變化過(guò)程。2．蓋--呂薩克定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在_________的情況下，其______與_____________成正比。(2)表達(dá)式：________。壓強(qiáng)不變體積V熱力學(xué)溫度T3．等壓線(xiàn)(如圖所示)1．我國(guó)民間常用“拔火罐”來(lái)治療某些疾病，即用一個(gè)小罐，將紙燃燒后放入罐內(nèi)，然后迅速將火罐開(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。如何解釋上述現(xiàn)象。提示：這是由于火罐內(nèi)的氣體體積一定，冷卻后氣體的溫度降低，壓強(qiáng)減小，故在大氣壓力作用下被“吸”在皮膚上。2．全國(guó)熱氣球錦標(biāo)賽是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、競(jìng)賽水平最高、參與人數(shù)最多的熱氣球賽事，也是國(guó)內(nèi)熱氣球界最具吸引力和影響力并受新聞媒體關(guān)注的重要賽事。請(qǐng)對(duì)以下說(shuō)法作出判斷：(1)熱氣球的內(nèi)部與外部是相通的，熱氣球內(nèi)部氣體的壓強(qiáng)與外部大氣壓強(qiáng)是相等的。

()(2)在熱氣球內(nèi)部加熱空氣時(shí)，氣球內(nèi)部氣體的質(zhì)量不變。

()(3)熱氣球內(nèi)部溫度越高，內(nèi)部空氣密度越小。

(

)(4)當(dāng)熱氣球所受浮力大于其總重力時(shí)，熱氣球?qū)⑾蛏仙稹?/p>

(

)√×√√新知學(xué)習(xí)(一)|查理定律的理解及應(yīng)用[任務(wù)驅(qū)動(dòng)](選自魯科版新教材“物理聊吧”)炎熱的夏天，給汽車(chē)輪胎充氣時(shí)(如圖)，一般都不能充得太足；給自行車(chē)輪胎充氣時(shí)，也不能充得太足。這是為什么呢？提示：如果氣充得太足，當(dāng)溫度升高時(shí)，根據(jù)查理定律，可知輪胎中氣體的壓強(qiáng)將增大，容易造成爆胎。

[重點(diǎn)釋解]1．對(duì)查理定律的理解(1)查理定律是實(shí)驗(yàn)定律，是由法國(guó)科學(xué)家查理通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。(2)適用條件：氣體質(zhì)量一定，體積不變，壓強(qiáng)不太大(小于幾個(gè)大氣壓)，溫度不太低(不低于零下幾十?dāng)z氏度)。(3)一定質(zhì)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(qiáng)是相同的。[典例體驗(yàn)][典例]

(選自魯科版新教材“例題”)如圖所示，固定的豎直氣缸內(nèi)有一個(gè)活塞，活塞的質(zhì)量為m，活塞橫截面積為S，氣缸內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的氣體?，F(xiàn)對(duì)缸內(nèi)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?dú)飧變?nèi)氣體的初始熱力學(xué)溫度為T(mén)0，大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度大小為g。試求當(dāng)所加沙子的質(zhì)量為M時(shí)，氣缸內(nèi)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(dāng)溫度升高到T時(shí)輕桿對(duì)活塞的推力為多少？(2)在上述[典例]中，已知最初缸內(nèi)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(duì)氣缸緩慢加熱，活塞緩慢向上移動(dòng)距離h，此時(shí)氣缸內(nèi)氣體溫度是多少？/方法技巧/1．查理定律的推論2．應(yīng)用查理定律解題的一般步驟(1)確定研究對(duì)象，即被封閉的氣體。(2)分析被研究氣體在狀態(tài)變化時(shí)是否符合定律的適用條件：質(zhì)量一定，體積不變。(3)確定初、末兩個(gè)狀態(tài)的溫度、壓強(qiáng)。(4)根據(jù)查理定律列式求解。(5)求解結(jié)果并分析、檢驗(yàn)。

[針對(duì)訓(xùn)練]1．一定質(zhì)量的理想氣體，保持體積不變，壓強(qiáng)減為原來(lái)的一半，則其溫度由原來(lái)的27℃變?yōu)?/p>

(

)A．127K

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

由細(xì)玻璃管連通，管內(nèi)有一段汞柱(不計(jì)細(xì)玻璃管內(nèi)氣體體積)。當(dāng)A容器氣體溫度為

0℃，B容器內(nèi)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(nèi)汞柱將

(

)

A．向右移動(dòng)

B．向左移動(dòng) C．保持不動(dòng)

D．無(wú)法確定/方法技巧/應(yīng)用蓋-呂薩克定律解題的一般步驟(1)確定研究對(duì)象，即被封閉氣體。(2)分析狀態(tài)變化過(guò)程，明確初、末狀態(tài)，確認(rèn)在狀態(tài)變化過(guò)程中氣體的質(zhì)量和壓強(qiáng)保持不變。(3)分別找出初、末兩狀態(tài)的溫度、體積。(4)根據(jù)蓋-呂薩克定律列方程求解。(5)分析所求結(jié)果是否合理。2．如圖所示，圓柱形導(dǎo)熱氣缸內(nèi)有一光滑活塞，密封了一定質(zhì)量的理想氣體。用一彈簧測(cè)力計(jì)掛在活塞上，將整個(gè)氣缸懸掛在天花板上。測(cè)得此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F，氣缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)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(cè)力計(jì)上的拉力跟氣缸和活塞的總重力大小相等，當(dāng)外界溫度升高時(shí)，不影響彈簧彈力大小，所以示數(shù)F不變；以氣缸為研究對(duì)象，最終達(dá)到平衡時(shí)，氣缸的重力與氣缸內(nèi)氣體壓力之和等于大氣壓力，因?yàn)橹亓痛髿鈮毫蛔?，所以氣缸?nèi)氣體壓力不變，氣缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)p不變，故D正確。

答案：D

新知學(xué)習(xí)(三)|V-T圖像和p-T圖像[任務(wù)驅(qū)動(dòng)](1)對(duì)于一定質(zhì)量的某種氣體，p-T圖中的等容線(xiàn)是一條通過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線(xiàn)，怎樣判斷各等容線(xiàn)代表的體積大小關(guān)系？(2)V-T圖中的等壓線(xiàn)是一條通過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線(xiàn)，怎樣判斷各等壓線(xiàn)代表的壓強(qiáng)大小關(guān)系？[重點(diǎn)釋解]1．等壓變化的圖像(1)一定質(zhì)量的氣體等壓變化的圖線(xiàn)在V-T圖上是一條(延長(zhǎng)線(xiàn))過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)。如圖一所示。意義反映了一定質(zhì)量的氣體在等壓變化中體積V與熱力學(xué)溫度T成正比圖像過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)特點(diǎn)斜率越大，壓強(qiáng)越小，即p1>p2(2)一定質(zhì)量的氣體等壓變化的圖線(xiàn)在V-t圖上是一條(延長(zhǎng)線(xiàn))過(guò)與t軸交點(diǎn)為－273.15℃的直線(xiàn)。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(zhì)量的氣體發(fā)生等壓變化時(shí)，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(zhì)量的氣體在等壓變化中體積與攝氏溫度t呈線(xiàn)性關(guān)系圖像傾斜直線(xiàn)，延長(zhǎng)線(xiàn)與t軸交點(diǎn)為－273.15℃特點(diǎn)連接圖像中的某點(diǎn)與(－273.15,0)，連線(xiàn)的斜率越大，壓強(qiáng)越小，即p1>p22．等容變化的圖像(1)一定質(zhì)量的氣體，其等容線(xiàn)在p-T圖像上是一條(延長(zhǎng)線(xiàn))過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)。如圖一所示。意義反映了一定質(zhì)量的氣體在等容變化中，壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T成正比圖像過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)特點(diǎn)斜率越大，體積越小，即V1>V2(2)一定質(zhì)量的氣體，其等容線(xiàn)在p-t圖像上是一條(延長(zhǎng)線(xiàn))過(guò)t軸上坐標(biāo)點(diǎn)－273.15℃的直線(xiàn)。如圖二所示。意義反映了一定質(zhì)量的氣體在等容變化中，壓強(qiáng)p與攝氏溫度t的線(xiàn)性關(guān)系圖像傾斜直線(xiàn)，延長(zhǎng)線(xiàn)與t軸交點(diǎn)為－273.15℃特點(diǎn)連接圖像中的某點(diǎn)與(－273.15,0)，連線(xiàn)的斜率越大，體積越小，即V1>V2[典例體驗(yàn)][典例]

如圖甲是一定質(zhì)量的氣體由狀態(tài)A經(jīng)過(guò)狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的V-T圖像，已知?dú)怏w在狀態(tài)A時(shí)的壓強(qiáng)是1.5×105Pa。(1)說(shuō)出A→B過(guò)程中壓強(qiáng)變化的情形，并根據(jù)圖像提供的信息，計(jì)算圖中TA的值。(2)請(qǐng)?jiān)趫D乙所示坐標(biāo)系中，作出由狀態(tài)A經(jīng)過(guò)狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的p-T圖像，并在圖像相應(yīng)位置上標(biāo)出字母A、B、C。如果需要計(jì)算才能確定有關(guān)坐標(biāo)值，請(qǐng)寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程。[針對(duì)訓(xùn)練]1．(多選)一定質(zhì)量的氣體的狀態(tài)經(jīng)歷了如圖所示的ab、bc、cd、da四個(gè)過(guò)程，其中bc的延長(zhǎng)線(xiàn)通過(guò)原

點(diǎn)，cd垂直于ab且與橫軸平行，da與bc平行，則氣體體積在

(

)A．a(chǎn)b過(guò)程中不斷減小B．bc過(guò)程中保持不變C．cd過(guò)程中不斷減小D．da過(guò)程中保持不變解析：ab過(guò)程氣體發(fā)生等溫變化，壓強(qiáng)減小，由玻意耳定律分析可知?dú)怏w的體積變大，故A錯(cuò)誤；由于bc的延長(zhǎng)線(xiàn)通過(guò)原點(diǎn)，由查理定律可知bc過(guò)程為等容變化，故B正確；cd過(guò)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?dú)怏w體積減小，故C正確；d點(diǎn)與原點(diǎn)的連線(xiàn)的斜率大于a點(diǎn)與原點(diǎn)的連線(xiàn)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(guò)程體積增大，故D錯(cuò)誤。答案：BC一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

科學(xué)思維——?dú)怏w實(shí)驗(yàn)定律的應(yīng)用1．(選自人教版新教材課后練習(xí))一個(gè)容器內(nèi)部呈不規(guī)則形狀，為測(cè)量它的容積，在容器上插入一根兩端開(kāi)口的玻璃管，接口用蠟密封。玻璃管內(nèi)部橫截面積為S，管內(nèi)一靜止水銀柱封閉著長(zhǎng)度為l1的空氣柱，如圖，此時(shí)外界的溫度為T(mén)1?，F(xiàn)把容器浸在溫度為T(mén)2的熱水中，水銀柱靜止時(shí)下方的空氣柱長(zhǎng)度變?yōu)閘2。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中認(rèn)為大氣壓沒(méi)有變化，請(qǐng)根據(jù)以上數(shù)據(jù)推導(dǎo)容器容積的表達(dá)式。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任——煤氣泄漏爆炸問(wèn)題2．(選自滬科版新教材課后練習(xí))一戶(hù)居民因家中廚房管道煤氣泄漏發(fā)生爆炸事故。事后技術(shù)人員估計(jì)爆炸時(shí)廚房溫度從常溫迅速升高到1800℃。試估算此時(shí)產(chǎn)生的氣體壓強(qiáng)約為大氣壓的多少倍。二、新題目精選——品立意深處所蘊(yùn)含的核心價(jià)值1．在冬季，剩有半瓶熱水的老式暖水瓶經(jīng)過(guò)一個(gè)夜晚后，第二天拔瓶口的瓶塞時(shí)覺(jué)得很緊，不易拔出來(lái)。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(qiáng)變大D．瓶?jī)?nèi)氣體因溫度降低而壓強(qiáng)減小2.

如圖所示，有一熱氣球停在地面，下端開(kāi)口使球內(nèi)外的空氣可以流通，球內(nèi)有溫度調(diào)節(jié)器，以便調(diào)節(jié)球內(nèi)空氣的溫度，設(shè)氣球的總體積V0＝400m3，球殼體積忽略不計(jì)，除球內(nèi)空氣外，熱氣球總質(zhì)量M＝150kg。已知