第5節(jié)　氣體實(shí)驗(yàn)定律

第5節(jié)氣體實(shí)驗(yàn)定律核心素養(yǎng)點(diǎn)擊物理觀念1.知道氣體的等溫變化、等容變化、等壓變化的概念。2.知道玻意耳定律、查理定律和蓋—呂薩克定律的內(nèi)容、公式及適用條件。3.能用分子動(dòng)理論解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律。科學(xué)思維會(huì)用控制變量法研究等溫變化、等容變化、等壓變化，能用圖像分析各物理量的變化規(guī)律?？茖W(xué)探究探究等溫變化、等容變化、等壓變化的變化規(guī)律?？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)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與實(shí)事求是的科學(xué)精神。(3)條件：氣體的

一定，

不變。溫度反比質(zhì)量溫度(4)氣體等溫變化的p--V圖像氣體的壓強(qiáng)p隨體積V的變化關(guān)系如圖所示，圖線的形狀為

，它描述的是溫度不變時(shí)的p--V關(guān)系，稱為

。一定質(zhì)量的氣體，在不同溫度下的等溫線是不同的。(5)微觀解釋：一定質(zhì)量的氣體

不變，當(dāng)溫度保持不變時(shí)，_____________保持不變。當(dāng)氣體體積減小時(shí)，單位體積內(nèi)的分子數(shù)

，氣體的壓強(qiáng)也就_____。反之，氣體的壓強(qiáng)

。雙曲線的一支等溫線分子總數(shù)分子平均動(dòng)能增多增大減小2．判一判(1)一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時(shí)壓強(qiáng)跟體積成正比。

(

)(2)在探究氣體壓強(qiáng)、體積、溫度三個(gè)狀態(tài)參量之間關(guān)系時(shí)采用控制變量法。(

)(3)玻意耳定律適用于質(zhì)量不變、溫度變化的氣體。

(

)××√1．填一填(1)等容變化：一定質(zhì)量的氣體，在

保持不變時(shí)，壓強(qiáng)隨溫度的變化。(2)查理定律①內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在體積保持不變的條件下，壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成_____。體積正比(3)等容線：一定質(zhì)量的氣體，在體積保持不變時(shí)，其p--T圖像是一條

的直線，這條直線稱為等容線。(4)微觀解釋：一定質(zhì)量的氣體，在體積保持不變時(shí)，單位體積內(nèi)的分子數(shù)_________。當(dāng)溫度升高時(shí)，分子平均動(dòng)能

，氣體的壓強(qiáng)也就

。反之，氣體的壓強(qiáng)

。過原點(diǎn)保持不變?cè)龃笤龃鬁p小2．判一判(1)一定質(zhì)量的氣體，體積不變，當(dāng)溫度由t0變?yōu)?t0時(shí)，壓強(qiáng)由p0變?yōu)?p0。

(

)(2)現(xiàn)實(shí)生活中，自行車輪胎在烈日下暴曬，車胎內(nèi)氣體的變化可近似看成等容過程。

(

)(3)高壓氧氣瓶在放氣過程中，氧氣狀態(tài)變化符合查理定律。

(

)××√3．想一想某登山運(yùn)動(dòng)員在一次攀登珠穆朗瑪峰的過程中，在接近山頂時(shí)他裸露在手腕上的防水手表的表盤玻璃突然爆裂了，而手表沒有受到任何撞擊，你知道其中的原因嗎？提示：手表表殼可以看成一個(gè)密閉容器，出廠時(shí)封閉著一定質(zhì)量的氣體，登山過程中氣體發(fā)生等容變化，因?yàn)楦呱缴巾數(shù)臏囟鹊?，壓?qiáng)小，表殼內(nèi)外壓力差超過表盤玻璃的承受限度，便會(huì)發(fā)生爆裂。1．填一填(1)等壓變化：一定質(zhì)量的氣體，在

保持不變時(shí)，體積隨溫度的變化。(2)蓋—呂薩克定律①內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在

保持不變的條件下，體積與熱力學(xué)溫度成_____。(3)等壓線：一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)保持不變時(shí)，其V--T圖像是一條

的直線，這條直線稱為等壓線。壓強(qiáng)壓強(qiáng)正比過原點(diǎn)(4)微觀解釋：一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)溫度升高時(shí)，分子平均動(dòng)能

，為了保持壓強(qiáng)不變，單位體積內(nèi)的分子數(shù)相應(yīng)

，氣體的體積必然相應(yīng)

。反之，氣體的體積必然

。(5)理想氣體①定義：嚴(yán)格遵循

的氣體。②內(nèi)能：除了碰撞外，分子相互作用

。因此，理想氣體的分子勢(shì)能可以

，理想氣體的內(nèi)能只與氣體的

有關(guān)，而與氣體的

無關(guān)。增大減少增大減小三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律忽略不計(jì)忽略不計(jì)溫度體積2．判一判(1)氣體的溫度升高，氣體體積一定增大。

(

)(2)一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)體積與溫度成正比。

(

)(3)一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，其V--T圖像是過原點(diǎn)的直線。

(

)××√(1)玻意耳定律成立的條件是氣體的溫度不太低、壓強(qiáng)不太大，那么為什么在壓強(qiáng)很大、溫度很低的情況下玻意耳定律就不成立了呢？提示：當(dāng)壓強(qiáng)很大、溫度很低時(shí)氣體分子間的距離很小，分子間的作用力不可忽略，氣體分子本身所占的體積也不可忽略，由玻意耳定律計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果差別較大。(2)氣體的質(zhì)量變化時(shí)，還能使用玻意耳定律嗎？提示：可以使用，可以把發(fā)生變化的所有氣體作為研究對(duì)象，應(yīng)用玻意耳定律列方程求解。

[重難釋解]1．對(duì)玻意耳定律的理解(1)適用條件：一定質(zhì)量的某種氣體，溫度不太低，壓強(qiáng)不太大。

(2)定律也可以表述為pV＝常量或p1V1＝p2V2，其中的常量與氣體所處溫度高低有關(guān)，溫度越高，常量越大。3．應(yīng)用玻意耳定律的思路和方法

(1)確定研究對(duì)象，并判斷是否滿足玻意耳定律成立的條件。

(2)確定研究對(duì)象的始末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1、V1，p2、V2)。(3)根據(jù)玻意耳定律列方程p1V1＝p2V2，代入數(shù)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(shí)還應(yīng)由力學(xué)或幾何知識(shí)列出輔助方程。(5)有時(shí)要檢驗(yàn)結(jié)果是否符合實(shí)際，對(duì)不符合實(shí)際的結(jié)果要舍去。應(yīng)用玻意耳定律的兩個(gè)誤區(qū)(1)誤認(rèn)為在任何情況下氣體的壓強(qiáng)跟體積成反比。產(chǎn)生誤區(qū)的原因是忽略了玻意耳定律成立的條件，即一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)跟體積成反比。(2)誤認(rèn)為氣體的質(zhì)量變化時(shí)，一定不能用玻意耳定律進(jìn)行分析。當(dāng)質(zhì)量連續(xù)變化時(shí)，可以把前后狀態(tài)的所有氣體全部考慮在內(nèi)，也可以應(yīng)用玻意耳定律。[素養(yǎng)訓(xùn)練]1.如圖所示，某種自動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)水時(shí)，與洗衣缸相連的細(xì)管中會(huì)封閉一定質(zhì)量的空氣，通過壓力傳感器感知管中的空氣壓力，從而控制進(jìn)水量。設(shè)溫度不變，洗衣缸內(nèi)水位升高，則細(xì)管中被封閉的空氣

(

)A．體積不變，壓強(qiáng)變小

B．體積變小，壓強(qiáng)變大C．體積不變，壓強(qiáng)變大

D．體積變小，壓強(qiáng)變小解析：以細(xì)管中封閉氣體為研究對(duì)象，當(dāng)洗衣缸內(nèi)水位升高時(shí)，細(xì)管中封閉氣體壓強(qiáng)變大，而氣體溫度不變，則由玻意耳定律知，細(xì)管中被封閉的空氣體積變小，B正確。答案：B

2．(2022·廣東高考)

玻璃瓶可作為測(cè)量水深的簡(jiǎn)易裝置。如圖所示，潛水員在水面上將80mL水裝入容積為380mL的玻璃瓶中，擰緊瓶蓋后帶入水底，倒置瓶身，打開瓶蓋，讓水進(jìn)入瓶中，穩(wěn)定后測(cè)得瓶?jī)?nèi)水的體積為230mL。將瓶?jī)?nèi)氣體視為理想氣體，全程氣體不泄漏且溫度不變。大氣壓強(qiáng)p0取1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2，水的密度ρ取1.0×103kg/m3。求水底的壓強(qiáng)p和水的深度h。解析：以瓶?jī)?nèi)封閉氣體為研究對(duì)象在水面時(shí)，p1＝p0＝1.0×105PaV1＝V總－V水＝300mL在水底時(shí)，p2＝pV2＝V總－V水′＝150mL對(duì)氣體由玻意耳定律得p1V1＝p2V2代入數(shù)據(jù)解得p＝2.0×105Pa設(shè)該處水底水深為h，則p＝p0＋ρgh代入數(shù)據(jù)解得h＝10m。答案：2.0×105Pa

10m如圖為一定質(zhì)量的氣體在體積不變的條件下，壓強(qiáng)隨攝氏溫度(圖甲)及熱力學(xué)溫度(圖乙)的變化關(guān)系。(1)如圖甲，壓強(qiáng)與攝氏溫度成正比嗎？圖像與縱軸的截距表示什么？提示：p與t是線性關(guān)系，不成正比，與縱軸的截距表示0℃時(shí)氣體的壓強(qiáng)。(2)在壓強(qiáng)不太大，溫度不太低時(shí)，圖像的延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)表示什么？壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度有怎樣的關(guān)系？提示：表示絕對(duì)零度，p與T成正比。3．等容過程的p-T和p--t圖像(1)p--T圖像：一定質(zhì)量的某種氣體，在等容過程中，氣體的壓強(qiáng)p和熱力學(xué)溫度T的關(guān)系圖線是延長(zhǎng)線過原點(diǎn)的傾斜直線，如圖甲所示，且V1＜V2，即體積越大，斜率越小。(2)p--t圖像：一定質(zhì)量的某種氣體，在等容過程中，壓強(qiáng)p與攝氏溫度t是一次函數(shù)關(guān)系，不是簡(jiǎn)單的正比例關(guān)系，如圖乙所示，等容線是一條延長(zhǎng)線通過橫軸－273.15℃的點(diǎn)的傾斜直線，且斜率越大，體積越小。圖像縱軸的截距p0是氣體在0℃時(shí)的壓強(qiáng)。對(duì)查理定律理解的兩個(gè)誤區(qū)(1)誤認(rèn)為一定質(zhì)量的氣體在體積不變時(shí)，壓強(qiáng)與攝氏溫度成正比。產(chǎn)生誤區(qū)的原因是沒有正確理解查理定律，一定質(zhì)量的氣體，體積不變時(shí)，p∝T，而不是“p∝t”。(2)誤認(rèn)為氣體實(shí)驗(yàn)定律在任何溫度下都適用。這是由于沒有正確理解氣體實(shí)驗(yàn)定律的適用條件，只有在溫度不太低、壓強(qiáng)不太高的情況下，氣體實(shí)驗(yàn)定律才成立。[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．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．無法確定2．某同學(xué)家一臺(tái)新電冰箱能顯示冷藏室的溫度。存放食物之前，該同學(xué)關(guān)閉冰箱密封門并給冰箱通電。若大氣壓為1.0×105Pa，通電時(shí)顯示溫度為27℃，通電一段時(shí)間后顯示溫度為6℃，則此時(shí)冷藏室中氣體的壓強(qiáng)是

(

)A．2.2×104Pa B．9.3×105PaC．1.0×105Pa D．9.3×104

Pa如圖甲、乙為一定質(zhì)量的不同壓強(qiáng)的氣體，在發(fā)生等壓變化時(shí)的V--T圖像和V--t圖像。

(1)氣體的體積V與熱力學(xué)溫度T成什么關(guān)系？提示：氣體的體積V與熱力學(xué)溫度T成正比。(2)圖像中p1和p2表示不同壓強(qiáng)下的兩條等壓線，從圖像來分析，等壓線的斜率大小與氣體壓強(qiáng)大小之間有怎樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系？提示：從圖像可以看出，無論是V--T圖像還是V--t圖像，都是等壓線的斜率越大，壓強(qiáng)越小，因此，p1>p2。

3．V--T和V--t圖像(1)V--T圖像：一定質(zhì)量的某種氣體，在等壓過程中，氣體的體積V和熱力學(xué)溫度T的圖線是延長(zhǎng)線過原點(diǎn)的傾斜直線，如圖甲所示，且p1>p2，即壓強(qiáng)越大，斜率越小。(2)V--t圖像：一定質(zhì)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(shù)，不是簡(jiǎn)單的正比例關(guān)系，如圖乙所示，圖像縱軸的截距V0是氣體在0℃時(shí)的體積，等壓線是一條延長(zhǎng)線通過橫軸上t＝－273.15℃的傾斜直線，且斜率越大，壓強(qiáng)越小。[解析]測(cè)量溫度的范圍應(yīng)該為：氣體的體積從V1＝100cm3等壓變化到V2＝100cm3＋100×0.2cm3＝120cm3，這個(gè)范圍所對(duì)應(yīng)的氣體溫度為T1～T2之間，根據(jù)題意，當(dāng)T0＝273K＋5K＝278K時(shí)，氣體的體積V0＝100cm3＋20×0.2cm3＝104cm3答案：B

2.如圖所示，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?；钊馁|(zhì)量為m，橫截面積為S，與容器底部相距h?，F(xiàn)通過電熱絲給氣體加熱一段時(shí)間，結(jié)果活塞緩慢上升了h，已知大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g，不計(jì)器壁向外散失的熱量及活塞與器壁間的摩擦，求：(1)氣體的壓強(qiáng)；(2)這段時(shí)間內(nèi)氣體的溫度升高了多少。一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維(選自人教版新教材課后練習(xí))一個(gè)足球的容積是2.5L。用打氣筒給這個(gè)足球打氣，每打一次都把體積為125mL、壓強(qiáng)與大氣壓相同的氣體打進(jìn)足球內(nèi)。如果在打氣前足球就已經(jīng)是球形并且里面的壓強(qiáng)與大氣壓相同，打了20次后足球內(nèi)部空氣的壓強(qiáng)是大氣壓的多少倍？你在得出結(jié)論時(shí)考慮到了什么前提？實(shí)際打氣時(shí)的情況能夠滿足你的前提嗎？二、注重學(xué)以致用和思維建模1.在冬季，剩有半瓶熱水的老式暖水瓶經(jīng)過一個(gè)夜晚后，第二天拔瓶口的瓶塞時(shí)覺得很緊，不易拔出來。其中主要原因是