2.3氣體的等壓變化和等容變化 課件高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊(cè)-1

2.3氣體的等壓變化和等容變化第二章

氣體、液體和固體觀察與思考：燒瓶上通過橡膠塞連接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱。用手捂住燒瓶，會(huì)觀察到水柱緩慢向外移動(dòng)，這說明了什么？實(shí)驗(yàn)表明：

在保持氣體的壓強(qiáng)不變的情況下，一定質(zhì)量氣體的體積隨溫度的升高而增大。等壓變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，體積隨溫度的變化的過程。在等壓變化中，氣體的體積與溫度可能存在著什么關(guān)系？氣體的等壓變化實(shí)驗(yàn)視頻實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法法國(guó)科學(xué)家蓋—呂薩克通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，其體積V與熱力學(xué)溫度T之間呈線性關(guān)系，把它蓋—呂薩克定律。0Vt/0CAB甲結(jié)論：當(dāng)壓強(qiáng)不太大，溫度不太低時(shí)，一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，體積V和溫度T成正比.0VT/KAB乙273.15氣體體積為0時(shí)，溫度為0V與攝氏溫度t是一次函數(shù)關(guān)系V與熱力學(xué)溫度T是正比關(guān)系等壓圖像1.內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，其體積V與熱力學(xué)溫度T成正比。即T

T

式中V1、T1表示氣體在1（初態(tài)）、V2、T2表示2（末態(tài)）2.公式表述：這里的C和玻意耳定律查理定律表達(dá)式中的C都泛指比例常數(shù)，它們并不相等。3.適用范圍：①溫度不太低（與室溫相比），壓強(qiáng)不太大（與大氣壓相比）②氣體的質(zhì)量和體積都不變?；驓怏w的等壓變化——蓋—呂薩克定律=CΔT

注意：V與熱力學(xué)溫度T成正比，不與攝氏溫度t成正比，但體積的變化

V與攝氏溫度

t的變化成正比。

Vt(T)△V△TT1V14.公式推論：5.兩種不同溫標(biāo)下的等壓變化圖像：熱力學(xué)溫標(biāo)下的圖像攝氏溫標(biāo)下的圖像思考與討論：(1)你是否可以根據(jù)所學(xué)的知識(shí)推導(dǎo)出在壓強(qiáng)一定時(shí)，體積和攝氏溫度之間的關(guān)系式？(3)為什么在0K和-273.15℃附近用虛線？(2)兩種圖像明顯不一樣？我們?cè)诮窈筇幚韱栴}時(shí)，需要注意什么問題？（4）同一氣體，不同壓強(qiáng)下等壓線是不同的，你能判斷那條等壓線氣體的壓強(qiáng)比較大嗎？你是根據(jù)什么理由作出判斷的？結(jié)論：等壓線斜率越大，壓強(qiáng)越小?！纠}1】一容器中裝有某種氣體，且容器上有一個(gè)小口與外界大氣相通，原來容器內(nèi)的溫度為27℃，若把它加熱到127℃，從容器中溢出的空氣質(zhì)量是原來質(zhì)量的多少倍呢？解析：初態(tài)

T1=300KV1=VP1=P分析：容器上有一個(gè)小口與外界大氣相通，即氣體的壓強(qiáng)始終等于外界大氣壓，氣體狀態(tài)變化可以看作是等壓變化。本題解題的關(guān)鍵不是氣體狀態(tài)的確定，而是研究對(duì)象的選取。末態(tài)

T2=400KV2=？

P2=P由蓋-呂薩克定律

:就容器而言，里面氣體質(zhì)量變了，但可視容器中氣體出而不走，以原來容器中的氣體為研究對(duì)象，就可以運(yùn)用氣體的等壓變化規(guī)律求解。氣體狀態(tài)變化如圖所示。法一：解析：以后來容器中的氣體為研究對(duì)象。氣體狀態(tài)變化如圖所示。法二：初態(tài)

T1=400KV1=VP1=P末態(tài)

T2=300KV2=？

P2=P由蓋-呂薩克定律

:【例題1】一容器中裝有某種氣體，且容器上有一個(gè)小口與外界大氣相通，原來容器內(nèi)的溫度為27℃，若把它加熱到127℃，從容器中溢出的空氣質(zhì)量是原來質(zhì)量的多少倍呢？【例題2】如圖甲所示，質(zhì)量M＝10kg的導(dǎo)熱汽缸置于水平地面上，用質(zhì)量和厚度均不計(jì)的水平導(dǎo)熱活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，氣體溫度為300K．一質(zhì)量m＝1kg的重物用輕繩經(jīng)光滑滑輪與汽缸中活塞豎直相連接，重物和活塞均處于靜止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)活塞離缸底的高度L0＝10cm，不計(jì)活塞與汽缸間的摩擦，且汽缸不漏氣．已知大氣壓強(qiáng)p0＝1×105Pa，活塞的橫截面積為S＝10－2m2，g取10m/s2，下列兩種情況中，活塞均未脫離汽缸．(1)若將圖甲中環(huán)境溫度緩慢降低至240K，求此時(shí)活塞離汽缸底的高度；(2)若保持圖甲中環(huán)境溫度為300K不變，將汽缸從圖甲狀態(tài)變?yōu)閳D乙狀態(tài)，用輕繩將汽缸和活塞豎直懸掛在天花板上，穩(wěn)定后處于靜止?fàn)顟B(tài)，求穩(wěn)定后活塞離汽缸底的高度．實(shí)驗(yàn)探究：等容變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變時(shí)，壓強(qiáng)隨溫度的變化的過程。

在等容變化中，氣體的體壓強(qiáng)與溫度可能存在著什么關(guān)系？實(shí)驗(yàn)視頻法國(guó)科學(xué)家查理在分析了實(shí)驗(yàn)事實(shí)后發(fā)現(xiàn)：當(dāng)氣體的體積一定時(shí)，各種氣體的壓強(qiáng)與溫度之間都有線性關(guān)系，把它叫做查理定律。0Pt/0CAB甲結(jié)論：當(dāng)壓強(qiáng)不太大，溫度不太低時(shí)，一定質(zhì)量的氣體，在體積不變時(shí)，壓強(qiáng)p和溫度T成正比.0PT/KAB乙273.15氣體壓強(qiáng)為0時(shí)，溫度為0P與攝氏溫度t是一次函數(shù)關(guān)系P與熱力學(xué)溫度T是正比關(guān)系氣體的等容變化——查理定律1.查理定律內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)P與熱力學(xué)溫度T成正比。即p

T

或

式中p1、T1表示氣體在1（初態(tài)）、p2、T2表示2（末態(tài)）2.公式表述：這里的C和玻意耳定律表達(dá)式中的C都泛指比例常數(shù)，它們并不相等。3.適用范圍：①溫度不太低，壓強(qiáng)不太大②氣體的質(zhì)量和體積都不變?！鱬△TT1p1氣體的等容變化——查理定律=CΔT

4.推論：5.兩種不同溫標(biāo)下的等容變化圖像：熱力學(xué)溫標(biāo)下的圖像攝氏溫標(biāo)下的圖像思考與討論：(1)你是否可以根據(jù)所學(xué)的知識(shí)推導(dǎo)出在壓強(qiáng)一定時(shí)，體積和攝氏溫度之間的關(guān)系式？(3)為什么在0K和-273.15℃附近用虛線？(2)兩種圖像明顯不一樣？我們?cè)诮窈筇幚韱栴}時(shí)，需要注意什么問題？（4）同一氣體，不同體積下等容線是不同的，你能判斷那條等容線氣體的體積比較大嗎？你是根據(jù)什么理由作出判斷的？結(jié)論：等容線斜率越大，體積越小。ABC【例題3】某種氣體在狀態(tài)A時(shí)壓強(qiáng)2×105Pa，體積為1m3，溫度為200K，(1)它在等溫過程中由狀態(tài)A變?yōu)闋顟B(tài)B，狀態(tài)B的體積為2m3，求狀態(tài)B的壓強(qiáng)。(2)隨后，又由狀態(tài)B在等容過程中變?yōu)闋顟B(tài)C，狀態(tài)C的溫度為300K，求狀態(tài)C的壓強(qiáng)。以氣體為研究對(duì)象。解：初態(tài)：PA=2×105PaVA=1m3末態(tài)：PB=？VB=2m3等溫變化，根據(jù)pAVA=pBVB代入得：2×105×1=PB×2解得：（1）PB=105PaTA=200KTB=200K初態(tài)：PB=105PaVB=2m3末態(tài)：PC=？VC=2m3等容變化，根據(jù)代入得：解得：（2）PC=1.5×105PaTB=200KTC=300K總結(jié)：利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)是否符合定律成立的條件，即是否是質(zhì)量和體積保持不變。(3)確定初、末兩個(gè)狀態(tài)的溫度、壓強(qiáng)。(4)按查理定律公式列式求解，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行討論。解題步驟歸納氣體實(shí)驗(yàn)定律玻意耳定律查理定律蓋-呂薩克定律壓強(qiáng)不太大(相對(duì)大氣壓)，溫度不太低(相對(duì)室溫)這些定律的適用范圍：p1V1=p2V2定律對(duì)比【例題4】如圖所示，A、B兩容器容積相等，用粗細(xì)均勻的細(xì)玻璃管連接，兩容器內(nèi)裝有不同氣體，細(xì)管中央有一段水銀柱，在兩邊氣體作用下保持平衡時(shí)，A中氣體的溫度為273K，B中氣體的溫度為293K，如果將它們的溫度都降低10K，則水銀柱將(

)A．向A移動(dòng) B．向B移動(dòng)C．不動(dòng) D．不能確定A【例題4變式】如圖所示，兩端封閉、粗細(xì)均勻、豎直放置的玻璃管內(nèi)，有一長(zhǎng)為h的水銀柱，將管內(nèi)氣體分為兩部分，已知l2＝2l1。若使兩部分氣體同時(shí)升高相同的溫度，管內(nèi)水銀柱將如何運(yùn)動(dòng)？(設(shè)原來溫度相同)解析：水銀柱原來處于平衡狀態(tài)，所受合外力為零，即此時(shí)兩部分氣體的壓強(qiáng)差Δp＝p1－p2＝ph。溫度升高后，兩部分氣體的壓強(qiáng)都增大，若Δp1>Δp2，水銀柱所受合外力方向向上，應(yīng)向上移動(dòng)，若Δp1<Δp2，水銀柱向下移動(dòng)，若Δp1＝Δp2，水銀柱不動(dòng)。所以判斷水銀柱怎樣移動(dòng)，就是分析其合外力方向，即判斷兩部分氣體的壓強(qiáng)哪一個(gè)增大得多。假設(shè)水銀柱不動(dòng)，兩部分氣體都做等容變化，分別對(duì)兩部分氣體應(yīng)用查理定律：上段同理，下段所以Δp1>Δp2，即水銀柱上移?！纠}5】如圖所示，封閉有一定質(zhì)量理想氣體的汽缸開口向下豎直固定放置，活塞的截面積為S，質(zhì)量為m0，活塞通過輕繩連接了一個(gè)質(zhì)量為m的重物。若開始時(shí)汽缸內(nèi)理想氣體的溫度為T0，輕繩剛好伸直且對(duì)活塞無拉力作用，外界大氣壓強(qiáng)為p0，一切摩擦均不計(jì)且m0g<p0S。求：(1)求重物剛離地時(shí)汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)；(2)若緩慢降低汽缸內(nèi)氣體的溫度，最終使得汽缸內(nèi)氣體的體積減半，則最終氣體的溫度為多少？【例題5】如圖所示，封閉有一定質(zhì)量理想氣體的汽缸開口向下豎直固定放置，活塞的截面積為S，質(zhì)量為m0，活塞通過輕繩連接了一個(gè)質(zhì)量為m的重物。若開始時(shí)汽缸內(nèi)理想氣體的溫度為T0，輕繩剛好伸直且對(duì)活塞無拉力作用，外界大氣壓強(qiáng)為p0，一切摩擦均不計(jì)且m0g<p0S。求：(1)求重物剛離地時(shí)汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)；(2)若緩慢降低汽缸內(nèi)氣體的溫度，最終使得汽缸內(nèi)氣體的體積減半，則最終氣體的溫度為多少？1.理想氣體：在任何溫度、任何壓強(qiáng)下都遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體。2.理想氣體的特點(diǎn)：（1）理想氣體是不存在的，是一種理想模型。（2）在溫度不太低，壓強(qiáng)不太大時(shí)實(shí)際氣體都可看成是理想氣體。（4）從能量上說：理想氣體的微觀本質(zhì)是忽略了分子力，沒有分子勢(shì)能，理想氣體的內(nèi)能只有分子動(dòng)能。（3）從微觀上說：分子間以及分子和器壁間，除碰撞外無其他作用力，分子本身沒有體積，即它所占據(jù)的空間認(rèn)為都是可以被壓縮的空間。理想氣體（5）嚴(yán)格遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律及理想氣體狀態(tài)方程.

一定質(zhì)量的理想氣體，由初狀態(tài)（p1、V1、T1）變化到末狀態(tài)（p2、V2、T2）時(shí)，兩個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)參量之間的關(guān)系為：拓展學(xué)習(xí)（理想氣體狀態(tài)方程）：理想氣體狀態(tài)方程和三個(gè)氣體實(shí)驗(yàn)定律的關(guān)系氣體的三大定律都是實(shí)驗(yàn)定律，由實(shí)驗(yàn)歸納總結(jié)得到。推論1：理想氣體密度方程推論2：理想氣體狀態(tài)方程分態(tài)式如果一部分氣體（p、V、T）被分成了幾部分，狀態(tài)分別為（p1、V1、T1）（p2、V2、T2）……則有：根據(jù)氣體密度

得拓展：兩個(gè)重要推論或

克拉珀龍方程是任意質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)方程，它聯(lián)系著某一確定狀態(tài)下，各物理量的關(guān)系。對(duì)實(shí)際氣體只要溫度不太低，壓強(qiáng)不太大就可應(yīng)用克拉珀龍方程解題．n為物質(zhì)的量，R＝8.31J/mol.k—摩爾氣體常量克拉珀龍方程氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋(2)微觀解釋：溫度不變，分子的平均動(dòng)能不變．體積減小，分子越密集，單位時(shí)間內(nèi)撞到單位面積器壁上的分子數(shù)就越多，氣體的壓強(qiáng)就越大．1.玻意耳定律(等溫變化)

p1V1=p2V2(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的理想氣體，在溫度保持不變時(shí)，體積減小，壓強(qiáng)增大；體積增大，壓強(qiáng)減小．用分子動(dòng)理論解釋玻意耳定律用分子動(dòng)理論解釋查理定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的理想氣體，在體積保