2-3氣體的等壓變化和等容變化(第一課時)(人教2019選擇性必修第三冊-)(原卷版)

第二章氣體、固體和液體第3節(jié)氣體的等壓變化和等容變化（第一課時）【核心素養(yǎng)目標(biāo)】物理觀念知道什么是等壓變化和等容變化.科學(xué)思維知道蓋－呂薩克定律和查理定律的內(nèi)容和表達(dá)式，并會進(jìn)行相關(guān)計算.科學(xué)探究了解p－T圖像和V－T圖像及其物理意義．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過氣體的等壓變化和等容變化知識應(yīng)用的實例，感受物理中科學(xué)技術(shù)與社會的緊密聯(lián)系，體會科學(xué)知識的應(yīng)用價值，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和科學(xué)意識。知識點一氣體的等壓變化【情境導(dǎo)入】如圖所示，用水銀柱封閉了一定質(zhì)量的氣體．當(dāng)給封閉氣體緩慢加熱時能看到什么現(xiàn)象？說明了什么？【重難詮釋】1．蓋－呂薩克定律及推論表示一定質(zhì)量的某種氣體從初狀態(tài)(V、T)開始發(fā)生等壓變化，其體積的變化量ΔV與熱力學(xué)溫度的變化量ΔT成正比．2．V－T圖像和V－t圖像一定質(zhì)量的某種氣體，在等壓變化過程中(1)V－T圖像：氣體的體積V隨熱力學(xué)溫度T變化的圖線是過原點的傾斜直線，如圖甲所示，且p1<p2，即斜率越小，壓強(qiáng)越大．(2)V－t圖像：體積V與攝氏溫度t是一次函數(shù)關(guān)系，不是簡單的正比例關(guān)系，如圖乙所示，等壓線是一條延長線通過橫軸上－273.15℃的傾斜直線，且斜率越大，壓強(qiáng)越小，圖像縱軸的截距V0是氣體在0℃時的體積．特別提醒一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變時，其體積與熱力學(xué)溫度成正比，而不是與攝氏溫度成正比．【典例精析】例1．如圖為一簡易恒溫控制裝置，一根足夠長的玻璃管豎直放置在水槽中，玻璃管內(nèi)裝有一段長L＝4cm的水銀柱，水銀柱下方封閉有一定質(zhì)量的氣體(氣體始終處在恒溫裝置中且均勻受熱)．開始時，開關(guān)S斷開，水溫為27℃，水銀柱下方空氣柱的長度為L0＝20cm，電路中的A、B部分恰好處于水銀柱的正中央．閉合開關(guān)S后，電熱絲對水緩慢加熱使管內(nèi)氣體溫度升高；當(dāng)水銀柱最下端恰好上升到A、B處時，電路自動斷開，電熱絲停止加熱，大氣壓強(qiáng)p0＝76cmHg.則水溫為多少時電路自動斷開()A．320KB．340KC．330KD．333K【規(guī)律方法】應(yīng)用蓋－呂薩克定律解題的一般步驟(1)確定研究對象，即被封閉的一定質(zhì)量的氣體．(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(zhì)量一定，壓強(qiáng)不變．(3)確定初、末兩個狀態(tài)的溫度、體積．(4)根據(jù)蓋－呂薩克定律列式求解．(5)求解結(jié)果并分析、檢驗．知識點二氣體的等容變化【情境導(dǎo)入】(1)為什么擰上蓋的水杯(內(nèi)盛半杯熱水)放置一段時間后很難打開杯蓋？(2)打足氣的自行車在烈日下曝曬，常常會爆胎，原因是什么？【重難詮釋】1．查理定律及推論表示一定質(zhì)量的某種氣體從初狀態(tài)(p、T)開始發(fā)生等容變化，其壓強(qiáng)的變化量Δp與熱力學(xué)溫度的變化量ΔT成正比．2．p－T圖像和p－t圖像一定質(zhì)量的某種氣體，在等容變化過程中(1)p－T圖像：氣體的壓強(qiáng)p和熱力學(xué)溫度T的關(guān)系圖線是過原點的傾斜直線，如圖甲所示，且V1<V2，即體積越大，斜率越小．(2)p－t圖像：壓強(qiáng)p與攝氏溫度t是一次函數(shù)關(guān)系，不是簡單的正比例關(guān)系，如圖乙所示，等容線是一條延長線通過橫軸上－273.15℃的傾斜直線，且斜率越大，體積越?。畧D像縱軸的截距p0是氣體在0℃時的壓強(qiáng)．特別提醒一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)p跟熱力學(xué)溫度T成正比，而不是與攝氏溫度t成正比．【典例精析】例2．如圖所示，圓柱形汽缸倒置在水平地面上，汽缸內(nèi)部封有一定質(zhì)量的氣體．已知汽缸質(zhì)量為10kg，缸壁厚度不計，活塞質(zhì)量為5kg，其橫截面積為50cm2，所有摩擦不計．當(dāng)缸內(nèi)氣體溫度為27℃時，活塞剛好與地面接觸，但對地面無壓力．(已知大氣壓強(qiáng)為p0＝1.0×105Pa)求：(1)此時封閉氣體的壓強(qiáng)；(2)現(xiàn)使汽缸內(nèi)氣體溫度升高，當(dāng)汽缸恰對地面無壓力時，缸內(nèi)氣體溫度為多少攝氏度？【規(guī)律方法】應(yīng)用查理定律解題的一般步驟(1)確定研究對象，即被封閉的一定質(zhì)量的氣體．(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(zhì)量一定，體積不變．(3)確定初、末兩個狀態(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．知識點三p－T圖像與V－T圖像【重難詮釋】1．p－T圖像與V－T圖像的比較不同點圖像縱坐標(biāo)壓強(qiáng)p體積V斜率意義斜率越大，體積越小，V4<V3<V2<V1斜率越大，壓強(qiáng)越小，p4<p3<p2<p1相同點①都是一條通過原點的傾斜直線②橫坐標(biāo)都是熱力學(xué)溫度T③都是斜率越大，氣體的另外一個狀態(tài)參量越小2.分析氣體圖像問題的注意事項(1)在根據(jù)圖像判斷氣體的狀態(tài)變化時，首先要確定橫、縱坐標(biāo)表示的物理量，其次根據(jù)圖像的形狀判斷各物理量的變化規(guī)律．(2)不是熱力學(xué)溫度的先轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)溫度．(3)要將圖像與實際情況相結(jié)合．【典例精析】例3．如圖所示是一定質(zhì)量的氣體從狀態(tài)A經(jīng)B到狀態(tài)C的V－T圖像，由圖像可知()A．pA＞pB B．pC＜pBC．VA＜VB D．TA＜TB針對訓(xùn)練一、單選題1．如圖所示為一定質(zhì)量的某種氣體等容變化的圖線，下列說法中正確的是（）A．不管體積如何，圖線只有一條B．圖線1和圖線2體積不同且有V1>V2C．兩圖線氣體體積V2>V1D．兩圖線必不會交于t軸上的同一點2．如圖所示，孔明燈在中國有非常悠久的歷史，其“會飛”原因是，燈內(nèi)燃料燃燒使內(nèi)部空氣升溫膨脹，一部分空氣從燈內(nèi)排出，使孔明燈及內(nèi)部氣體的總重力變小，空氣浮力將其托起。某盞孔明燈燈體（包括燃料、氣袋）的質(zhì)量為M，氣袋體積恒為，重力加速度為g，大氣密度，環(huán)境溫度恒為，忽略燃料的質(zhì)量變化，大氣壓強(qiáng)不變。是衡量孔明燈升空性能的參量，記，若氣袋內(nèi)氣體溫度最高不能超過，則為了使孔明燈順利升空，k應(yīng)滿足（）A． B． C． D．3．某同學(xué)家一臺新電冰箱能顯示冷藏室內(nèi)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，則通電時顯示溫度為27℃，通電一段時間后顯示溫度為6℃，則此時冷藏室中氣體的壓強(qiáng)是（）A．2.2×104Pa B．9.3×105Pa C．1.0×105Pa D．9.3×104Pa4．一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷如圖所示的一系列過程，ab、bc、cd和da這四段過程在p-T圖像中都是直線段，ab和dc的延長線通過坐標(biāo)原點O，bc垂直于ab，ad平行于縱軸。由圖可以判斷（）A．a(chǎn)b過程中氣體體積不斷減小B．bc過程中氣體體積不斷減小C．cd過程中氣體體積不斷增大D．da過程中氣體體積不斷減小5．如圖，一定量的理想氣體經(jīng)歷的兩個不同過程，分別由體積－溫度（V－t）圖上的兩條直線I和Ⅱ表示，V1和V2分別為兩直線與縱軸交點的縱坐標(biāo)；t0為它們的延長線與橫軸交點的橫坐標(biāo)，t0＝﹣273.15℃；a、b為直線I上的兩點。由圖可知，氣體在狀態(tài)a和b的壓強(qiáng)之比及氣體在狀態(tài)b和c的壓強(qiáng)之比分別為（）A．1∶1；V1∶V2 B．2∶1；V1∶V2C．1∶2；V2∶V1 D．1∶1；V2∶V16．如圖，向一個空的鋁制飲料罐中插入一根透明吸管，接口用蠟密封，在吸管內(nèi)引入一小段油柱（長度可以忽略）。如果不計大氣壓的變化，這就是一個簡易的氣溫計。通過實驗，將溫度值畫在吸管上，以下說法正確的是（）A．吸管右端的刻度對應(yīng)更低的溫度B．溫度的刻度并不是均勻的C．若換體積更大的空飲料罐，其余條件不變，則測溫范圍會增大D．若更換更粗的透明吸管，其余條件不變，則測溫范圍會增大7．登山隊員在攀登高峰的時候必須帶上專業(yè)的登山裝備，某隊員戴了登山手表攀登珠穆朗瑪峰，手表是密封的，表內(nèi)溫度27℃時氣體壓強(qiáng)為1.0×105Pa（常溫下的大氣壓強(qiáng)值），當(dāng)他登上峰頂時，峰頂氣壓為4.0×104Pa，表內(nèi)溫度為-23℃，則此登山手表表面玻璃可以承受的內(nèi)外壓強(qiáng)差至少為（）A．8.3×104Pa B．8.3×105PaC．4.3×104Pa D．1.23×105Pa8．盛有氧氣的鋼瓶，在27℃的室內(nèi)測得鋼瓶內(nèi)的壓強(qiáng)是9.31×106Pa。當(dāng)鋼瓶搬到－23℃的工地上時，瓶內(nèi)的壓強(qiáng)變?yōu)椋ǎ〢．4.65×106PaB．7.76×106PaC．9.31×106PaD．12.0×106Pa9．一定質(zhì)量理想氣體的壓強(qiáng)與體積關(guān)系的圖像如圖所示，該氣體從狀態(tài)A經(jīng)歷A→B，B→C兩個狀態(tài)變化過程，有關(guān)A、B、C三個狀態(tài)的溫度、和的關(guān)系，下列說法正確的是（）A． B．C． D．10．如圖所示，豎直放置的兩端開口的U形管，一段空氣柱被水銀柱a和水銀柱b封閉在右管內(nèi)，水銀柱b的兩個水銀面的高度差為h?，F(xiàn)將U形管放入熱水槽中，則系統(tǒng)再度達(dá)到平衡的過程中（水銀沒有溢出，外界大氣壓保持不變）（）A．空氣柱的長度不變B．空氣柱的壓強(qiáng)不變C．水銀柱b左邊液面要上升D．水銀柱b的兩個水銀面的高度差h變大二、多選題11．有人設(shè)計了一種測溫裝置，其結(jié)構(gòu)如圖所示。玻璃泡A內(nèi)封有一定質(zhì)量的理想氣體，與A連通的B管插在水銀槽中。由管內(nèi)水銀面的A高度x可知A內(nèi)氣體的溫度（即環(huán)境溫度），并可由B管上的刻度直接讀出。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，當(dāng)溫度為27°C時，，將此高度處標(biāo)記為27°C的刻度線。該溫度計在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下標(biāo)記好溫度后，將其帶到海拔很高的高山上測量當(dāng)?shù)販囟?。設(shè)B管的體積與玻璃泡A的體積相比可忽略。下列說法正確的是（）A．在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，當(dāng)溫度為27°C時，玻璃泡A內(nèi)氣體的壓強(qiáng)B．在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，為—3°C的刻度線標(biāo)記在處C．由于高山上的真實壓強(qiáng)比標(biāo)準(zhǔn)大氣壓小，則溫度的測量值比實際溫度高D．由于高山上的真實壓強(qiáng)比標(biāo)準(zhǔn)大氣壓小，則溫度的測量值比實際溫度低12．如圖所示為一套茶杯和杯蓋，從消毒碗柜里高溫消毒后取出，放在水平桌面上并立刻蓋上杯蓋，假定密封效果很好，則過一段時間后，下列說法正確的是（）A．杯內(nèi)氣體分子的平均動能增大 B．杯內(nèi)氣體分子的平均動能減小C．杯內(nèi)氣體的壓強(qiáng)增大 D．杯內(nèi)氣體的壓強(qiáng)減小13．某校外學(xué)習(xí)小組在進(jìn)行實驗探討。如圖所示，在燒瓶上連著一根玻璃管，用橡皮管把它跟一個水銀壓強(qiáng)計連在一起，在燒瓶中封入了一定質(zhì)量的理想氣體，整個燒瓶浸沒在溫水中、用這個實驗裝置來研究一定質(zhì)量的氣體在體積不變時，壓強(qiáng)隨溫度變化的情況。開始時水銀壓強(qiáng)計U形管兩端水銀面一樣高，在下列幾種做法中，能使U形管左側(cè)水銀面保持原先位置（即保持瓶內(nèi)氣體體積不變）的是（）A．甲同學(xué)：把燒瓶浸在熱水中，同時把A向下移B．乙同學(xué)：把燒瓶浸在熱水中，同時把A向上移C．丙同學(xué)：把燒瓶浸在冷水中，同時把A向下移D．丁同學(xué)：把燒瓶浸在冷水中，同時把A向上移14．如圖所示，截面積分別為S甲=1cm2、S乙=0.5cm2的兩個上部開口的柱形氣缸甲、乙，底部通過體積可以忽略不計的細(xì)管連通，甲、乙兩個氣缸內(nèi)分別有兩個不計厚度的活塞，質(zhì)量分別為m甲=1.4kg、m乙=0.7kg。甲氣缸內(nèi)壁粗糙，活塞與氣缸間的最大靜摩擦力為f=3N；乙氣缸內(nèi)壁光滑，且離底部2h高處有一活塞銷。當(dāng)氣缸內(nèi)充有某種理想氣體時，甲、乙中的活塞距底部均為h，此時氣體溫度為T0=300K，外界大氣壓為p0=1.0×105Pa。現(xiàn)緩慢升高氣體溫度，g取10m/s2，下列說法正確的是（）A．當(dāng)氣缸乙中的活塞剛好被活塞銷卡住時，氣體的溫度是300KB．當(dāng)氣缸乙中的活塞剛好被活塞銷卡住時，氣體的溫度是400KC．當(dāng)氣缸甲中的活塞剛要滑動時，氣體的溫度是450KD．當(dāng)氣缸甲中的活塞剛要滑動時，氣體的溫度是500K15．如圖所示，容器A和容器B