人教版 (2019)选择性必修 第三册3 气体的等压变化和等容变化图文ppt课件
展开3.气体的等压变化和等容变化
【学习目标】1.知道气体的等压变化,了解盖-吕萨克定律,并能应用其解决简单问题。2.知道气体的等容变化,了解查理定律,并能应用其解决简单问题。3.了解理想气体模型,知道实际气体在何种情况下可以看成理想气体。4.能用分子动理论和统计观点解释气体实验定律。
1.等压变化一定质量的某种气体在____________时体积随温度的变化叫作等压变化。
3.等压过程的V-T和V-t图像
图像说明:(1)等压过程的V-T图像是延长线过原点的倾斜直线,如图甲所示,且p1______ p2,即压强越大,斜率越______。(2)等压过程的V-t图像是一条延长线过横轴____________ ℃的倾斜直线,如图乙所示,且斜率越大,压强越______。图像纵轴截距V0是气体在_________时的体积。
1.等容变化一定质量的某种气体在____________时压强随温度的变化叫作等容变化。
3.等容过程的p-T和p-t图像
图像说明:(1)等容变化的p-T图像是延长线过原点的倾斜直线,如图甲所示,且V1______V2,即体积越大,斜率越______。(2)等容变化的p-t图像是延长线过横轴____________ ℃的倾斜直线,如图乙所示,且斜率越大,体积越______,图像纵轴的截距p0为气体在_________时的压强。
1.理想气体在任何温度、任何压强下都遵从________________的气体。2.理想气体与实际气体在________不低于零下几十摄氏度、________不超过大气压的几倍的条件下,把实际气体看成理想气体来处理。
3.理想气体的状态方程(1)内容一定质量的某种理想气体,在从某一状态变化到另一状态时,尽管压强p、体积V、温度T都可能改变,但是__________________的乘积与________________之比保持不变。
(2)表达式①_____________;②__________。(3)成立条件一定质量的____________。说明:理想气体是一种理想化模型,是对实际气体的科学抽象。题目中无特别说明时,一般都可将实际气体当成理想气体来处理。
用分子动理论可以定性解释气体的实验定律。1.玻意耳定律一定质量的某种理想气体,温度保持不变时,分子的平均动能是_______的。在这种情况下,体积减小时,分子的_________增大,单位时间内,单位面积上碰撞器壁的分子数就多,气体的压强就_______。这就是玻意耳定律的微观解释。
对气体实验定律的微观解释
2.盖-吕萨克定律一定质量的某种理想气体,温度升高时,分子的____________增大;只有气体的________同时增大,使分子的__________减小,才能保持压强不变。这就是盖-吕萨克定律的微观解释。3.查理定律一定质量的某种理想气体,体积保持不变时,分子的__________保持不变。在这种情况下,温度升高时,分子的____________增大,气体的________就增大。这就是查理定律的微观解释。
『判一判』(1)现实生活中,自行车轮胎在烈日下暴晒,车胎内气体的变化是等容过程。( )(2)一定质量的气体,等容变化时,气体的压强和温度不一定成正比。( )(3)气体的温度升高,气体的体积一定增大。( )
『选一选』(多选)(2021·安徽省淮北市第一中学高二下学期期中)在下列图中,可能反映理想气体经历了等压变化→等温变化→等容变化后,又回到原来状态的有( )
解析:由图可看出经历了“等压变化”→“等温变化”→“等容变化”后,又回到原来状态的是A、C。
『想一想』我国民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病,即用一个小罐,将纸燃烧后放入罐内,然后迅速将火罐开口端紧压在人体的皮肤上,待火罐冷却后,火罐就被紧紧地“吸”在皮肤上。你知道其中的道理吗?
答案:火罐内的气体体积一定,冷却后气体的温度降低,压强减小,故在大气压力作用下被“吸”在皮肤上。
相传三国时期著名的军事家、政治家诸葛亮被司马懿困于平阳,无法派兵出城求救。就在此关键时刻,诸葛亮发明了一种可以升空的信号灯——孔明灯,并成功进行了信号联络,其后终于顺利脱险,试论述孔明灯能够升空的原理。
提示:孔明灯是利用火焰的热量使容器内的气体等压膨胀,使部分气体从孔明灯内溢出,进而使孔明灯内气体的质量减小,当大气对孔明灯的浮力恰好等于孔明灯的重力时,即达到孔明灯升空的临界条件,若继续升温,孔明灯就能升空了。
3.利用盖-吕萨克定律解题的一般步骤(1)确定研究对象,即被封闭气体。(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律成立的条件,即是不是质量和压强保持不变。(3)分别找出初、末两状态的温度、体积。(4)根据盖-吕萨克定律列方程求解,并对结果进行讨论。
我国新疆吐鲁番地区,盛产葡萄干,品质优良,其中一个重要原因,缘于当地昼夜温差大的自然现象。现有一葡萄晾房四壁开孔,如图,房间内晚上温度7 ℃,中午温度升为37 ℃,假设大气压强不变。求中午房间内空气质量与晚上房间内空气质量之比。
炎热的夏天,给汽车轮胎充气时,一般都不充得太足(如图所示);给自行车轮胎打气时,也不能打得太足。这是什么原因呢?
提示:轮胎体积一定,由查理定律知,气体压强与热力学温度成正比,当轮胎打足气后,温度升高车胎内压强增大,车胎易胀破。
3.利用查理定律解题的一般步骤(1)确定研究对象,即被封闭的气体。(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律成立的条件,即是否是质量和体积保持不变。(3)确定初、末两个状态的温度、压强。(4)按查理定律公式列式求解,并对结果进行讨论。
某登山运动员在一次攀登珠穆朗玛峰的过程中,在接近山顶时他裸露在手腕上的防水手表的表盘玻璃突然爆裂了,而手表没有受到任何撞击。该手表出厂时给出的参数为:27 ℃时表内气体压强为1.0×105 Pa(常温下的大气压强值),当内外压强差超过6.0×104 Pa时表盘玻璃将爆裂。当时登山运动员携带的温度计的读数是-21 ℃,表内气体体积的变化可忽略不计。(1)通过计算判断手表的表盘玻璃是向外爆裂还是向内爆裂?(2)当时外界的大气压强为多少?
如果手表的表盘玻璃是向内爆裂的,则外界的大气压强为p0=8.4× 104 Pa+6×104 Pa=1.44×105 Pa,大于山脚下的大气压强(即常温下的大气压强),这显然是不可能的,所以可判断手表的表盘玻璃是向外爆裂的。(2)当时外界的大气压强为p0=p2-6.0×104 Pa=2.4×104 Pa。答案:(1)向外爆裂 (2)2.4×104 Pa
2.某同学家一台新电冰箱能显示冷藏室内的温度。存放食物之前,该同学关闭冰箱密封门并给冰箱通电。若大气压为1.0×105 Pa,则通电时显示温度为27 ℃,通电一段时间后显示温度为6 ℃,则此时冷藏室中气体的压强是( )A.2.2×104 PaB.9.3×105 PaC.1.0×105 PaD.9.3×104 Pa
如图所示,一定质量的某种理想气体从状态A到B经历了一个等温过程,又从状态B到C经历了一个等容过程,请推导状态A的三个参量pA、VA、TA和状态C的三个参量pC、VC、TC之间的关系。
2.理想气体状态变化的图像一定质量的理想气体的状态参量p、V、T可以用图像上的点表示出来,用点到点之间的连线表示气体从一个平衡态(与点对应)到另一个平衡态的变化过程。利用图像对气体状态、状态变化及规律进行分析,是常用的方法。(1)利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析同质量、不同温度的两条等温线,不同体积的两条等容线,不同压强的两条等压线的关系。
例如:如图甲所示,V1对应的虚线为等容线,A、B是与T1、T2两线的交点,可以认为从B状态通过等容升压到A状态,温度必然升高,所以T2>T1。
又如图乙所示,T1对应的虚线AB为等温线,从B状态到A状态压强增大,体积一定减小,所以V2<V1。
(2)一定质量理想气体的图像①等温变化a.T一定时,在p-V图像中,等温线是一簇双曲线,图像离坐标轴越远,温度越高,如图甲所示,T2>T1。
②等压变化a.p一定时,在V-T图像中,等压线是一簇延长线过坐标原点的直线,直线的斜率越大, 压强越小,如图甲所示。b.p一定时,在V-t图像中,等压线与t轴的交点总是-273.15 ℃,是一条倾斜的直线,纵截距表示0 ℃时气体的体积,如图乙所示。
③等容变化a.V一定时,在p-T图像中,等容线为一簇延长线过坐标原点的直线,直线的斜率越小,体积越大,如图甲所示。b.V一定时,在p-t图像中,等容线与t轴的交点是-273.15 ℃,是一条倾斜的直线,纵截距表示气体在0 ℃时的压强,如图乙所示。
一水银气压计中混进了空气,因而在27 ℃,外界大气压为758 mmHg时,这个水银气压计的读数为738 mmHg,此时管中水银面距管顶80 mm,当温度降至-3 ℃时,这个气压计的读数为743 mmHg,求此时的实际大气压值。
解题指导:(1)封闭气体的压强与水银柱的压强之和等于大气压强。(2)首先应确定初末状态各状态参量,明确哪些量已知,哪些量未知,然后列方程求解。解析:取水银气压计内空气柱为研究对象。初状态:p1=(758-738)mmHg=20 mmHg,V1=80S mm3(S是管的横截面积)T1=(273+27) K=300 K
答案:762.2 mmHg
3.(多选)(2020·山东省潍坊市高二下学期三校联考)如图所示,用活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸中,用水平外力F作用于活塞杆,使活塞缓慢向右移动,由状态①变化到状态②,如果环境保持恒温,分别用p、V、T表示该理想气体的压强、体积、温度。气体从状态①变化到状态②,此过程可用下图中哪几个图像表示( )
应用理想气体状态方程解决两部分气体相关联的问题时,要注意:(1)要把两部分气体分开看待,分别对每一部分气体分析初、末状态的p、V、T情况,分别列出相应的方程(应用相应的定律、规律),切不可将两部分气体视为两种状态;(2)要找出两部分气体之间的联系,如总体积不变,平衡时压强相等,等等。
解题时需要注意的是:(1)注意方程中各物理量的单位,T必须是热力学温度,公式两边p和V单位必须统一,但不一定是国际单位制单位;(2)在涉及气体的内能、分子势能的问题中要特别注意该气体是否为理想气体,在涉及气体的状态参量关系时往往将实际气体当作理想气体处理,但这时往往关注的是气体是否满足一定质量这一条件。
(2021·新疆建设兵团华山中学高二下学期期中)如图甲所示,气缸左右侧壁导热,其他侧壁绝热,平放在水平面上。质量为m、横截面积为S的绝热活塞将气缸分隔成A、B两部分,每部分都封闭有气体,此时两部分气体体积相等。外界温度T0保持不变,重力加速度为g(不计活塞和气缸间的摩擦)。
(1)若将气缸缓慢转动,直到气缸竖直如图乙所示,稳定后A、B两部分气体体积之比变为3∶1,整个过程不漏气,求此时B部分气体的压强。(2)将丙图中B的底端加一绝热层,对B部分气体缓慢加热,使A、B两部分气体体积再次相等,求此时B部分气体的温度T。
1.(2021·江苏省新沂市润新学校高三下学期3月)在冬季,剩有半瓶热水的老式暖水瓶经过一个夜晚后,第二天拔瓶口的软木塞时觉得很紧,不易拔出来。其中主要原因是( )A.软木塞受潮膨胀B.瓶口因温度降低而收缩变小C.白天气温升高,大气压强变大D.瓶内气体因温度降低而压强减小
2.(多选)(2021·湖北省武汉市高二下学期期中联考)一定质量的理想气体的状态发生变化,经历了图示A→B→C→A的循环过程,则 ( )A.气体在A状态时温度等于气体在B状态时的温度
B.从状态B变化到状态C的过程中,气体经历的是等压变化C.从状态B变化到状态C的过程中,气体分子平均动能增大D.从状态C变化到状态A的过程中,气体的温度逐渐减小
3.(2021·山东省潍坊二中)右图为伽利略设计的一种测温装置示意图,玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通,下端插入水中,玻璃泡中封闭有一定量的空气。若玻璃管内水柱上升,则外界大气的变化可能是( )A.温度降低,压强增大B.温度升高,压强不变C.温度升高,压强减小D.温度不变,压强减小
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