沪科技版（2020）选修第三册第一节气体的状态完美版ppt课件

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这是一份沪科技版（2020）选修第三册第一节气体的状态完美版ppt课件，共59页。PPT课件主要包含了状态参量，●气体的体积，●气体的温度，平衡态与热平衡的比较，一个系统，两个接触的系统，两个系统温度相同，●气体的压强，气体的等温变化，控制变量法等内容，欢迎下载使用。

孔明灯发明于18 世纪明灯和热气球都是通过加热气体获得向上的动力，但要了解它们上升的原理，还必须进一步研究气体的相关性质
一定质量的气体是由大量做无规则运动的分子组成的系统，宏观上表现为充满一定的空间，具有热学、力学等物理性质。我们分别用体积、温度和压强来描述气体的这些宏观物理性质。
例如：某钢瓶容积为100L，其内煤气温度为20C时的气压为5atm。
表示系统某种性质的物理量
组成气体的大量分子总能充满整个容器=此气体的体积就是盛放气体容器的容积。
将两个温度不同的系统互相接触，这两个系统的状态都会变化，热的变冷，冷的变热。经过一段时间后，这两个系统的状态不再变化，达到平衡，这种平衡叫做热平衡，处于热平衡状态的两个系统具有相同的温度。为了定量地描述温度，就必须建立温标。常用的温标有摄氏温标、热力学温标等。
一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。温度是标志一个系统与另一个系统是否处于热平衡状态的物理量，这就是常用温度计能够用来测量温度的基本原理．
即：两系统处于热平衡时，存在一个数值相等的态函数，这个态函数就是温度。定义中“共同的热学性质”就是初中所说的“冷热程度”
热平衡定律表明，当两个系统A、B处于热平衡时，它们必定具有某个共同的热学性质，我们就把表征这一“共同的热学性质”的物理量叫作温度（temperature）。
（1）热平衡：如果两个系统相互接触而传热，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变。经过一段时间后，各自的状态参量不再变化（达到了相同的温度），这说明两个系统达到了平衡，我们就说两个系统达到了热平衡。（两个系统是通过热传递达到的平衡）
（2）两个系统达到热平衡的实质：接触时两系统不再进行热传递。不传热的充分条件是温度相同，因此两系统达到热平衡时，两个系统不再变化的状态参量是温度T。
（3）理解：①平衡态不是热平衡。平衡态是对某一系统而言的，而热平衡是对两个接触的系统而言的。
②即使两个物体没接触过，但只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化,我们就说这两个系统原来就处于热平衡。
系统不受外界影响，状态参量不变
处于热平衡的两个系统都处于平衡态
容器壁单位面积上所受的气体分子压力就是气体的压强，用字母p 表示，国际单位是帕斯卡 (Pa) ，简称帕。
容器内大量运动的气体分子对容器器壁的不断撞击也会产生压力。当气体处于平衡状态时，尽管单个分子对器壁的撞击作用是断续的、随机的，但大量分子对容器撞击所产生的压力却是持续的、稳定的。一定质量的气体压强与分子的质量、分子运动的速度和单位时间内撞击单位面积器壁的分子数等有关，即与温度和容器内的分子数密度 (单位体积内的分子数) 有关。
热力学温度T ：开尔文 T = t ＋ 273 K
体积 V单位：有m3、L、mL等
压强 p单位：Pa（帕斯卡）
复习：气体的状态参量（P、V、T）
多变量问题，如何研究？
（2）说明：气体的状态参量（P、V、T），三个量中有两个或三个都发生了变化，气体状态就发生了改变。
（1）定义：一定质量的气体，在温度不变的条件下其压强与体积的变化。我们把这种变化叫做等温变化。（ m不变；T不变）
三个状态参量中可以只变化一个吗？
PV=nRT （克拉伯龙方程）
P:atm V:L R=0.082
P:Pa V:m3 R=8.31
健身球自然放地面上时，手摸球的触感——很软；一个人压在健身球上面，手摸球的触感——很硬。
结论：质量一定的气体，体积越小，压强越大。
针对气体的研究，我们可以先选定一个热力学系统，比如一定质量的空气，在温度不变的情况下，测量气体在不同体积时的压强，再分析气体压强与体积的关系。利用注射器选取一段空气柱为研究对象，如图,注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭。在实验过程中，一方面让空气柱内气体的质量不变;另一方面，让空气柱的体积变化不要太快，保证温度不发生明显的变化。
①让空气柱的体积变化不要太快（缓慢拉动活塞，容器透热）
1、选定一个热力学系统：
注射器内一定质量的气体.
①柱塞上涂上润滑油（凡士林）
②不能用手触摸玻璃管，环境恒温。
⑴保证气体质量一定——不漏气。
②注射器下端的开口有橡胶套
⑵保证温度不发生明显的变化。
需要测量空气柱的体积V和空气柱的压强p
因为横截面积S一定，以空气柱的长度l 代表气体的体积。
温度不变时压强与体积的关系
1）在这个实验中，为了找到体积与压强的关系，是否一定要测量空气柱的横截面积？
2）用刻度尺检查可以发现，玻璃管外侧的刻度尽管是均匀的，但并非准确的等于1cm,2cm,3cm……这对实验结果的可靠性是否有影响？
V1:V2 = SL1:SL2 =L1:L2
无影响。因为刻度均匀，所以 L1: L2即长度比就等于刻度标识的读数比，不受影响
由于注射器是圆柱形的，横截面积不变，所以只需测出空气柱的长度即可
3) 实验中如何保证气体温度不变？①改变气体体积时，要缓慢进行，等稳定后再读出气体压强，以防止气体体积变化太快，气体的温度发生变化．②实验过程中，不用手接触注射器的圆筒以防止圆筒从手上吸收热量，引起内部气体温度变化.
注射器与传感器相连部分的体积没有考虑。
应该使用较大的注射器，在实验过程中，气体的体积不宜压得太小，这样使那一部分的体积可以忽略不计。
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强P跟体积V成反比
研究对象:一定质量的气体适用条件:温度保持恒定适用范围:温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比）
其中P1，V1和P2，V2分别表示气体在1，2两个状态下的压强和体积
C与气体的种类、质量、温度有关。（ PV=C=nRT ）对一定质量的某种气体：温度不变，C不变；对一定质量的某种气体：温度越高，C越大．
玻意耳定律又叫玻马定律，英国物理学家玻意耳和法国物理学家马略特各自通过实验发现。
相当于大气压几倍的压强都可以算作“压强不太大”，零下几十摄氏度的温度也可以算作“温度不太低”。
1. P-V图：一定质量的理想气体，在温度不变的情况下P与V成反比，因此P-V图像的形状为双曲线的一支。它描述的是温度不变时的p -V关系，称为等温线。
面积：S=PV=C=nRT
对一定质量的某种气体，温度不变,C不变；温度越高，C越大．
特点：（1）每条等温线上气体各状态温度相同；（2）温度越高等温线离坐标轴或原点越远（T1【想一想】为什么体积相同，压强大的温度高?
因为温度高，分子运动剧烈，撞击容器壁。
特点：（1）斜率越大，PV乘积越大，温度越高。（2）一定质量气体，不同温度下的等温线是不同的。
斜率：K=P/(1/V) =PV=C
气体体积一定时，分子的数密度一定；温度越高，分子无规则运动越剧烈，气体压强越大。所以T11．等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度的变化叫做等压变化．
法国科学家盖—吕萨克通过实验发现：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T之间呈线性关系，把它盖—吕萨克定律。
结论：当压强不太大，温度不太低时，一定质量的气体，在压强不变时，体积V和温度T成正比.
气体体积为0时，温度为0
V与摄氏温度t是一次函数关系
V与热力学温度T是正比关系
2.盖—吕萨克定律内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比。即T T
式中V1、T1表示气体在1（初态）、V2、T2表示2（末态）
这里的C和玻意耳定律查理定律表达式中的C都泛指比例常数，它们并不相等。
4. 适用范围：①温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比） ②气体的质量和体积都不变。
（1）等压线：一定质量的某种气体在等压变化过程中，体积随温度变化关系的直线，叫做等压线。
(2)等压线的特点：一定质量的气体的V—T图线其延长线过坐标原点（过原点的倾斜直线）。
答：热力学绝对零度不可能达到。
④V－t图象：在等压变化过程中，体积V与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的正比例关系，如图乙所示，等压线是一条延长线通过横轴上－273.15 ℃的倾斜直线，且斜率越大，压强越小.图象纵轴的截距V0是气体在0 ℃时的体积.
①一定质量的气体的V—T图线其延长线过坐标原点（过原点的倾斜直线），斜率反映压强大小。
②图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等压线上各状态的压强相同。
③不同压强下的等压线，斜率越大，压强越小（同一温度下，体积大的压强小）。
注意：V与热力学温度T成正比，不与摄氏温度t成正比，但体积的变化V与摄氏温度t的变化成正比。V  t(T)
1．等容变化：一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度的变化叫做等容变化．
法国科学家查理在分析了实验事实后发现：当气体的体积一定时，各种气体的压强与温度之间都有线性关系，把它叫做查理定律。
结论：当压强不太大，温度不太低时，一定质量的气体，在体积不变时，压强p和温度T成正比.
气体压强为0时，温度为0
P与摄氏温度t是一次函数关系
P与热力学温度T是正比关系
2.查理定律内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强P与热力学温度T成正比。即p T
式中p1、T1表示气体在1（初态）、p2、T2表示2（末态）
这里的C和玻意耳定律表达式中的C都泛指比例常数，它们并不相等。
4. 适用范围：①温度不太低，压强不太大 ②气体的质量和体积都不变。
一定质量的气体，在体积不变的条件下，压强的变化量与热力学温度的变化量（等于摄氏温度变化量t ）成正比。
注意：p与热力学温度T成正比，不与摄氏温度t成正比，但压强的变化P与摄氏温度t的变化成正比。P  t(T)
（1）等容线：一定质量的某种气体在等容变化过程中，压强随温度变化关系的直线，叫做等容线。
(2)等容线的特点：一定质量的气体的p—T图线其延长线过坐标原点（过原点的倾斜直线）。
想一想：为什么Ｏ点附近用虚线？
P-t图象变化为P-T图象
把交点作为坐标原点，建立新的坐标系，那么，这时的压强与温度的关系就是正比例关系了。
在等容变化过程中，p-t是一次函数关系，不是简单的正比例关系。
如果把直线AB延长至与横轴相交，交点坐标是－273.150C
④p－t图象：在等容变化过程中，压强p与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的正比例关系，如图乙所示，等容线是一条延长线通过横轴上－273.15 ℃的倾斜直线，且斜率越大，体积越小.图象纵轴的截距p0是气体在0 ℃时的压强.
①一定质量的气体的P—T图线其延长线过坐标原点（过原点的倾斜直线），斜率反映体积大小。
②图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等容线上各状态的体积相同。
③不同体积下的等容线，斜率越大，体积越小（同一温度下，压强大的体积小）。
一定质量（m）的气体的总分子数（N）是一定的，体积（V）保持不变时，其单位体积内的分子数（n）也保持不变，当温度（T）升高时，其分子运动的平均速率（v）也增大，则气体压强（p）也增大；反之当温度（T）降低时，气体压强（p）也减小。
注意：条件中的“温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比）”的含义：相当于大气压几倍的压强都可以算作“压强不太大”，零下几十摄氏度的温度也可以算作“温度不太低”。
查理定律与盖·吕萨克定律的比较
压强不太大(相对大气压)，温度不太低(相对室温)
（1）高压锅内的食物易熟；
（2）打足了气的车胎在阳光下曝晒会胀破；
（3）使凹进的乒乓球恢复原状。
1．某同学用如图所示装置探究气体等温变化的规律。关于该实验的操作，下列说法正确的是（　　）A．柱塞上涂油的目的是为了减小摩擦，便于推拉柱塞B．柱塞与注射器之间的摩擦不影响压强的测量C．为了方便推拉柱塞，应用手握紧注射器再推拉柱塞D．实验中，为找到体积与压强的关系，需要测量柱塞的横截面积
2、如图所示是一定质量的某种气体状态变化的p－V图象，气体由状态A变化到状态B的过程中，气体分子平均速率的变化情况是(　　)A.一直保持不变 B.一直增大 C.先减小后增大 D.先增大后减小
要比较气体分子平均速率的变化情况，就是要比较气体温度变化情况。由图象可知，pAVA＝pBVB，所以A、B两状态的等，在同一等温线上。即图中A状态和B状态分子平均速率相同；
过A、B两点画一条等温线，再画一条等温线与AB直线相切，切点为C。
可知A到C气体温度升高，分子平均速度增大，C到B温度降低，分子平均速率减小，D项正确。
3、用注射器做“探究气体等温变化规律”的实验中，取几组p、V值后，用p作纵坐标，1/V作横坐标，画出p－1/V图象是一条直线，把这条直线延长后未通过坐标原点，而与横轴相交，如图所示，可能的原因是(　　)A．各组的取值范围太小B．堵塞注射器小孔的橡胶套漏气C．在实验中用手握住注射器而没能保持温度不变D．压强的测量值偏小
4、某个容器的容积是10L，所装气体的压强是20×105Pa。如果温度保持不变，把容器的开关打开以后，经过足够长时间，容器里剩下的气体是原来的百分之几？设大气压是1.0×105Pa.
初态 p1=20×105Pa V1=10L T1=T
分析：由题意可知，打开开关后气体的压强等于外界大气压。本题解题的关键不是气体状态的确定，而是研究对象的选取。
末态 p2=1.0×105Pa V2=？L T2=T
由玻意耳定律 p1V1=p2V2得 V2=200L
就容器而言，里面气体质量变了，但可视容器中气体出而不走，以原来容器中的气体为研究对象，就可以运用气体的等温变化规律求解。气体状态变化如图所示。
5、如图所示,一端开口、另一端封闭的玻璃管内用水银柱封闭一定质量的气体,保持温度不变,把管子以封闭端为圆心,从开口向上的竖直位置逆时针缓慢转到水平位置的过程中,可用来说明气体状态变化的p-V图像是(　　)
7、(2020·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。
【例题】如图所示，封闭有一定质量理想气体的汽缸开口向下竖直固定放置，活塞的截面积为S，质量为m0，活塞通过轻绳连接了一个质量为m的重物。若开始时汽缸内理想气体的温度为T0，轻绳刚好伸直且对活塞无拉力作用，外界大气压强为p0，一切摩擦均不计且m0g(1)当轻绳刚好伸直且对活塞无拉力作用时，设此时汽缸内气体的压强为p1，
由力的平衡条件可得m0g＋p1S＝p0S 所以
当重物刚好离开地面时，设此时汽缸内气体的压强为p2，
则有p2S＋(m＋m0)g＝p0S 所以
(2)设重物刚好离开地面时汽缸内气体的温度为T1，此过程气体发生等容变化，由查理定律可得
4、如图所示，在一端开口的钢制圆筒的开口端上面放一活塞，活塞与筒壁间的摩擦及活塞的重力不计，现将其开口端向下，竖直缓慢地放入280 K的水中，在筒底与水面相平时，恰好静止在水中，这时筒内气柱长为14 cm，当水温升高到300 K时，筒底露出水面的高度为多少？(筒的厚度不计，取T＝t＋273 K)
9、如图所示，封闭有一定质量理想气体的汽缸开口向下竖直固定放置，活塞的截面积为S，质量为m0，活塞通过轻绳连接了一个质量为m的重物。若开始时汽缸内理想气体的温度为T0，轻绳刚好伸直且对活塞无拉力作用，外界大气压强为p0，一切摩擦均不计且m0g