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新教材2023高中物理第二章气体固体和液体2.3气体的等压变化和等容变化课件新人教版选择性必修第三册
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这是一份新教材2023高中物理第二章气体固体和液体2.3气体的等压变化和等容变化课件新人教版选择性必修第三册，共57页。
第二章 气体、固体和液体3 气体的等压变化和等容变化知识点一 气体的等压变化 压强不变体积压强正比CT质量压强3.三国时期著名的军事家、政治家诸葛亮发明了一种可以升空的信号灯——孔明灯,用来进行信号联络.你知道孔明灯为什么能够升空吗?答案:孔明灯火焰放出的热量使灯内的气体做等压膨胀,部分气体从孔明灯内溢出,灯内气体的质量减小,当大气对孔明灯的浮力大于孔明灯的重力时,孔明灯就能升空了.知识点二 气体的等容变化1.等容变化:一定质量的某种气体,在 不变时, 随温度变化的过程.2.查理定律.(1)内容: 的某种气体,在 不变的情况下,压强p与热力学温度T成 .(2)表达式: 或 或 .体积压强一定质量正比体积p=CT 3.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,但手表没有受到任何撞击,你知道其中的原因吗?答案:手表表壳可以看成一个密闭容器,表壳内封闭着一定质量的气体,登山过程中气体发生等容变化,高山山顶附近的温度比山脚处低很多,压强比山脚处小很多,内外压力差超过表盘玻璃的承受限度,表盘玻璃便会发生爆裂.知识点三 理想气体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时,把实际气体当成理想气体来处理,误差很小.气体实验定律温度压强 ×√×× ×√×5.一定质量的某种气体,在压强不变时,其V-T图像是过原点的直线.(√)探究一 气体的等压变化烧瓶上通过橡胶塞连接一根玻璃管,向玻璃管中注入一段水柱.用手捂住烧瓶,会观察到水柱缓慢向外移动,如图所示. 1.用手捂住烧瓶前后,烧瓶内气体的压强怎样变化?水柱缓慢向外移动说明了什么?答案:烧瓶内气体的压强不变,等于大气压强.水柱缓慢向外移动的现象说明,在保持气体的压强不变的情况下,一定质量气体的体积随温度的升高而增大.2.依据盖-吕萨克通过实验探究得到的V-T 图像(如图所示)总结出气体的等压变化规律.答案: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. 【典例1】如图所示,汽缸A中封闭有一定质量的某种气体,活塞B与A的接触是光滑的且不漏气,B上放一重物C,B与C的总重力为G,大气压强为p0.当汽缸内气体温度是20 ℃时,活塞与汽缸底部的距离为h1;当汽缸内气体温度是100 ℃时,活塞与汽缸底部的距离是多少?设T=t+273 K. 答案:1.27h1应用盖-吕萨克定律解题的方法探究二 气体的等容变化拧紧盖的水杯(内盛半杯热水)放置一段时间后很难打开杯盖;打足气的自行车在烈日下暴晒,常常会爆胎.1.为什么很难打开杯盖?自行车在烈日下暴晒,常常会爆胎,原因是什么?答案:放置一段时间后,杯内的空气温度降低,压强减小,外界的大气压强大于杯内空气压强,所以杯盖很难打开.车胎在烈日下暴晒,车胎内的气体温度升高,气体的压强增大,把车胎胀破.2.实验得到的压强p与摄氏温度t的图像是一次函数图像,如图所示.怎样处理就能获得更简单的关系? 4.等容变化的p-T图像与等压变化的V-T图像的比较.【典例2】某气体温度计的结构如图所示,玻璃测温泡A内充有气体,通过细玻璃管B和水银压强计相连,开始时A处于冰水混合物中,左管C中水银面在O点处,右管D中水银面高出O点h1=14 cm;将A放入待测恒温槽中,上下移动D,使C中水银面仍在O点处,测得D中水银面高出O点h2=44 cm.求恒温槽的温度.已知外界大气压为标准大气压p0,标准大气压相当于76 cm高的水银柱产生的压强.设T=t+273 K.答案: 364 K(或91 ℃) 应用查理定律解题的一般步骤【典例3】图甲是一定质量的某种气体由状态A经过状态B变为状态C的V-T图像,已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa.甲乙(1)A→B过程中压强怎样变化?根据图像提供的信息,计算图中TA的值.(2)请在图乙所示坐标系中,作出气体由状态A经过状态B变为状态C的p-T图像,并在图像相应位置上标出字母A、B、C.如果需要计算才能确定相关坐标值,那么请写出计算过程. 答案:(1)压强不变 200 K (2)见解析.探究三 理想气体 理想气体的状态方程如图所示,储气罐中存有高压气体.答案:在高压、低温状态下,气体状态发生改变时,将不会严格遵守气体实验定律,因为在高压、低温状态下,气体的状态可能已接近或已成为液态,故气体实验定律将不再适用.1.气体在压强很大,温度很低,其状态发生变化时,还遵守气体实验定律吗?为什么?2.在生产和生活实际中是否存在理想气体?研究理想气体有何意义?答案:理想气体是一种理想模型,实际中并不存在.理想气体是对实际气体的科学抽象,考虑主要因素,忽略次要因素,使气体状态变化的问题易于分析和计算.3.实际气体在怎样的情况下可当成理想气体处理?答案:在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时,把实际气体当成理想气体来处理,误差很小.4.一定质量理想气体由初态(p1、V1、T1)变化到末态(p2、V2、T2),利用三个气体实验定律,推导理想气体状态方程.1.理想气体的特点.(1)理想气体是不存在的,是一种理想模型.(2)在温度不太低、压强不太大时实际气体都可看成理想气体.(3)从微观角度:分子间以及分子和器壁间,除碰撞外无其他作用力,分子本身没有体积,即认为它所占据的空间都是可以被压缩的空间. (4)从能量角度:理想气体的微观本质是忽略了分子间的作用力,没有分子势能,理想气体的内能只有分子动能. 【典例4】(多选)对于一定质量的理想气体,下列状态变化不可能实现的是 ( )A.使气体体积增大,同时温度降低、压强减小B.使气体温度升高,体积不变、压强减小C.使气体温度不变,而压强、体积同时增大D.使气体温度降低,压强减小、体积减小 答案:BC【典例5】如图所示,粗细均匀一端封闭一端开口的U形玻璃管,当t1=31 ℃,大气压强p0相当于76 cm高的水银柱产生的压强时,两管水银面相平,这时左管被封闭的空气柱长l1=8 cm,当温度t2是多少时,左管空气柱长l2为9 cm?设T=t+273 K. 答案:78 ℃应用理想气体状态方程解题的方法探究四 气体实验定律的微观解释由分子动理论可知组成物质的分子在做永不停息的无规则运动,温度越高,分子的热运动越剧烈,温度是分子平均动能的标志.通过上面的学习我们知道理想气体的微观本质是忽略了分子间的作用力,没有分子势能,理想气体的内能只有分子动能.1.对理想气体而言,其内能的标志是什么?答案:理想气体的内能只有分子动能,温度是分子平均动能的标志,理想气体的内能的标志是温度.2.试用分子动理论的知识定性解释玻意耳定律.答案:一定质量的某种理想气体,温度保持不变时,分子的平均动能是一定的.在这种情况下,体积减小时,分子的数密度增大,单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多,气体的压强就增大.3.试用分子动理论的知识定性解释盖-吕萨克定律.答案:一定质量的某种理想气体,温度升高时,分子的平均动能增大;只有气体的体积同时增大,使分子的数密度减小,才能保持压强不变.4.试用分子动理论的知识定性解释查理定律.答案:一定质量的某种理想气体,体积保持不变时,分子的数密度保持不变.在这种情况下,温度升高时,分子的平均动能增大,气体的压强就增大.1.玻意耳定律的微观解释.如图所示,温度不变,分子的平均动能不变.体积越小,分子越密集,单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多,气体的压强就越大.2.盖-吕萨克定律的微观解释.如图所示,温度升高,分子平均动能增大,撞击器壁的作用力变大,而要使压强不变,则需影响压强的另一个因素即分子的密集程度减小,气体的体积增大.低温高温3.查理定律的微观解释.如图所示,体积不变,分子的数密度不变,温度升高,分子平均动能增大,分子撞击器壁单位面积的作用力变大,气体的压强增大.低温高温【典例6】在一定的温度下,一定质量的某种理想气体体积减小时,气体的压强增大,这是由于( )A.单位体积内的分子数增多,单位时间内、单位面积上分子对器壁碰撞的次数增多B.气体分子的数密度变大,分子对器壁的吸引力变大C.每个气体分子对器壁的撞击力都变大D.气体密度增大,单位体积内分子总重力变大解析:气体压强的微观表现是气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数,是由分子的平均动能和单位体积内的分子数共同决定的.温度不变,气体分子的平均动能不变,气体体积减小时,单位体积内分子数增多,故气体的压强增大.选项A正确.答案:A课堂评价1.(多选)下列关于理想气体的说法,正确的是( )A.理想气体分子本身的大小比起分子之间的平均距离可以忽略不计B.理想气体的分子不做无规则运动C.理想气体的分子间除碰撞外不存在相互作用力D.理想气体没有分子势能,内能只由温度和物质的量来决定解析:所有物质的分子包括理想气体的分子都在不停地做无规则运动.答案:ACD2.(多选)汽缸内封闭着一定质量的理想气体,如果保持气体体积不变,当温度升高时 ( )A.气体分子的数密度增大B.气体的压强增大C.气体分子的平均动能减小D.每秒撞击器壁单位面积上的气体分子数增多答案:BD解析:一定质量的理想气体,体积不变,分子的数密度一定,当温度升高时,分子的平均动能变大,平均速率变大,每秒撞击器壁单位面积上的气体分子数增多,冲力增大,因而气体压强一定增大,故A、C错误,B、D正确.3.密封在压强不变的容器中的理想气体,当温度升高时( )A.体积变大 B.体积变小C.体积不变 D.都有可能解析:压强不变时,体积V与温度T成正比,因此温度升高时气体的体积变大.答案:A4.一定质量的理想气体的p-t图像如图所示,在气体由状态A变化到状态B的过程中,其体积 ( )A.一定不变 B.一定减小C.一定增加 D.不能判定答案:D解析:图中横轴表示的是摄氏温度t,若BA的延长线与t轴相交在-273.15 ℃,则表示A到B过程中体积是不变的.根据题意无法确定图线延长线与t轴交点的坐标,故无法判定体积变化情况,D正确.5.如图所示,一定质量的某种理想气体,由状态A沿直线AB变化到状态B,A、C、B三点所对应的热力学温度分别为TA、TC、TB,在此过程中,气体的温度之比TA∶TB∶TC为( )A.1∶1∶1 B.1∶2∶3C.3∶3∶4 D.4∶4∶3答案:C 6. (2022·广东惠州)如图所示,一太阳能空气集热器,底面及侧面为隔热材料,顶面为透明玻璃板,集热器容积为V0,开始时内部封闭气体的压强为p0,经过太阳曝晒,气体温度由T0=300 K升至T1=350 K.(1)求此时气体的压强;(2)保持T1=350 K不变,缓慢抽出部分气体,使气体压强再变回到p0.求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值. 新高考 新考向 问题 求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值.
第二章 气体、固体和液体3 气体的等压变化和等容变化知识点一 气体的等压变化 压强不变体积压强正比CT质量压强3.三国时期著名的军事家、政治家诸葛亮发明了一种可以升空的信号灯——孔明灯,用来进行信号联络.你知道孔明灯为什么能够升空吗?答案:孔明灯火焰放出的热量使灯内的气体做等压膨胀,部分气体从孔明灯内溢出,灯内气体的质量减小,当大气对孔明灯的浮力大于孔明灯的重力时,孔明灯就能升空了.知识点二 气体的等容变化1.等容变化:一定质量的某种气体,在 不变时, 随温度变化的过程.2.查理定律.(1)内容: 的某种气体,在 不变的情况下,压强p与热力学温度T成 .(2)表达式: 或 或 .体积压强一定质量正比体积p=CT 3.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,但手表没有受到任何撞击,你知道其中的原因吗?答案:手表表壳可以看成一个密闭容器,表壳内封闭着一定质量的气体,登山过程中气体发生等容变化,高山山顶附近的温度比山脚处低很多,压强比山脚处小很多,内外压力差超过表盘玻璃的承受限度,表盘玻璃便会发生爆裂.知识点三 理想气体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时,把实际气体当成理想气体来处理,误差很小.气体实验定律温度压强 ×√×× ×√×5.一定质量的某种气体,在压强不变时,其V-T图像是过原点的直线.(√)探究一 气体的等压变化烧瓶上通过橡胶塞连接一根玻璃管,向玻璃管中注入一段水柱.用手捂住烧瓶,会观察到水柱缓慢向外移动,如图所示. 1.用手捂住烧瓶前后,烧瓶内气体的压强怎样变化?水柱缓慢向外移动说明了什么?答案:烧瓶内气体的压强不变,等于大气压强.水柱缓慢向外移动的现象说明,在保持气体的压强不变的情况下,一定质量气体的体积随温度的升高而增大.2.依据盖-吕萨克通过实验探究得到的V-T 图像(如图所示)总结出气体的等压变化规律.答案: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. 【典例1】如图所示,汽缸A中封闭有一定质量的某种气体,活塞B与A的接触是光滑的且不漏气,B上放一重物C,B与C的总重力为G,大气压强为p0.当汽缸内气体温度是20 ℃时,活塞与汽缸底部的距离为h1;当汽缸内气体温度是100 ℃时,活塞与汽缸底部的距离是多少?设T=t+273 K. 答案:1.27h1应用盖-吕萨克定律解题的方法探究二 气体的等容变化拧紧盖的水杯(内盛半杯热水)放置一段时间后很难打开杯盖;打足气的自行车在烈日下暴晒,常常会爆胎.1.为什么很难打开杯盖?自行车在烈日下暴晒,常常会爆胎,原因是什么?答案:放置一段时间后,杯内的空气温度降低,压强减小,外界的大气压强大于杯内空气压强,所以杯盖很难打开.车胎在烈日下暴晒,车胎内的气体温度升高,气体的压强增大,把车胎胀破.2.实验得到的压强p与摄氏温度t的图像是一次函数图像,如图所示.怎样处理就能获得更简单的关系? 4.等容变化的p-T图像与等压变化的V-T图像的比较.【典例2】某气体温度计的结构如图所示,玻璃测温泡A内充有气体,通过细玻璃管B和水银压强计相连,开始时A处于冰水混合物中,左管C中水银面在O点处,右管D中水银面高出O点h1=14 cm;将A放入待测恒温槽中,上下移动D,使C中水银面仍在O点处,测得D中水银面高出O点h2=44 cm.求恒温槽的温度.已知外界大气压为标准大气压p0,标准大气压相当于76 cm高的水银柱产生的压强.设T=t+273 K.答案: 364 K(或91 ℃) 应用查理定律解题的一般步骤【典例3】图甲是一定质量的某种气体由状态A经过状态B变为状态C的V-T图像,已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa.甲乙(1)A→B过程中压强怎样变化?根据图像提供的信息,计算图中TA的值.(2)请在图乙所示坐标系中,作出气体由状态A经过状态B变为状态C的p-T图像,并在图像相应位置上标出字母A、B、C.如果需要计算才能确定相关坐标值,那么请写出计算过程. 答案:(1)压强不变 200 K (2)见解析.探究三 理想气体 理想气体的状态方程如图所示,储气罐中存有高压气体.答案:在高压、低温状态下,气体状态发生改变时,将不会严格遵守气体实验定律,因为在高压、低温状态下,气体的状态可能已接近或已成为液态,故气体实验定律将不再适用.1.气体在压强很大,温度很低,其状态发生变化时,还遵守气体实验定律吗?为什么?2.在生产和生活实际中是否存在理想气体?研究理想气体有何意义?答案:理想气体是一种理想模型,实际中并不存在.理想气体是对实际气体的科学抽象,考虑主要因素,忽略次要因素,使气体状态变化的问题易于分析和计算.3.实际气体在怎样的情况下可当成理想气体处理?答案:在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时,把实际气体当成理想气体来处理,误差很小.4.一定质量理想气体由初态(p1、V1、T1)变化到末态(p2、V2、T2),利用三个气体实验定律,推导理想气体状态方程.1.理想气体的特点.(1)理想气体是不存在的,是一种理想模型.(2)在温度不太低、压强不太大时实际气体都可看成理想气体.(3)从微观角度:分子间以及分子和器壁间,除碰撞外无其他作用力,分子本身没有体积,即认为它所占据的空间都是可以被压缩的空间. (4)从能量角度:理想气体的微观本质是忽略了分子间的作用力,没有分子势能,理想气体的内能只有分子动能. 【典例4】(多选)对于一定质量的理想气体,下列状态变化不可能实现的是 ( )A.使气体体积增大,同时温度降低、压强减小B.使气体温度升高,体积不变、压强减小C.使气体温度不变,而压强、体积同时增大D.使气体温度降低,压强减小、体积减小 答案:BC【典例5】如图所示,粗细均匀一端封闭一端开口的U形玻璃管,当t1=31 ℃,大气压强p0相当于76 cm高的水银柱产生的压强时,两管水银面相平,这时左管被封闭的空气柱长l1=8 cm,当温度t2是多少时,左管空气柱长l2为9 cm?设T=t+273 K. 答案:78 ℃应用理想气体状态方程解题的方法探究四 气体实验定律的微观解释由分子动理论可知组成物质的分子在做永不停息的无规则运动,温度越高,分子的热运动越剧烈,温度是分子平均动能的标志.通过上面的学习我们知道理想气体的微观本质是忽略了分子间的作用力,没有分子势能,理想气体的内能只有分子动能.1.对理想气体而言,其内能的标志是什么?答案:理想气体的内能只有分子动能,温度是分子平均动能的标志,理想气体的内能的标志是温度.2.试用分子动理论的知识定性解释玻意耳定律.答案:一定质量的某种理想气体,温度保持不变时,分子的平均动能是一定的.在这种情况下,体积减小时,分子的数密度增大,单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多,气体的压强就增大.3.试用分子动理论的知识定性解释盖-吕萨克定律.答案:一定质量的某种理想气体,温度升高时,分子的平均动能增大;只有气体的体积同时增大,使分子的数密度减小,才能保持压强不变.4.试用分子动理论的知识定性解释查理定律.答案:一定质量的某种理想气体,体积保持不变时,分子的数密度保持不变.在这种情况下,温度升高时,分子的平均动能增大,气体的压强就增大.1.玻意耳定律的微观解释.如图所示,温度不变,分子的平均动能不变.体积越小,分子越密集,单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多,气体的压强就越大.2.盖-吕萨克定律的微观解释.如图所示,温度升高,分子平均动能增大,撞击器壁的作用力变大,而要使压强不变,则需影响压强的另一个因素即分子的密集程度减小,气体的体积增大.低温高温3.查理定律的微观解释.如图所示,体积不变,分子的数密度不变,温度升高,分子平均动能增大,分子撞击器壁单位面积的作用力变大,气体的压强增大.低温高温【典例6】在一定的温度下,一定质量的某种理想气体体积减小时,气体的压强增大,这是由于( )A.单位体积内的分子数增多,单位时间内、单位面积上分子对器壁碰撞的次数增多B.气体分子的数密度变大,分子对器壁的吸引力变大C.每个气体分子对器壁的撞击力都变大D.气体密度增大,单位体积内分子总重力变大解析:气体压强的微观表现是气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数,是由分子的平均动能和单位体积内的分子数共同决定的.温度不变,气体分子的平均动能不变,气体体积减小时,单位体积内分子数增多,故气体的压强增大.选项A正确.答案:A课堂评价1.(多选)下列关于理想气体的说法,正确的是( )A.理想气体分子本身的大小比起分子之间的平均距离可以忽略不计B.理想气体的分子不做无规则运动C.理想气体的分子间除碰撞外不存在相互作用力D.理想气体没有分子势能,内能只由温度和物质的量来决定解析:所有物质的分子包括理想气体的分子都在不停地做无规则运动.答案:ACD2.(多选)汽缸内封闭着一定质量的理想气体,如果保持气体体积不变,当温度升高时 ( )A.气体分子的数密度增大B.气体的压强增大C.气体分子的平均动能减小D.每秒撞击器壁单位面积上的气体分子数增多答案:BD解析:一定质量的理想气体,体积不变,分子的数密度一定,当温度升高时,分子的平均动能变大,平均速率变大,每秒撞击器壁单位面积上的气体分子数增多,冲力增大,因而气体压强一定增大,故A、C错误,B、D正确.3.密封在压强不变的容器中的理想气体,当温度升高时( )A.体积变大 B.体积变小C.体积不变 D.都有可能解析:压强不变时,体积V与温度T成正比,因此温度升高时气体的体积变大.答案:A4.一定质量的理想气体的p-t图像如图所示,在气体由状态A变化到状态B的过程中,其体积 ( )A.一定不变 B.一定减小C.一定增加 D.不能判定答案:D解析:图中横轴表示的是摄氏温度t,若BA的延长线与t轴相交在-273.15 ℃,则表示A到B过程中体积是不变的.根据题意无法确定图线延长线与t轴交点的坐标,故无法判定体积变化情况,D正确.5.如图所示,一定质量的某种理想气体,由状态A沿直线AB变化到状态B,A、C、B三点所对应的热力学温度分别为TA、TC、TB,在此过程中,气体的温度之比TA∶TB∶TC为( )A.1∶1∶1 B.1∶2∶3C.3∶3∶4 D.4∶4∶3答案:C 6. (2022·广东惠州)如图所示,一太阳能空气集热器,底面及侧面为隔热材料,顶面为透明玻璃板,集热器容积为V0,开始时内部封闭气体的压强为p0,经过太阳曝晒,气体温度由T0=300 K升至T1=350 K.(1)求此时气体的压强;(2)保持T1=350 K不变,缓慢抽出部分气体,使气体压强再变回到p0.求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值. 新高考 新考向 问题 求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值.
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