【步步高 学案导学设计】2021-2021学年高中物理 第三章 第2、3节 气体实验定律的微观解释及图像表示 理想气体课时作业 教科版选修3-3.doc

第2节气体实验定律的微观解释及图像表示第3节理想气体1玻意耳定律的微观解释：当温度保持不变时，大量气体分子热运动的平均动能_，分子碰撞器壁时对器壁的平均作用力_，气体对器壁的压强只取决于单位时间内与单位面积的器壁发生撞击的次数当温度保持不变时，若气体的体积压缩到原来的，则单位体积内的分子数增大为原来的_倍，这时单位时间内与单位面积的器壁碰撞的次数也将增大到原来的_倍，于是气体对器壁的压强就增大到原来的_倍2查理定律的微观解释一定质量的气体，体积保持不变，则单位体积中的分子数_当温度升高时，分子热运动的平均动能_，这一方面使得单位时间内撞击到器壁上的分子数_，同时也使得分子撞击器壁时对器壁的撞击力_，从而使得气体的压强随之增大3盖·吕萨克定律的微观解释一定质量的气体，当温度升高时，气体分子热运动的平均动能增大，这会引起气体分子对器壁撞击力_，使气体对器壁的压强_要使压强保持不变，必须减小气体分子的密度，使单位时间内与器壁单位面积上碰撞的分子数_，这在宏观上就表现为气体体积的_4理想气体就是指能够严格遵守气体_的气体在_， _的条件下，一切实际气体都可以当作理想气体来处理，理想气体单位体积内分子的个数_，理想气体的分子可以视作_，而且除了碰撞之外，分子之间的相互作用力可以_5一定质量的理想气体经历等温压缩过程时，气体压强增大，从分子运动理论观点来分析，这是因为()A气体分子的平均动能增大B单位时间内，器壁单位面积上分子碰撞的次数增多C气体分子数增加D气体的分子数密度增大6关于理想气体，下列说法正确的是()A理想气体也不能严格地遵守气体实验定律B实际气体在温度不太高、压强不太小的情况下，可看成理想气体C实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下，可看成理想气体D所有的实际气体在任何情况下，都可以看成理想气体【概念规律练】知识点一气体实验定律的微观解释1对一定量的气体，若用N表示单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数，则()A当体积减小时，N必定增加B当温度升高时，N必定增加C当压强不变而体积和温度变化时，N必定变化D当压强不变而体积和温度变化时，N可能不变2一定质量的理想气体，在压强不变的条件下，温度升高，体积增大，从分子动理论的观点来分析，正确的是()A此过程中分子的平均速率不变，所以压强保持不变B此过程中每个气体分子碰撞器壁的平均冲击力不变，所以压强保持不变C此过程中单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数不变，所以压强保持不变D以上说法都不对知识点二等温线3.图1如图1所示为一定质量的气体在不同温度下的两条等温线，则下列说法正确的是()A从等温线可以看出，一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成反比B一定质量的气体，在不同温度下的等温线是不同的C由图可知T1>T2D由图可知T1<T2知识点三等容线图24如图2所示，直线a和b分别表示同一气体在不同体积V1和V2下的等容变化图线，试比较V1和V2的关系5.图3如图3所示是一定质量的理想气体的三种升温过程，那么，以下四种解释中，正确的是()Aad的过程气体体积增加Bbd的过程气体体积不变Ccd的过程气体体积增加Dad的过程气体体积减小知识点四等压线6.图4如图4所示，直线a和b分别表示同一气体在压强p1和p2下做等压变化的图象试比较p1和p2的大小7.图5一定质量的某种气体自状态A经状态C变化到状态B，这一过程在VT图上表示如图5所示，则()A在过程AC中，气体的压强不断变大B在过程CB中，气体的压强不断变小C在状态A中，气体的压强最大D在状态B中，气体的压强最大【方法技巧练】解决图象问题的技巧8.图6一定质量的理想气体沿着图6所示的方向发生状态变化的过程中，该气体压强的变化是()A从状态c到状态d，压强减小B从状态d到状态a，压强不变C从状态a到状态b，压强增大D从状态b到状态c，压强不变9.图7一定质量的理想气体经历了如图7所示的一系列过程，ab、bc、cd和da这四个过程在pT图上都是直线段，其中ab的延长线通过坐标原点O，bc垂直于ab而cd平行于ab，由图可以判断()Aab过程中气体体积不断减小Bbc过程中气体体积不断减小Ccd过程中气体体积不断增大Dda过程中气体体积不断增大1封闭在汽缸内的理想气体，当它被等压压缩时，汽缸内变小的量是()A气体分子的平均动能B气体分子的平均密度C气体分子每次撞击器壁的平均冲力D气体分子在单位时间内撞击器壁的次数2对于一定质量的气体，当它的压强和体积发生变化时，以下说法正确的是()A压强和体积都增大时，其分子平均动能不可能不变B压强和体积都增大时，其分子平均动能有可能减小C压强增大，体积减小时，其分子平均动能一定不变D压强减小，体积增大时，其分子平均动能可能增大3在一定温度下，当一定量气体的体积增大时，气体的压强减小，这是由于()A单位体积内的分子数变少，单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数减少B气体分子的密集程度变小，分子对器壁的吸引力变小C每个分子对器壁的平均撞击力都变小D气体分子的密集程度变小，单位体积内分子的重量变小4.图8如图8所示，是一定质量的理想气体状态变化的pV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5.图9如图9所示为一定质量的气体在不同温度下的两条p图线由图可知()A一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成正比B一定质量的气体在发生等温变化时，其p图线的延长线是经过坐标原点的CT1>T2DT1<T26.图10如图10所示是一定质量的理想气体的pt图象，在气体由状态A变化到B的过程中，其体积()A一定不变B一定减小C一定增大D不能判定怎样变化7.图11一定质量的气体做等压变化时，其Vt图象如图11所示，若保持气体质量不变，而改变气体的压强，再让气体做等压变化，则其等压线与原来相比，下列可能正确的是()A等压线与V轴之间夹角变小B等压线与V轴之间夹角变大C等压线与t轴交点的位置不变D等压线与t轴交点的位置一定改变8.图12如图12所示是一定质量的理想气体的两种升温过程，对两种升温过程的正确解释是()Aa、b所在的图线都表示等容变化BVaVb31Cpapb31D两种过程中均升高相同温度，气体压强的增量papb319.图13如图13所示为一定质量的某种气体的等压线，等压线上的a、b两个状态比较，下列说法正确的是()A在相同时间内撞在单位面积上的分子数b状态较多B在相同时间内撞在单位面积上的分子数a状态较多C在相同时间内撞在相同面积上的分子数两状态一样多D单位体积内的分子数两状态一样多10关于理想气体，下列说法正确的是()A温度极低的气体也是理想气体B压强极大的气体也遵从气体实验定律C理想气体是对实际气体的抽象化模型D理想气体实际并不存在题号12345678910答案11.图14如图14所示，一定质量的理想气体从状态A经B、C、D再回到A，问AB、BC、CD、DA是什么过程？已知气体在状态A时体积为1 L，求在状态B、C、D时的体积各为多少，并把此图改画为pV图第2节气体实验定律的微观解释及图像表示第3节理想气体课前预习练1不变不变nnn2也保持不变增大增多增大3增大增大减少增大4实验定律温度不太低压强不太大较少质点忽略不计5BD6C理想气体是在任何温度、任何压强下都能遵从气体实验定律的气体，A项错误；它是实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下的抽象，故C正确，B、D是错误的课堂探究练1C一定质量的气体，在单位时间内与器壁单位面积的碰撞次数，取决于分子密度和分子运动的剧烈程度，即与体积和温度都有关，故A、B错；压强不变，说明气体分子对器壁单位面积上的撞击力不变，若温度改变，则气体分子平均动能必改变，要保持撞击力不变，则碰撞次数必改变；若体积改变，同理可判，N也必定变化，故C对，D错点评压强的大小跟单位时间内分子对器壁的碰撞次数和每一次碰撞的力度有关单位时间内对器壁的碰撞次数越多、力度越大，则压强越大2D压强与单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数和每个分子的冲击力有关，温度升高，分子与器壁的撞击力增大，单位时间内碰撞的分子数要减小，压强才可能保持不变点评气体的压强是大量气体分子对器壁撞击的结果，牢记气体压强微观上决定于气体分子的平均动能和单位体积内的分子数；宏观上决定于气体的温度和体积，是解决此类问题的关键3ABD由等温线的物理意义可知，A、B正确；对于一定质量的气体，温度越高，等温线的位置就越高，C错，D对方法总结一定质量的气体在温度不变的情况下，p与V成反比，因此等温过程的pV图象是双曲线的一支一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积的乘积越大，在pV图上的等温线的位置就越高4V2<V1解析如题图所示，让气体从体积为V1的某一状态开始做一等温变化，末状态体积为V2，则p1<p2，由玻意耳定律可知V1>V2.直线斜率越大，表示体积越小故在pT图中斜率大的V小点评以压强p为纵轴，热力学温度T为横轴画出的一定质量的理想气体在体积不变的情况下，压强随温度变化的关系曲线是过原点的直线，而且斜率越大，体积越小5ABpT图的等容线是延长线过原点的直线，且体积越大，直线的斜率越小由此可见，a状态对应体积最小，c状态对应体积最大，所以选项A、B是正确的点评在pT图线上，比较两个状态的体积大小，可以直接把这两个状态点与原点连线，比较斜率的大小，状态点所在直线的斜率大，体积就小6p1>p2解析让气体从压强为p1的某一状态开始做一等容变化，末状态的压强为p2.由图象可知T1>T2.根据查理定律可得p1>p2.所以直线斜率越大，表示变化过程的压强越小点评在VT图中，一定质量的理想气体在压强不变的情况下，体积V随温度T变化的图线，是一条过原点的直线，而且斜率越大，压强越小7AD气体在AC变化过程中是等温变化，由pVC可知，体积减小，压强增大，故A正确；在CB变化过程中，气体的体积不发生变化，即为等容变化，由p/TC可知，温度升高，压强增大，故B错误；综上所述，在ACB过程中气体的压强始终增大，所以气体在状态B时的压强最大，故C错误，D正确方法总结在VT图象中，比较两个状态的压强大小，还可以用这两个状态到原点连线的斜率大小来判断，斜率越大，压强越小；斜率越小，压强越大8AC在VT图象中，过原点的直线为等压线，直线的斜率越大，气体的压强越小分别作过a、b、c、d四点的等压线，则有pb>pc>pd>pa，故A、C正确9BCD本题是用pT图象表示气体的状态变化过程四条直线段只有ab段是等容过程即ab过程中气体体积不变，选项A是错误的，其他三个过程并不是等容变化过程如图所示连接Oc和Od，则Oba、Oc、Od都是一定质量理想气体的等容线，依据pT图中等容线的特点(斜率越大，气体体积越小)，比较这几条图线的斜率即可得出VaVb>Vd>Vc.同理，可以判断bc、cd和da线段上各点所表示的状态的体积大小关系，选项B、C、D正确方法总结由解题过程可以看出：利用图象解题，常常需添加辅助线，适当地添加辅助线，可利用图象有关特点，使解题过程更加简捷课后巩固练1AC2AD质量一定的气体，分子总数不变，体积增大，单位体积内的分子数减少；体积减小，单位体积内的分子数增多，根据气体的压强与单位体积内的分子数和分子的平均动能这两个因素的关系，可判知A、D正确，B、C错误3A温度不变，一定量气体分子的平均动能、平均速率不变，每次碰撞，分子对器壁的平均作用力不变，但体积增大后，单位体积内的分子数减少，因此单位时间内碰撞次数减少，气体压强减小，A正确，B、C、D错误4D由图象可知，pAVApBVB，所以A、B两状态的温度相等，在同一等温线上，由于离原点越远的等温线温度越高，所以从状态A到状态B温度应先升高后降低，分子平均速率先增大后减小5BD这是一定质量的气体在发生等温变化时的p图线，由图线知p，所以p与V应成反比，A错误；由图可以看出，p图线的延长线是过坐标原点的，故B正确；根据p图线斜率的物理意义可知C错误，D正确6D图中横坐标表示的是摄氏温度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但是，由图中无法做出这样的判定所以，应选D. 7ABC对于一定质量气体的等压线，其Vt图象的延长线一定过t轴273.15的点，故C正确；由于题目中没有给定压强p的变化情况，因此A、B都有可能，故选A、B、C.8ACD在pT图象中，过原点的直线表示等容变化图线斜率k；在T相同的条件下，pktan ，即papbtan 60°tan 30°31，VaVb13，故选A、C、D.9B在b状态下，温度较高，分子平均动能较大，每次碰撞产生的撞击力较大，若要b状态与a状态压强相等，则在相同时间内撞在单位面积上的分子数必须比a少，故B对，A、C错；由于b状态下体积大，单位体积内的分子数应比a少，D错10CD气体实验定律是在压强不太大、温度不太低的情况下得出的，温度极低、压强极大的气体在微观上分子间距离变小，趋向于液体，故答案为C、D.11见解析解析(1)AB过程是等容升温升压，BC过程是等压升温增容即等压膨胀，CD过程是等温减压增容即等温膨胀，DA过程是等压降温减容即等压压缩(2)已知VA1 L，VB1 L(等容过程)由(等压过程)得VCTC×900 L2 L由pDVDpCVC(等温过程)得VD L6 L所改画的pV图如右图所示习题课气体实验定律的应用基础练1一定质量的理想气体，由某一初态经过两个状态变化过程，使其体积仍变为原来的数值，可采用()A先等压升温，再等温减压B先等压降温，后等温减压C先等温增压，后等压升温D先等温降压，后等压升温2为了控制温室效应，各国科学家提出了不少方法和设想有人根据液态CO2密度大于海水密度的事实，设想将CO2液化后，送入深海海底，以减小大气中CO2的浓度为使CO2液化，最有效的措施是()A减压、升温 B增压、升温C减压、降温 D增压、降温3如图1所示甲、乙为一定质量的某种气体的等容或等压变化图象，关于这两个图象的正确说法是()图1A甲是等压线，乙是等容线B乙图中pt线与t轴交点对应的温度是273.15，而甲图中Vt线与t轴的交点不一定是273.15.C由乙图可知，一定质量的气体，在任何情况下都是p与t成直线关系D乙图表明随温度每升高1，压强增加相同，但甲图随温度的升高压强不变4下列过程可能发生的是()A气体的温度变化，但压强、体积保持不变B气体的温度、压强保持不变，而体积发生变化C气体的温度保持不变，而压强、体积发生变化D气体的温度、压强、体积都发生变化5一定质量的气体在0时压强为p0，在27时压强为p，则当气体从27升高到28时，增加的压强为()Ap0/273 Bp/273 Cp0/300 Dp/300提升练6一定质量的理想气体，处在某一状态，经下列哪个过程后会回到原来的温度()A先保持压强不变而使它的体积膨胀，接着保持体积不变而减小压强B先保持压强不变而使它的体积减小，接着保持体积不变而减小压强C先保持体积不变而增大压强，接着保持压强不变而使它的体积膨胀D先保持体积不变而减小压强，接着保持压强不变而使它的体积膨胀7.图2将一根质量可忽略的一端封闭的塑料管子插入液体中，在力F的作用下保持平衡，如图2所示的H值大小与下列哪个量无关()A管子的半径 B大气压强C液体的密度 D力F8.图3如图3所示为一定质量的理想气体，由状态A沿直线变化到状态B，在此过程中，气体的温度变化是()A不断增大B不断减小C先减后增D先增后减9一绝热隔板将一绝热长方形容器隔成两部分，两边分别充满气体，隔板可无摩擦移动开始时，左边的温度为0，右边的温度为20，当左边的气体加热到20，右边的气体加热到40时，则达到平衡状态时隔板的最终位置()A保持不动 B在初始位置右侧C在初始位置左侧 D决定于加热过程10.图4如图4所示，一端封闭的粗细均匀的玻璃管，开口向上竖直放置，管中有两段水银柱封闭了两段空气柱，开始时V12V2，现将玻璃管缓慢地均匀加热，则下述说法中正确的是()A加热过程中，始终保持V12V2B加热后V1>2V2C加热后V1<2V2D条件不足，无法确定11.图5如图5所示是一定质量的气体从状态A经状态B到状态C再到状态A的pT图象，由图可知()AVAVBBVB>VCCVBVCDVA>VC题号1234567891011答案12.图6粗细均匀的U形管，右端封闭有一段空气柱，两管内水银面高度差为19 cm，封闭端空气柱长度为40 cm，如图6所示，问向左管内再注入多少水银可使两管水银面等高？已知外界大气压强p076 cmHg，注入水银过程中温度保持不变13如图7所示为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T0300 K升至T1350 K.图7(1)求此时气体的压强(2)保持T1350 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14如图8所示，汽缸中封闭着温度为100的空气，一重物用绳索经滑轮跟缸中活塞相图8连接，重物和活塞都处于平衡状态，这时活塞离汽缸底的高度为10 cm.如果缸内空气温度变为0，重物将上升多少？(保留三位有效数字)习题课气体实验定律的应用1BC2D3AD由查理定律pCTC(t273.15)及盖·吕萨克定律VCTC(t273.15)可知，甲图是等压线，乙图是等容线，故A正确；由“外推法”可知两种图线的反向延长线与t轴的交点温度为273.15，即热力学温度的0 K，故B错；查理定律及盖·吕萨克定律是气体的实验定律，都是在温度不太低、压强不太大的条件下得出的，当压强很大，温度很低时，这些定律就不成立了，故C错；由于图线是直线，故D正确4CD在描述气体状态的三个物理量温度、压强和体积中，气体状态变化时，至少有两个量同时发生变化，单独一个参量发生变化是不可能的A、B错误，C、D正确5AD根据p/TC可得p0/273pt/(273t)，则ptp0(1t/273)，所以pp0(127/273)，pp0(128/273)，所以pppp0/273根据p1/T1p2/T2得p/(27327)p/(27328)从而p301p/300所以pppp/3006AD由于此题要经过一系列状态变化后回到初始温度，所以先在pV坐标中画出等温变化图线，然后在图线上任选一点代表初始状态，根据各个选项中的过程画出图线，如图所示，从图线的发展趋势来看，有可能与原来的等温线相交说明经过变化后可能回到原来的温度，选项A、D正确7B分析管子的受力如右图所示，由受力平衡有p0SFpS，又pp0gH，故H，与大气压强无关，故选B.8D由题设条件可知pV的值非单调增加，如图所示找到与A点等温的B点，其坐标为(1,3)，并作出等温线，直线连接A、B两点，坐标为(2,2)的点一定在直线AB上，过点(2,2)作V轴的平行线交直线AB于A点，显然A点的pV值大于4 atm·L，而A点的pAVA3 atm·L，B点的pBVB4 atm·L，因此可定性地确定，从A点到B点的pV值先增大后减小，所以温度也是先增大后减小，故选D.9B设温度变化过程中气体的体积不变，据查理定律得：pT.对左边气体，p左×20；对右边气体p右×20.因初始p左p右，故p左>p右即隔板将向右侧移动本题的正确答案为B.10A在整个加热过程中，上段气柱的压强始终保持为p0h1不变，下段气柱的压强始终为p0h1h2不变，所以整个过程为等压变化根据盖·吕萨克定律得，即V1V1，即V2V2. 所以，即V12V2.11A1239 cm解析以右管中被封闭气体为研究对象，气体在初状态下其p1p0ph(7619) cmHg57 cmHg，V1L1S40S；末状态p2p076 cmHg，V2L2S.则由玻意耳定律得：57×40 S76×L2S，L230 cm.需注入的水银柱长度应为h2(L1L2)39 cm.13(1)p0(2)解析(1)设升温后气体的压强为p1，由查理定律得代入数据得p1p0(2)抽气过程可视为等温膨胀过程，设膨胀后的总体积为V，由玻意耳定律得p1V0p0V联立式解得VV0设剩余气体的质量与原来气体的总质量之比为k，由题意得k联立式解得k142.68 cm解析这是一个等压变化过程，设活塞的横截面积为S.初态：T1273 K100 K373 K，V110S末态：T2273 K，V2LS由盖·吕萨克定律得LSV1，L×10 cm7.32 cm重物上升高度为10 cm7.32 cm2.68 cm17