气体的等压变化和等容变化学案--高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册.docx
《气体的等压变化和等容变化学案--高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《气体的等压变化和等容变化学案--高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册.docx(17页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第3节 等压变化和等容变化考点一:查理定律的应用一、气体的等容变化:一定质量的某种气体,在体积不变时,压强随温度的变化。二查理定律1、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。2、表达式:C或。3、适用条件:气体的质量不变;气体的体积不变。4、 应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的适用条件:质量一定,体积不变。(3)确定初、末两个状态的温度、压强。(4)根据查理定律列式求解。(5)求解结果并分析、检验。【例题】容积为2 L的烧瓶,在压强为1.0105 Pa时,用塞子塞住,此时温度为27 ,当
2、把它加热到127 时,塞子被打开了,稍过一会儿,重新把盖子塞好,停止加热并使它逐渐降温到27 ,求:(1)塞子打开前的最大压强;(2)27 时剩余空气的压强。 解析塞子打开前,瓶内气体的状态变化为等容变化。塞子打开后,瓶内有部分气体会逸出,此后应选择瓶中剩余气体为研究对象,再利用查理定律求解。(1)塞子打开前,选瓶中气体为研究对象:初态:p11.0105 Pa, T1273 K27 K300 K末态:p2?,T2273 K127 K400 K由查理定律可得p2p11.0105 Pa1.33105 Pa。(2)塞子塞紧后,选瓶中剩余气体为研究对象:初态:p11.0105 Pa,T1400 K末态
3、:p2?,T2300 K由查理定律可得p2p11.0105 Pa0.75105 Pa。【变式】1对于一定质量的气体,在体积不变时,压强增大到原来的二倍,则气体温度的变化情况是()A气体的摄氏温度升高到原来的二倍 B气体的热力学温度升高到原来的二倍C气体的摄氏温度降为原来的一半 D气体的热力学温度降为原来的一半解析:选B由查理定律得T2T12T,B正确。2.有一上端开口、竖直放置的玻璃管,管中有一段15 cm长的水银柱将一些空气封闭在管中,如图所示,此时气体的温度为27 。当温度升高到30 时,为了使气体体积不变,需要再注入多少水银?(设大气压强为p075 cmHg且不变,水银密度13.6 g/
4、cm3)解析:设再注入的水银柱长为x,以封闭在管中的气体为研究对象,气体做等容变化。初:p1p015 cmHg90 cmHg,T1(27327)K300 K; 末:p2(90x) cmHg,T2(27330)K303 K。由查理定律得,解得x0.9 cm。则注入水银柱的长度为0.9 cm。考点二:盖吕萨克定律的应用一、气体的等压变化:一定质量的某种气体,在压强不变时,体积随温度的变化。二盖吕萨克定律1、内容:一定质量的某种气体,在压强不变的情况下,体积V与热力学温度T成正比。2、表达式:VCT或C或。3、适用条件:气体的质量不变;气体的压强不变。4、应用盖吕萨克定律解题的一般步骤(1)确定研究
5、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的适用条件:质量一定,压强不变。(3)确定初、末两个状态的温度、体积。(4)根据盖吕萨克定律列式求解。(5)求解结果并分析、检验。 【例题】如图所示,汽缸A中封闭有一定质量的气体,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,大气压为p0。当汽缸内气体温度是20 时,活塞与汽缸底部距离为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?解析初状态:T1273 K20 K293 K,V1h1S,末状态:T2273 K100 K373 K,V2h2S,其中S为活塞的横截面积,根据盖吕萨克定律:得
6、:V2T2,即h2T23731.27h1。答案1.27h1【变式训练】1一定质量的理想气体在等压变化中体积增大了,若气体原来温度为27 ,则温度的变化是()A升高450 KB升高了150 C升高了40.5 D升高了450 解析:选B根据盖吕萨克定律,其中V2V1,T1300 K;解得T2450 K,则t150 ,B正确。2.如图所示,柱形容器内用不漏气的轻质绝热活塞封闭一定量的理想气体,容器外包裹保温材料。开始时活塞至容器底部的高度为H1,容器内气体温度与外界温度相等。在活塞上逐步加上多个砝码后,活塞下降到距容器底部H2处,气体温度升高了T;然后取走容器外的保温材料,活塞位置继续下降,最后静止
7、于距容器底部H3处。已知大气压强为p0。求:气体最后的压强与温度。解析:开始时,封闭气体压强p1p0,体积V1H1S 温度T1T加砝码后,压强为p2 体积V2H2S 温度T2TT再撤去保温材料后,压强p3p2,体积V3H3S,温度T3T从状态2到状态3为等压变化,由盖吕萨克定律: 最后的T3T由于状态1和状态3温度相等,由玻意耳定律:p0H1Sp3H3S 最后压强p3p0。答案:p0T考点三:气体的pT图像与VT图像的应用1p T图像与VT图像的比较不同点图像纵坐标压强p体积V斜率意义体积的倒数,斜率越大,体积越小,V4V3V2V1压强的倒数,斜率越大,压强越小,p4p3p2p1相同点都是一条
8、通过原点的倾斜直线横坐标都是热力学温度T都是斜率越大,气体的另外一个状态参量越小2对于p T图像与VT图像的注意事项(1)首先要明确是p T图像还是VT图像。(2)不是热力学温标的先转换为热力学温标。(3)解决问题时要将图像与实际情况相结合。【典例】图甲是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的VT图像,已知气体在状态A时的压强是1.5105 Pa。(1)说出AB过程中压强变化的情形,并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,作出由状态A经过状态B变为状态C的pT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有关坐标值,请写出计算过程。解析(1)
9、在VT图像中,AB为过原点的直线,是等压线,由AB两个状态的参量根据盖吕萨克定律:得:TATB300 K200 K。(2)B状态的压强等于A状态的,BC在等容线上,要作出p T图像还要求出C状态的压强,根据B、C两个状态的参量,利用查理定律:,得:pCTC400 Pa2105 Pa。在乙图中的图像如图所示。答案(1)AB过程中压强不变200 K (2)见解析 【变式】1如图甲所示,一定质量的气体的状态沿1231的顺序循环变化,若用p V或VT图像表示这一循环,表示正确的是()解析:选B在甲图p T图像中,气体在12过程发生的是等容变化,且压强、温度均增大,23过程发生的是等温变化,且压强减小、
10、体积增大,31过程发生的是等压变化,且温度减小、体积减小,结合各过程状态参量变化特点,可知B正确。2.一定质量的气体状态变化的pV图像如图所示,其中AB平行于纵轴,BC平行于横轴,CA延长线通过坐标原点O,已知A状态的热力学温度为TA,B状态的热力学温度为TB,求C状态的热力学温度TC。解析:气体由A至B的状态变化过程是沿等容线进行的,根据查理定律得:,气体由B至C的状态变化过程是沿等压线进行的,根据盖吕萨克定律有:,由图像知直线OAC的斜率恒定,有:,并且VAVB,pBpC,由以上各式可得:TC。考点四:气体实验定律的综合应用1三大气体实验定律(1)玻意耳定律(等温变化):p1V1p2V2或
11、pVC(常数)。(2)查理定律(等容变化):或C(常数)。(3)盖吕萨克定律(等压变化):或C(常数)。2利用气体实验定律解决问题的基本思路【例题】(2015全国卷)如图所示,一固定的竖直气缸由一大一小两个同轴圆筒组成,两圆筒中各有一个活塞。已知大活塞的质量为m12.50 kg,横截面积为S180.0 cm2;小活塞的质量为m21.50 kg,横截面积为S240.0 cm2;两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为l40.0 cm;气缸外大气的压强为p1.00105 Pa,温度为T303 K。初始时大活塞与大圆筒底部相距,两活塞间封闭气体的温度为T1495 K。现气缸内气体温度缓慢下降,活塞缓慢下移。
12、忽略两活塞与气缸壁之间的摩擦,重力加速度大小g取10 m/s2。求:(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,气缸内封闭气体的温度;(2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时,缸内封闭气体的压强。解析(1)设初始时气体体积为V1,在大活塞与大圆筒底部刚接触时,缸内封闭气体的体积为V2,温度为T2。由题给条件得V1S1S2 V2S2l在活塞缓慢下移的过程中,用p1表示缸内气体的压强,由力的平衡条件得S1(p1p)m1gm2gS2(p1p)故缸内气体的压强不变。由盖吕萨克定律有联立式并代入题给数据得T2330 K(2)在大活塞与大圆筒底部刚接触时,被封闭气体的压强为p1。在此后与气缸外大气达到热平衡
13、的过程中,被封闭气体的体积不变。设达到热平衡时被封闭气体的压强为p,由查理定律,有联立式并代入题给数据得p1.01105 Pa。答案(1)330 K(2)1.01105 Pa 【变式训练】如图所示,一底面积为S,内壁光滑的圆柱形容器竖直放置在水平地面上,开口向上,内有两个质量均为m的相同活塞A和B;在A和B之间、B与容器底面之间分别封有一定量的同样的理想气体,平衡时体积均为V。已知容器内气体温度始终不变,重力加速度大小为g,外界大气压强为p0。现假设活塞B发生缓慢漏气,致使B最终与容器底面接触。求活塞A移动的距离。解析:设平衡时,A与B之间、B与容器底面之间的气体压强分别为p1、p2,在漏气前
14、,对A分析有p1p0,对B有p2p1B最终与容器底面接触后,AB间的压强为p,气体体积为V,则有pp0因为温度始终不变,对于混合气体有(p1p2)VpV 设活塞B厚度为d,漏气前A距离底面的高度为hd漏气后A距离底面的高度为hd 联立可得hhh以上各式联立化简得h。考点五:理想气体状态方程的应用1公式:或C(恒量)。2适用条件:一定质量的理想气体。3理想气体状态方程的分态式(1)一定质量的理想气体的值,等于其各部分值之和。用公式表示为。(2)一定质量理想气体各部分的值之和在状态变化前后保持不变,用公式表示为:(3)当理想气体发生状态变化时,如伴随着有气体的迁移、分装、混合等情况,使用分态式会显
15、得特别方便。2气体密度方程对于一定质量的理想气体,在状态(p1 、V1、T1)时密度为1,则1。在状态(p2、V2、T2)时密度为2,则2。将V1、V2代入状态方程得,此方程与质量无关,可解决变质量问题。3应用状态方程解题的一般步骤(1)明确研究对象,即一定质量的理想气体;(2)确定气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2;(3)由状态方程列式求解;(4)讨论结果的合理性。【例题】如图所示,一水银气压计管顶距槽内水银面950 mm,由于管内混入气泡致使读数不准,温度为t0 、大气压为760 mmHg时,气压计读数h1740 mmHg。(1)当温度t27 时,气压计读数为h2750
16、 mmHg,此时大气压强是多少?解析选取管上端封闭的气体为研究对象,分别写出在温度为0 和27 两种状态下的状态参量,然后应用理想气体状态方程求解。(1)管内气体在t10 时的状态参量为:p1760 mmHg740 mmHg20 mmHg,V1(950740)S210S,T1273 K;管内气体在27 时的状态参量为:V2(950750)S200S,T2300 K;由理想气体状态方程得:p2 mmHg23 mmHg。所以在t27 时的大气压强为:p0750 mmHg23 mmHg773 mmHg。【变式】1已知湖水深度为20 m,湖底水温为4 ,水面温度为17 ,大气压强为1.0105 Pa。
17、当一气泡从湖底缓慢升到水面时,其体积约为原来的(取g10 m/s2, 1.0103 kg/m3)()A12.8 倍B8.5 倍C3.1 倍 D2.1 倍解析:选C对气泡内气体:在湖底处p1p0gh,V1,T1277 K在水面时,p2p0,V2,T2290 K由理想气体状态方程:,代入数据得3.1,故C对。2.如图所示,粗细均匀的、一端封闭一端开口的U形玻璃管,当t131 、大气压强p01 atm时,两管水银面相平,这时左管被封闭气柱长l18 cm。求:(1)当温度t2等于多少时,左管气柱长l2为9 cm?(2)当温度达到上问中温度t2时,为使左管气柱长l3为8 cm,则应在右管再加多高的水银柱
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 气体 等压 变化 下学 物理 人教版 2019 选择性 必修 第三
限制150内