高考领航第3讲气体实验定律的应用公开课.docx

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1、第3讲卷体实验定律的应用重温教材 扫清盲点一、气体实验定律1.等温变化玻意耳定律(1)内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下,压强与体积V成反比.(2)公式：曲以 =p2V2或pV=C(常量).(3)微观解释一定质量的气体，温度保持不变时，分子的平均动能一定.在这种情况下，体积减小 时，分子的密集程度增大,气体的压强就增大.2.等容变化查理定律(I)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r成正比.(2)公式:/岑或齐C(常量).(3)推论式：加=耒AT.(4)微观解释一定质量的气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变.在这种情况下,温度 升高时，分子的平均动

2、能增大,气体的压强就增大.3.等压变化盖一吕萨克定律(1)内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下,其体积V与热力学温度T成正 比.公式：卷=卷或苧=C(常量).y.(3)推论式：4丫=醇AT.(4)微观解释一定质量的气体，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 分子的密集程度减小，才能保持压强不变.二、理想气体状态方程1.理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体.(1)理想气体是一种经科学的抽象而建立的理想化模型，实际上不存在.(2)理想气体不考虑分子间相互作用的分子力，不存在分子势能，内能取决于温度，与 体积无关.(3)实际气体特别是那些不易液化的气

3、体在压强不太大，温度丕太低时都可看作理想气体.1 pvp=cz1，斜率a=ct，即斜率越大，温度越高p0t2t, y等容 过程P-Tp=T,斜率左=专，即斜率越大，体积越小P，|,小0V2V1 T等压 过程v-rcCV斜率左一；，即斜率越大，压强越小V0TE 一定质量的理想气体经历了温度缓慢升高的变化，如下图，pT和图象各记录了其局部变化过程，试求:温度600 K时气体的压强；在pT图象上将温度从400 K升高到600 K的变化过程补充完整.解析：(1) pi = l.0X105pa, Vi=2.5m3, Ti=400K, V2=3 m3, 4=600 K,由理想气体状态方程有竽=竽 11 h

4、得。2=吗竽=1.25 X105 PaJ1V2也可以由图象解，但要有必要的说明.(2)气体从5=400 K升高到乃=500 K,经历了等容变化，由查理定律：%=发，得气体压强P3=1.25 X105 Pa气体从T3=500 K变化到72=600 K,经历了等压变化，画出两段直线如下图.答案：1.25X105 Pa见解析图【题后反思】气体状态变化图象的分析方法明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图象问题，应当明确图象上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图象上的某一条直线段或 曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程.（2）明确图象斜率的物理意义：在图象（或

5、pT图象）中，比拟两个状态的压强（或体 积）大小，可以比拟这两个状态到原点连线的斜率的大小，其规律是：斜率越大，压强（或体 积）越小；斜率越小，压强（或体积）越大.（3）明确图象面积的物理意义：在图象中，p丫图线与v轴所围面积表示气体对 外界或外界对气体所做的功.个多维冲关L （匕丁图象）一定质量的理想气体体积V与热力学温度T的关系图象如下图，气体 在状态A时的压强pa=po,温度北= To,线段A3与V轴平行，3C的延长线过原点.求:v2%To T气体在状态B时的压强PB；气体在状态C时的压强pc和温度Tc.解析：（1）由A到B是等温变化，压强和体积成反比，根据玻意耳定律有：PaVa=PbV

6、b由3到C是等压变化,根据盖一吕萨克定律得：元=式 解得：Tc=由A到C是等容变化，根据查理定律得：解得：pc=卓.答案：（1食（2琮.2. （p-T图象）如下图，一汽缸固定在水平地面上，用重力不计的活塞封闭着一定质量 的气体.汽缸不漏气，活塞移动过程中与汽缸内壁无摩擦.初始时，外界大气压强为 P。，活塞紧压小挡板.现缓慢升高汽缸内气体的温度，那么以下图中能反映汽缸内气体的压强 P随热力学温度7变化的图象是（）p。p。0解析：选B.当缓慢升高汽缸内气体温度时，开始一段时间气体发生等容变化，根据 查理定律可知，缸内气体的压强p与汽缸内气体的热力学温度T成正比，在图象中， 图线是过原点的倾斜直线；

7、当活塞开始离开小挡板时，缸内气体的压强等于外界的大气压, 气体发生等压膨胀，在pT图象中，图线是平行于T轴的直线，B正确.3. （2020河南重点中学联考）（p-V图象）在盛有冰水混合物的水槽中竖直地浸有一足够高 的导热汽缸，不计质量的活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞的横截面积5=4X10-3 m2, 如图甲所示.现缓慢地在活塞上倒上一定量的细沙，活塞静止时气体的体积恰好变为原来 的一半，然后将汽缸移出水槽，缓慢加热至某一温度，活塞刚好上升到最初的位置.整个 过程中汽缸内气体的状态变化如图乙所示（箭头表示状态变化的方向）.大气压强po =1.0X105 Pa, g 10 m/s2 ，不计活塞

8、与缸壁的摩擦.求：甲所加细沙的质量；（2）气体最后的温度.解析：（1）倒上细沙，压强增加为2X105 pa根据平衡条件得mg=（p2pi）S解得m=解得m=1X105*4X10-310kg=40 kg.移出水槽，气体等压变化初状态：Ti = 273 K, Vi = lX10-3 m3末状态：V2=2X10-3 m3根据盖一吕萨克定律如弗解得乃=546 K 或 f2=273 .答案：40 kg 546 K或273 4.（2020山东济宁模拟）（图象的转换）如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V-T图象.气体在状态A时的压强是1.5义105 pa.(1)说出A-3过程中压强变化的情

9、形，并根据图象提供的信息，计算图甲中Ta的温度 值；(2)请在图乙坐标系中，作出该气体由状态A经过状态区变为状态。的pT图象，并在 图线相应位置上标出字母A、B. C.如果需要计算才能确定的有关坐标值，请写出计算过程.解析：(1)由图甲所示图象可知，A与B的连线的延长线过原点，所以A-是一个等 压变化过程，即 Pa=Pb= L5X105 Pa,由图示图象可知Va = 0.4 m3, Vb= Vc=0.6 m3,Tb=300 K, Tc=400 K,从A到B过程，由盖一吕萨克定律得黑=黑iA IB代入数据得2= 200 K.(2)由图甲所示图象可知，从B到。为等容过程，由(1)知p8=L5X10

10、5pa, tb=300 K, Tc=400 K,0505 21100505 2110p/(xlO5Pa)=OTC0 1 2 3 4 77(x102 K)由查理定律嗡啜，解得pc=2X105pa,气体状态变化图象如下图.答案：(1)压强不变200 K (2)见解析考点四 变质置的气体问题多维探究分析变质量问题时，可以通过巧妙地选择合适的研究对象，使变质量问题转化为定质 量的气体问题，然后利用气体实验定律或理想气体状态方程求解.如以下常见问题.第1维度：充气问题在充气时，将充进容器内的气体和容器内的全部气体为研究对象时，这些气体的质量 是不变的.这样，可将变质量的问题转化成定质量问题.某自行车轮胎

11、的容积为V,里面已有压强为po的空气，现在要使轮胎内的气压增大到P，设充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，轮胎容积保持不变，那么还要向轮胎充入温度相同、压强也是P0、体积为的空气.（填选项前的字母）A. 4 P。虑-山解析：选C.设需再充入体积为匕的空气.我们把轮胎里体积为V的空气和外面体积 为 匕的空气当作一定质量的气体，充气过程为等温过程，有外（V+匕）=0匕 得到Vx=第2维度：抽气问题在用抽气筒对容器抽气的过程中，对每一次抽气而言，气体质量发生变化，解决该类 变质量问题的方法与充气问题类似：假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中, 即用等效法把变质量问题转化为定质量的问题.

12、回 用容积为AV的活塞式抽气机对容积为的容器中的气体抽气，如下图.设容器中原来的气体压强为po,抽气过程中气体温度不变.求抽气机的活塞抽气次后，容 器中剩余气体的压强P 为多少？解析：活塞上提，阀门b关闭，。翻开，容器中气体进入抽气机汽缸中，容器中气体压 强仍为pi.当活塞下压时，阀门。关闭，力翻开，抽气机汽缸中AV体积的气体排出，容器中 气体压强仍为pi.活塞第二次上提（即抽第二次气），容器中气体压强降为P2.根据玻意耳定律, 对于第一次抽气，有poVo=pi（Vo+AV）对于第二次抽气，有piVo=P2（Vo+AV）解得 p2=6%Jp。以此类推，第次抽气后容器中气体压强降为答案:答案:M

13、o第3维度：分装问题将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是变质量问题，分析这类问题时, 可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体作为一个整体来进行研究，即可将变质量问 题转化为定质量问题.EE）某容积为20 L的氧气瓶装有30 atm的氧气，现把氧气分装到容积为5 L的小 钢瓶中，使每个小钢瓶中氧气的压强为5 atm,假设每个小钢瓶中原有氧气压强为1 atm,问能分装多少瓶？（设分装过程中无漏气，且温度不变）解析：设最多能分装个小钢瓶，并选取氧气瓶中的氧气和个小钢瓶中的氧气整体 为研究对象.因为分装过程中温度不变，故遵循玻意耳定律.分装前整体的状态：pi=30 atm, Vi=20

14、L; p2=latm,匕=5 L 分装后整体的状态：pf=5 atm, Vi=20 L; p2=5 atm,匕=5 L根据玻意耳定律，有P1V1+P2V2=PV1+P2M代入数据解得=25（瓶）.答案：25瓶第4维度：漏气问题容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，属于变质量问题，如果选容器内剩余气体 为研究对象，便可使问题变成定质量的气体状态变化问题.如下图，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，内有两个质量均为根的相同活塞A和&在A与3之间、8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.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

15、强为P0.现假设活塞5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.A，/,B /,解析：A与B之间、B与容器底面之间的气体压强分别为pz,在漏气前,对A分析有pi=po+等,对3有P2=P1+管b最终与容器底面接触后，A、3间的压强为p,气体体积为 那么有P=po+等因为温度始终不变，对于两局部气体有piV+p2V=pV，一2V设活塞3厚度为d,漏气前A距离底面的高度为%=k+d 漏气后A距离底面的高度为=+d以上各式联立化简得AA=mg V poS+mg S答案:mg V pS+mg S2. 一定质量的某种理想气体状态方程牛=喈或牛=。（常量）.S深化悝解 SHENHUAL

16、IJIE1 .气体的压强是由气体分子频繁撞击器壁产生的，其大小由分子平均动能和单位体积内的分子数共同决定.2 .气体的压强可通过分析与气体接触的液柱或活塞的受力，利用平衡条件或牛顿第二 定律列式求解.3 .气体实验定律和理想气体状态方程的适用条件为一定质量的理想气体.咻 68 达蒯KEQIANDABIAO1.（人教版选修3-3 P25 T1改编）对一定质量的气体来说，以下几点能做到的是（）A.保持压强和体积不变而改变它的温度B.保持压强不变，同时升高温度并减小体积C.保持温度不变，同时增加体积并减小压强D.保持体积不变，同时增加压强并降低温度解析：选C.根据理想气体状态方程华=C逐一分析，只有

17、C正确.2.（多项选择）对于一定量的稀薄气体，以下说法正确的选项是（）A.压强变大时，分子热运动必然变得剧烈B.保持压强不变时，分子热运动可能变得剧烈C.压强变大时，分子间的平均距离必然变小D.压强变小时，分子间的平均距离可能变小解析：选BD.根据理想气体的状态方程半=C,当压强变大时，气体的温度不一定变 大，分子热运动也不一定变得剧烈，选项A错误；当压强不变时，气体的温度可能变大， 分子热运动也可能变得剧烈，选项B正确；当压强变大时，气体的体积不一定变小，分子 间的平均距离也不一定变小，选项C错误；当压强变小时，气体的体积可能变小，分子间 的平均距离也可能变小，选项D正确.3.如图为一定质量理想气体的压强p与体积V的关系图象，它由状态A经等容过程到 状态3,再经等压过程到状态C设A、B、C状态对应的温度分别为北、Tb、Tc，那么以下 关系式中正确的选项是（）P1A ，0A. TaTb9 TbTcB. TaTb9 TbTb, Tb=TcC. TaTb9 TbTc解析：选C.由题中图象可知，气体由A到3过程为等容变化，由查理定律得胃=祟,PAPB,故TaTb；由B到。过程为等压变化，由盖一吕萨克定律得记=U，VbTx