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2.3 气体的等压和等容变化
人教版（2019）普通高中物理选择性必修第三册同步教学课件
第二章. 气体、固体和液体
问题
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，这说明了什么？
知识点一：气体的等压变化
1．气体的等压变化：
一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度变化的过程。
实验表明，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。
知识点一：气体的等压变化
2．盖—吕萨克定律
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。
(1)内容：
(2)表达式：
(3)图像:等压曲线
p1V＝CT(其中C是常量)，或 或 。
同一条直线上压强相同
p1
T
O
V
p2
t
O
V
-273.15
知识点一：气体的等压变化
③压强越大，斜率越小。如图2：p1>p2>p3>p4。
（4）对等压线的理解
V t图像中的等压线
①延长线通过(－273.15 ℃，0)的倾斜直线。
②纵轴截距V0是气体在0 ℃时的体积。
V T图像中的等压线
①延长线通过原点的倾斜直线。
②压强越大，斜率越小。如图3：p1>p2>p3>p4。
(5)适用条件：
①气体的质量不变
②气体的压强不变
知识点二：气体的等容变化
一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度变化的过程。
1．气体的等容变化：
读数次数 1 2 3 4 5
压强/KPa 101.7 103.5 105.6 109.1 111.3
温度/0C 11.7 18.81 25.64 36.05 43.39
知识点二：气体的等容变化
2．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：
p＝CT(C是常量)，或 或 。
(3)图像: 等压线
V1 V2
<
t
O
p
-273.15
V1
T
O
p
V2
知识点二：气体的等容变化
气体实验定律
玻意耳定律
查理定律
盖-吕萨克定律
压强不太大(相对大气压)，温度不太低(相对室温)
这些定律的适用范围：
p1V1=p2V2
知识点三：理想气体
前面学习的等温、等压和等容三个气体实验定律都是在压强不太大（相对大气压）、温度不太低（相对室温）的条件下总结出来的。当压强很大、温度很低时，由上述规律计算的结果与实际测量结果有很大的差别。例如，有一定质量的氦气，压强与大气压相等，体积为 1 m3，温度为0℃。在温度不变的条件下，如果压强增大到大气压的 500 倍，按气体的等温变化规律计算，体积应该缩小至 但是实验结果是 。但是，在通常的温度和压强下，很多实际气体，特别是那些不容易液化的气体，如氢气、氧气、氮气、氦气等，其性质与实验定律的结论符合得很好。
知识点三：理想气体
我们设想有一种气体 ：这种气体分子大小和相互作用力可以忽略不计，也可以不计气体分子与器壁碰撞的动能损失。这样的气体在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律，我们把它叫作理想气体。
1.理想气体
2.理想气体状态方程
研究结果表明，一定质量的某种理想气体，在从某一状态变化到另一状态时，尽管其压强 p、体积V 和温度T 都可能改变，但是压强 p 跟体积 V 的乘积与热力学温度T的比值却保持不变。也就是说式中C是与压强 p、体积V、温度 T 无关的常量，它与气体的质量、种类有关。
此式叫作理想气体的状态方程。
知识点四：气体实验定律的微观解释
玻意耳定律的微观解释：
T不变
分子平均动能不变，平均每个分子对器壁的撞击力不变
V减小
分子密集程度增大
单位时间内撞击容器单位面积的分子数增多
气体压强增大
知识点四：气体实验定律的微观解释
查理定律(等容变化)的微观解释：
分子的密集程度不变
温度升高
分子的平均动能增加
一定质量的气体,体积不变
压强越大
知识点四：气体实验定律的微观解释
盖-吕萨克定律(等压变化)的微观解释：
分子的平均动能增大
体积增大
压强有减小的趋势
一定质量的气体,温度升高
保持压强不变
一、气体等压变化
二、气体等容变化
三、理想气体状态方程
1、三个实验定律是理想气体状态方程的特例
2、适用条件
3、应用步骤
考点一：等容变化
[例1] 如图7所示，两端封闭、粗细均匀、水平放置的玻璃管内，有一长为h的水银柱，将管内气体分为两部分，已知l2＝2l1。若使两部分气体同时升高相同的温度，管内水银柱将如何运动？(设原来温度相同)
l1
l2
h
=
将管竖直放置呢？
考点一：等容变化
变式1：(多选)如图所示，四支两端封闭、粗细均匀的玻璃管内的空气被一段水银柱隔开，按图中标明的条件，当玻璃管水平放置时，水银柱处于静止状态。如果管内两端的空气都升高相同的温度，则水银柱向左移动的是(　　)
CD
考点二：等压变化
例2、如图所示，某同学用封有气体的玻璃管来测绝对零度，当容器中水温是30 ℃时，空气柱的长度为30 cm，当水温是90 ℃时，空气柱的长度是36 cm，则该同学测得的绝对零度相当于(　　)
A.－273 ℃ B.－270 ℃ C.－268 ℃ D.－271 ℃
　设绝对零度相当于T0，由盖—吕萨克定律得
解析
解得T0＝－270 ℃，故B正确。
即
B
考点二：等压变化
【例题2】一容器中装有某种气体，且容器上有一个小口与外界大气相通，原来容器内的温度为27℃，若把它加热到127℃，从容器中溢出的空气质量是原来质量的多少倍呢？
解析：
初态 T1=300K V1=V P1=P
分析：容器上有一个小口与外界大气相通，即气体的压强始终等于外界大气压，气体状态变化可以看作是等压变化。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 T2=400K V2=？ P2=P
由盖-吕萨克定律 :
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压变化规律求解。气体状态变化如图所示。
法一：
考点二：等压变化
解析：
以后来容器中的气体为研究对象。气体状态变化如图所示。
法二：
【例题2】一容器中装有某种气体，且容器上有一个小口与外界大气相通，原来容器内的温度为27℃，若把它加热到127℃，从容器中溢出的空气质量是原来质量的多少倍呢？
初态 T1=400K V1=V P1=P
末态 T2=300K V2=？ P2=P
由盖-吕萨克定律 :
考点三：理想气体
例3.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
C
考点三：理想气体
变式3、如图所示，一定质量的空气被水银封闭在静置于竖直平面的U形玻璃管内，右管上端开口且足够长，右管内水银面比左管内水银面高h，下列能使h变大的是(　　 )
A.环境温度升高 B.大气压强升高
C.沿管壁向右管内加水银 D.U形玻璃管自由下落
ACD
解析
　 对左管被封气体：p＝p0＋ph，由 (常数)，可知当温度T升高，大气压p0不变时，h变大，故A正确；大气压升高，h变小，B错；向右管加水银时，由温度T不变，p0不变，V变小，p增大，即h变大，C正确；U形玻璃管自由下落，水银完全失重，气体体积增加，h变大，D正确。　
考点四：气体实验定律的微观解释
例4.下列说法正确的是(　　)
A.一定质量的气体，保持温度不变，压强随体积减小而增大的微观原因是每个分子撞击器壁的作用力增大
B.一定质量的气体，保持温度不变，压强随体积增大而减少的微观原因是单位体积内的分子数减少
C.一定质量的气体，保持体积不变，压强随温度升高而增大的微观原因是每个分子动能都增大
D.一定质量的气体，保持体积不变，压强随温度升高而增大的微观原因是分子的密度增大
B
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