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3　气体的等压变化和等容变化
第1课时　气体的等压变化和等容变化
素养·目标定位
目标素养
1.知道什么是等压变化,理解盖-吕萨克定律的内容和公式
2.掌握等压变化的V-T图线、物理意义
3.知道什么是等容变化,理解查理定律的内容和公式
4.掌握等容变化的p-T图线、物理意义
5.知道什么是理想气体并知道理想气体的特点
6.知道用分子动理论对气体实验定律的微观解释
知识概览
课前·基础认知
一、气体的等压变化
1.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叫作气体的等压变化。
2.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,其体积V与热力学温度T成　正比　。
(3)图像表示。
(4)适用条件。
①气体质量不变、压强不变。
②气体温度不太低、压强不太大。
微思考 V-T图像的斜率能否反映气体压强的大小
提示:能。斜率越大,表示压强越小。
二、 气体的等容变化
1.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叫作气体的等容变化。
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　。
(3)图像表示。
微探究 在炎热的夏天,打足气的自行车轮胎在日光的暴晒下有时会胀破。忽略轮胎体积变化,试探究轮胎胀破的原因。
提示:自行车轮胎容积一定,日光暴晒时,轮胎里的空气温度升高明显,气体压强增大,当气体压强增大到超过轮胎承受的限度时,轮胎就会被胀破。
课堂·重难突破
一 等压变化和盖-吕萨克定律
问题探究
(1)双手焐瓶体时,瓶内气体的温度如何变化
(2)封闭气体的红色液柱上升,说明气体的体积如何变化
(3)瓶内封闭气体的压强变化了吗
提示:(1)温度升高。(2)体积增大。(3)没有。
归纳总结
1.对盖-吕萨克定律的理解。
2.应用盖-吕萨克定律解题的一般步骤。
(1)确定研究对象,即被封闭的一定质量的气体。
(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。
(5)求解结果并分析、检验。
典型例题
【例1】 两位同学为了测量一个内部不规则容器的容积,设计了一个实验,在容器上插入一根两端开口的玻璃管,接口用蜡密封,如图所示。玻璃管内部横截面积S=0.2 cm2,管内一静止水银柱封闭着长为l1=5 cm的空气柱,水银柱长为l=4 cm,此时外界温度为T1=27 ℃,现把容器浸入温度为T2=47 ℃的热水中,水银柱静止时,下方的空气柱长度变为l2=8.7 cm,实验时大气压强的大小相当于76 cm水银柱产生的压强的大小。
根据以上数据可以估算出容器的容积约为(　　)
A.5 cm3 B.7 cm3
C.10 cm3 D.12 cm3
思路引领:一定质量的某种气体发生等压变化时,
答案:C
二 等容变化和查理定律
问题探究
我国民间常用“拔火罐”来治疗某些
疾病,即先加热罐中气体,然后迅速将
火罐开口端紧压在人体的皮肤上,待
火罐冷却后,火罐就被紧紧地“吸”在
皮肤上。你知道其中的道理吗
提示:火罐内的气体体积一定,冷却后气体的温度降低,压强减小,故在大气压力的作用下火罐被“吸”在皮肤上。
归纳总结
1.对查理定律的理解。
研究对象 一定质量的某种气体,而且体积保持不变
适用条件 压强不太大、温度不太低的情况
恒量C 在 =C中,C与气体的种类、质量、体积有关
比例关系 一定质量的某种气体在等容变化过程中,压强p跟热力学温度T成正比,但是p不与摄氏温度t成正比,压强的变化Δp与摄氏温度的变化Δt成正比
2.应用查理定律解题的一般步骤。
(1)确定研究对象,即被封闭的一定质量的气体。
(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。
(5)求解结果并分析、检验。
典型例题
【例2】 如图所示,A、B两容器容积相等,用粗细均匀的细玻璃管连接,两容器内装有不同气体,细管中央有一段水银柱,在两边气体作用下保持平衡时,A中气体的温度为273 K,B中气体的温度为293 K,如果将它们的温度都升高10 K,则水银柱将
(　　)
A.向A移动
B.向B移动
C.不动
D.不能确定
答案:B
解析:假定水银柱两边气体的体积不变,即VA、VB不变,
所装气体温度分别为TA=273 K和TB=293 K,
当温度升高ΔT=10 K时,
因为pB=pA,TB>TA,所以ΔpA>ΔpB,即A容器内压强增加得更多,所以最终A容器内的压强大于B容器内的压强,水银柱将向B移动,选项B正确。
三 p-T图像与V-T图像
问题探究
1.对于一定质量的气体,不同等压线的斜率不同,其压强关系是怎样的
提示:斜率越大,压强越小。
2.对于一定质量的气体,不同等容线的斜率不同,其体积关系是怎样的
提示:斜率越大,体积越小。
归纳总结
1.p-T图像与V-T图像的比较。
不同
点 图像
纵坐标 压强p 体积V
斜率
意义 斜率越大,体积越小,
V4p4相同
点 (1)都是一条过原点的倾斜直线
(2)横坐标都是热力学温度T
(3)都是斜率越大,气体的另外一个状态参量越小
2.分析气体图像问题的注意事项。
(1)在根据图像判断气体的状态变化时,首先要确定横、纵坐标表示的物理量,其次根据图像的形状判断各物理量的变化规律。
(2)不是热力学温度的先转换为热力学温度。
(3)要将图像与实际情况相结合。
典型例题
【例3】 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图像,已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa。
(1)说出A→B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有关坐标值,请写出计算过程。
思维导引:根据图像判断气体的状态变化时,首先要确定横、纵坐标表示的物理量,其次根据图像的形状判断各物理量的变化规律。
答案:(1)压强不变　200 K　(2)见解析
四 气体实验定律的微观解释
问题探究
自行车的轮胎没气后会变瘪,用打气筒向里
打气,打进去的气越多,轮胎会越“硬”。你怎
样用分子动理论的观点来解释这种现象
(假设轮胎的容积和气体的温度不发生变化)
提示:轮胎的容积不发生变化,随着气体不断地打入,轮胎内气体分子的密集程度不断增大,温度不变意味着气体分子的平均动能没有发生变化,故气体压强不断增大,轮胎会越来越“硬”。
归纳总结
1.玻意耳定律的微观解释: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。
2.盖-吕萨克定律的微观解释: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。
3.查理定律的微观解释: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。
典型例题
【例4】 对于一定质量的某种理想气体,下列说法正确的是
(　　)
A.如果气体体积减小,气体分子在单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数一定增多
B.如果气体压强增大,气体分子在单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数可能增多
C.如果气体温度升高,气体分子在单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数一定增多
D.如果分子数密度增大,气体分子在单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数一定增多
B
解析:气体体积减小,单位体积内的分子数增多,分子数密度增大,但不明确温度的变化,即不知道分子的平均速率的变化,所以无法判断气体分子在单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数变化情况,选项A、D错误。气体分子在单位时间内对单位面积器壁碰撞次数是决定气体压强的微观因素之一,选项B正确。气体温度升高,分子平均速率增大,但体积变化未知,即分子的数密度未知,所以无法判断单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数变化情况,选项C错误。
成 果 验 收 站
2.如图所示,一端封闭的均匀玻璃管,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V1=2V2。现将玻璃管缓慢地均匀加热,下列说法正确的是(　　)
A.加热过程中,始终有V1'=2V2'
B.加热后V1'>2V2'
C.加热后V1'<2V2'
D.条件不足,无法判断
答案:A
4.某同学家一台新电冰箱能显示冷藏室内的温度,存放食物之前,该同学将打开的冰箱密封门关闭并给冰箱通电。若大气压为1.0×105 Pa,刚通电时显示温度为27 ℃,通电一段时间后显示温度为7 ℃,则此时密封的冷藏室中气体的压强是(　　)
A.0.26×105 Pa
B.0.93×105 Pa
C.1.07×105 Pa
D.3.86×105 Pa
答案:B
5.如图所示,一定质量的理想气体,从图示A状态开始,经历了B、C状态,最后到D状态,
下列判断不正确的是(　　)
A.A→B过程温度升高,压强不变
B.B→C过程体积不变,压强变小
C.B→C过程体积不变,压强不变
D.C→D过程体积变小,压强变大
答案:C
解析:由题图可知,一定质量的理想气体,A→B过程气体温度升高,气体的体积V与热力学温度T成正比,由理想气体状态方程 =C可知,该过程气体压强保持不变,选项A正确;B→C过程气体体积不变而温度降低,故气体压强减小,选项B正确,C错误;C→D过程气体温度不变而体积减小,故气体压强增大,选项D正确。
6.(2024·广东二模)如图,一定质量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b,在此过程中,其体积(　　)
A.逐渐增大 B.逐渐减小
C.始终不变 D.先增大后减小
答案:B

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