高中物理 第2章 氣體 3 氣體實驗定律教師用書 教科版選修3-3

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3氣體實驗定律學 習 目 標知 識 脈 絡1.知道氣體的三個狀態(tài)參量.2.掌握控制變量法探究氣體實驗定律(重點)3.掌握三個氣體實驗定律(重點)4.會用氣體實驗定律計算有關問題(重點、難點)氣體的狀態(tài)參量1研究氣體的性質，用壓強、體積、溫度等物理量描述氣體的狀態(tài)描述氣體狀態(tài)的這幾個物理量叫做氣體的狀態(tài)參量2氣體的體積是指氣體占有空間的大小，就是貯放氣體的容器的容積在國際單位制中，體積的單位是立方米，符號是m3.常用單位間的換算關系：1 L103 m3,1 mL106 m3.3溫度是氣體分子平均動能的標志，熱力學溫度，亦稱絕對溫度，用符號T表示，單位是開爾文，符號是K.兩種溫度間的關系是Tt273.4氣體的壓強是大量氣體分子對器壁撞擊的宏觀表現(xiàn)，用符號p表示在國際單位制中，單位是帕斯卡，符號是Pa.1氣體體積就是所有氣體分子體積的總和()2溫度越高，所有的分子運動越快()3一個物體的溫度由10 升高到20 ，與它從288 K升高到298 K所升高的溫度是相同的()攝氏溫度的1 與熱力學溫度的1 K大小相同嗎？【提示】熱力學溫度與攝氏溫度零點選擇不同，但它們的分度方法，即每一度的大小是相同的1溫度的含義：溫度表示物體的冷熱程度，這樣的定義帶有主觀性，因為冷熱是由人體的感覺器官比較得到的，往往是不準確的2溫標(1)常見的溫標有攝氏溫標、華氏溫標、熱力學溫標(2)比較攝氏溫標和熱力學溫標.攝氏溫標熱力學溫標提出者攝爾修斯和施勒默爾英國物理學家開爾文零度的規(guī)定一個標準大氣壓下冰水混合物的溫度273.15 溫度名稱攝氏溫度熱力學溫度溫度符號tT單位名稱攝氏度開爾文單位符號K關系Tt273.15，粗略表示：Tt2731(2016西安高二檢測)關于熱力學溫度下列說法中正確的是()A33 240 KB溫度變化1 ，也就是溫度變化1 KC攝氏溫度與熱力學溫度都可能取負值D溫度由t 升至2t ，對應的熱力學溫度升高了273 KtE136 比136 K溫度高【解析】T273t，由此可知：33 240 K，A正確，同時B正確；D中初態(tài)熱力學溫度為273t，末態(tài)為2732t溫度變化t K，故D錯；對于攝氏溫度可取負值的范圍為0到273 ，因絕對零度達不到，故熱力學溫度不可能取負值，故C錯；根據(jù)Tt273，可知136 137 K，E正確【答案】ABE2下列關于熱力學溫度的說法中，正確的是()A熱力學溫度的零值等于273.15 B熱力學溫度變化1 K和攝氏溫度變化1 ，變化量的大小是相等的C絕對零度是低溫的極限，永遠達不到D1 就是1 KE升高1 就是升高274.15 K【解析】根據(jù)熱力學溫標零值的規(guī)定可知A正確；熱力學溫度變化1 K和攝氏溫度變化1 的變化量大小是相等的，但1 不是1 K，B正確，D、E錯誤；絕對零度是低溫的極限，只能無限接近而永遠不可能達到，C正確【答案】ABC3如果物體的溫度從27 升高到127 ，用熱力學溫度表示，以下說法不正確的是()【導學號：74320029】A物體的溫度升高了400 KB物體的溫度升高了100 KC物體的溫度升高到400 KD物體的溫度升高到373 KE物體的溫度升高到273 K【解析】由Tt273知27 時對應的熱力學溫度為300 K,127 時對應的熱力學溫度為400 K，所以升高了100 K，B和C正確，A、D、E錯誤【答案】ADE1熱力學溫度與攝氏溫度的關系是Tt273.15，因此對于同一溫度來說，用不同的溫標表示，數(shù)值不同，這是因為零值選取不同2在熱力學溫標與攝氏溫標中，熱力學溫度升高(或降低)1 K，則攝氏溫度也升高(或降低)1 .玻意耳定律1等溫變化：一定質量的氣體，如果在狀態(tài)變化時其溫度保持不變，這種變化稱為等溫變化2玻意耳定律(1)內(nèi)容：一定質量的某種氣體，在溫度保持不變的情況下，壓強p和體積V成反比(2)公式：pV常量或p1V1p2V2.(3)適用條件氣體質量不變、溫度不變氣體壓強不太大、溫度不太低1在探究氣體壓強、體積、溫度三個狀態(tài)參量之間關系時采用控制變量法()2玻意耳定律的成立條件是一定質量的氣體，溫度保持不變()3玻意耳定律的公式是p1V1p2V2.()在探究氣體等溫變化規(guī)律的實驗時，在改變封閉氣體的體積時，為什么要緩慢進行？【提示】該實驗的條件是氣體的質量一定，溫度不變，體積變化時封閉氣體自身的溫度會發(fā)生變化，為保證溫度不變，應給封閉氣體以足夠的時間進行熱交換，以保證氣體的溫度不變1玻意耳定律p1V1p2V2是實驗定律，只有在氣體質量一定、溫度不變的條件下才成立2玻意耳定律的數(shù)學表達式pVC中的常量C不是一個普適恒量，它與氣體的種類、質量、溫度有關，對一定質量的氣體，溫度越高，該恒量C越大3應用玻意耳定律的思路和方法(1)確定研究對象，并判斷是否滿足玻意耳定律成立的條件(2)確定始末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1、V1、p2、V2)(3)根據(jù)玻意耳定律列方程p1V1p2V2，代入數(shù)值求解(注意各狀態(tài)參量要統(tǒng)一單位)(4)注意分析題目中的隱含條件，必要時還應由力學或幾何知識列出輔助方程(5)有時要檢驗結果是否符合實際，對不符合實際的結果要刪去4一定質量的氣體，在做等溫變化的過程中，下列物理量發(fā)生變化的有()A氣體的體積B單位體積內(nèi)的分子數(shù)C氣體的壓強D分子總數(shù) E氣體分子的平均動能【解析】等溫過程中，p、V發(fā)生相應變化，單位體積內(nèi)的分子數(shù)也隨之發(fā)生相應變化溫度不變，分子的平均動能不變，故選A、B、C.【答案】ABC5.如圖231所示，一汽缸水平固定在靜止的小車上，一質量為m、面積為S的活塞將一定量的氣體封閉在汽缸內(nèi)，平衡時活塞與汽缸底相距L.現(xiàn)讓小車以一較小的水平恒定加速度向右運動，穩(wěn)定時發(fā)現(xiàn)活塞相對于汽缸移動了距離d.已知大氣壓強為p0，不計汽缸和活塞間的摩擦，且小車運動時，大氣對活塞的壓強仍可視為p0，整個過程中溫度保持不變，求小車加速度的大小圖231【解析】選汽缸內(nèi)被封閉的氣體為研究對象小車靜止時為狀態(tài)1，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，氣體的壓強p1p0，氣體的體積V1SL設小車加速度為a時為狀態(tài)2，由牛頓第二定律得p2Sp0Sma氣體的壓強p2p0，氣體的體積V2S(Ld)由玻意耳定律得p1V1p2V2聯(lián)立各式得a.【答案】解題時的注意事項(1)壓強的確定方面：應用玻意耳定律解題時，確定氣體的壓強是解題的關鍵，無論是液柱、活塞、汽缸，還是封閉在液面下的氣柱，都不要忘記大氣壓強產(chǎn)生的影響(2)統(tǒng)一單位方面：列方程時，由于等式兩邊是對應的，因此各物理量的單位可以不是國際單位，但等式兩邊必須統(tǒng)一例如，體積可以都用升，壓強可以都用大氣壓查理定律1等容變化一定質量的氣體，在體積不變時，壓強和溫度的關系2查理定律(1)內(nèi)容：一定質量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強p與熱力學溫度T成正比(2)公式：常量或或.(3)適用條件氣體的質量一定，氣體的體積不變氣體壓強不太大、溫度不太低1在質量和體積不變的情況下，氣體的壓強與攝氏溫度成正比()2在體積不變的條件下，壓強與熱力學溫度成正比()3氣體在做等容變化時，溫度升高1 ，增大的壓強是原來壓強的.()某登山運動員在一次攀登珠穆朗瑪峰的過程中，在接近山頂時他裸露在手腕上的防水手表的表盤玻璃突然爆裂了，而手表沒有受到任何撞擊，你知道其中的原因嗎？【提示】手表表殼可以看成一個密閉容器，出廠時封閉著一定質量的氣體，登山過程中氣體發(fā)生等容變化，因為高山山頂附近的溫度低很多，壓強比山腳處小很多，內(nèi)外壓力差超過表盤玻璃的承受限度，便會發(fā)生爆裂1查理定律的適用條件：壓強不太大，溫度不太低的情況當溫度較低，壓強較大時，氣體會液化，定律不再適用2公式變式由得或pp1，TT1.6一定質量的氣體在體積不變時，下列有關氣體的狀態(tài)變化的說法正確的是()【導學號：74320030】A溫度每升高1 ，壓強的增量是原來壓強的B溫度每升高1 ，壓強的增量是0 時壓強的C氣體的壓強和熱力學溫度成正比D氣體的壓強和攝氏溫度成正比E壓強的變化量與熱力學溫度的變化量成正比【解析】根據(jù)查理定律：pCT，知C正確；將T(273t)K代入得：pC(273t)，升高1 時的壓強為p1C(274t)，所以pC，B正確；由可知E正確【答案】BCE7用易拉罐盛裝碳酸飲料非常衛(wèi)生和方便，但如果劇烈碰撞或嚴重受熱會導致爆炸我們通常用的可樂易拉罐容積V335 mL.假設在室溫(17 )下罐內(nèi)裝有0.9V的飲料，剩余空間充滿CO2氣體，氣體壓強為1 atm.若易拉罐能承受的最大壓強為1.2 atm，則保存溫度不能超過多少？【解析】本題為一定質量的氣體發(fā)生等容變化，取CO2氣體為研究對象初態(tài)：p11 atm，T1(27317)K290 K，末態(tài)：p21.2 atm，T2待求由查理定律得T2 K348 K.t(348273) 75 .【答案】75 利用查理定律解題的一般步驟(1)明確研究對象，并判斷是否滿足其適用條件(2)確定始末狀態(tài)參量(p1、T1，p2、T2)(3)根據(jù)查理定律列方程求解(注意p1和p2、T1和T2統(tǒng)一單位)蓋呂薩克定律1等壓變化一定質量的氣體，在壓強不變的情況下，體積和溫度的關系2蓋呂薩克定律(1)內(nèi)容：一定質量的某種氣體，在壓強不變的情況下，其體積V與熱力學溫度T成正比(2)公式：常量或或.(3)適用條件氣體質量一定，氣體壓強不變氣體壓強不太大、溫度不太低1一定質量的氣體，若壓強保持不變，則體積與熱力學溫度成正比()2一定質量的氣體，若壓強和體積保持不變，溫度可能會發(fā)生變化()3一定質量的氣體，若體積變大，則溫度一定升高()一定質量的某種氣體，溫度降得足夠低時其狀態(tài)是否發(fā)生變化？等壓變化是否還遵守蓋呂薩克定律？【提示】當溫度降得比較低時，氣體就會變成液體，甚至變成固體，此時將不再遵守蓋呂薩克定律1蓋呂薩克定律的適用范圍：壓強不太大，溫度不太低原因同查理定律2公式變式由得，所以VV1，TT1.8對于一定質量的氣體，在壓強不變時，體積增大到原來的兩倍，則正確說法是()【導學號：74320031】A氣體的攝氏溫度升高到原來的兩倍B氣體的熱力學溫度升高到原來的兩倍C溫度每升高1 K體積增加是原來的D體積的變化量與溫度的變化量成正比E氣體的體積與熱力學溫度成正比【解析】由蓋呂薩克定律可知A錯誤，B正確；溫度每升高1 即1 K，體積增加是0 體積的，C錯誤；由蓋呂薩克定律的變形式可知D正確；答案BDE.【答案】BDE9如圖232所示，一圓柱形容器豎直放置，通過活塞封閉著攝氏溫度為t的理想氣體活塞的質量為m，橫截面積為S，與容器底部相距h.現(xiàn)通過電熱絲給氣體加熱一段時間，結果活塞緩慢上升了h，已知大氣壓強為p0，重力加速度為g，不計器壁向外散失的熱量及活塞與器壁間的摩擦，求：圖232(1)氣體的壓強；(2)這段時間內(nèi)氣體的溫度升高了多少？【解析】(1)以活塞為研究對象，受力分析得：pSp0Smg解得氣體的壓強為pp0.(2)以被封閉氣體為研究對象，氣體經(jīng)歷等壓變化，初狀態(tài)：V1hST1273t末狀態(tài)：V22hST2273t由蓋呂薩克定律得：解得：t2732tttt273t.【答案】(1)p0(2)273t蓋呂薩克定律解題的一般步驟(1)明確研究對象，并判斷是否滿足適用條件(2)確定始末狀態(tài)參量(V1、T1，V2、T2)(3)根據(jù)蓋呂薩克定律列方程求解(注意V1和V2，T1和T2統(tǒng)一單位)