物理3-3人教版8.2《氣體的等容變化和等壓變化》課件5

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歡迎進入物理課堂 高中物理新人教版選修 系列課件 8 2 氣體的等容變化和等壓變化 第八章 氣體 教學目標 1 知識要求 1 知道什么是氣體的等容變化過程 2 掌握查理定律的內容 數(shù)學表達式 理解p t圖象的物理意義 3 知道查理定律的適用條件 4 會用分子動理論解釋查理定律 2 能力要求 通過演示實驗 培養(yǎng)學生的觀察能力 分析能力和實驗研究能力 3 方法要求 培養(yǎng)學生運用數(shù)學方法解決物理問題的能力 由圖象總結出查理定律 重點 難點分析1 查理定律的內容 數(shù)學表達式 圖象及適用條件是重點 2 氣體壓強和攝氏溫度不成正比 壓強增量和攝氏溫度成正比 氣體原來的壓強 氣體在零攝氏度的壓強 這些內容易混淆 教具1 引入新課的演示實驗 帶有橡皮塞的滴液瓶 加熱裝置 2 演示一定質量的氣體保持體積不變時 壓強與溫度的關系 查理定律演示器 水銀氣壓計 攪棒 食鹽和適量碎冰 溫度計 保溫套 容器 在物理學中 當需要研究三個物理量之間的關系時 往往采用 控制變量法 保持一個量不變 研究其它兩個量之間的關系 然后綜合起來得出所要研究的幾個量之間的關系 1 等容變化 當體積 V 保持不變時 壓強 p 和溫度 T 之間的關系 一 氣體的等容變化 一定質量 m 的氣體的總分子數(shù) N 是一定的 體積 V 保持不變時 其單位體積內的分子數(shù) n 也保持不變 當溫度 T 升高時 其分子運動的平均速率 v 也增大 則氣體壓強 p 也增大 反之當溫度 T 降低時 氣體壓強 p 也減小 2 查理定律 一定質量的氣體 在體積不變的情況下 溫度每升高 或降低 1 增加 或減少 的壓強等于它0 時壓強的1 273 或一定質量的某種氣體 在體積保持不變的情況下 壓強p與熱力學溫度T成正比 3 公式 4 查理定律的微觀解釋 一定質量的氣體 在壓強不變的情況下 溫度每升高 或降低 1 增加 或減少 的體積等于它0 時體積的1 273 二 氣體的等壓變化 1 等壓變化 當壓強 p 保持不變時 體積 V 和溫度 T 之間的關系 3 公式 或一定質量的某種氣體 在壓強p保持不變的情況下 體積V與熱力學溫度T成正比 2 蓋 呂薩克定律 一定質量的理想氣體的壓強 體積的乘積與熱力學溫度的比值是一個常數(shù) n為氣體的摩爾數(shù) R為普適氣體恒量 4 蓋 呂薩克定律的微觀解釋 一定質量 m 的理想氣體的總分子數(shù) N 是一定的 要保持壓強 p 不變 當溫度 T 升高時 全體分子運動的平均速率v會增加 那么單位體積內的分子數(shù) n 一定要減小 否則壓強不可能不變 因此氣體體積 V 一定增大 反之當溫度降低時 同理可推出氣體體積一定減小 三 氣態(tài)方程 1A 由查理定律可知 一定質量的理想氣體在體積不變時 它的壓強隨溫度變化關系如圖中實線表示 把這個結論進行合理外推 便可得出圖中t0 如果溫度能降低到t0 那么氣體的壓強將減小到Pa 273 0 15 一定質量的理想氣體在等容變化過程中測得 氣體在0 時的壓強為P0 10 時的壓強為P10 則氣體在21 時的壓強在下述各表達式中正確的是 A B C D AD A 兩次管中氣體壓強相等B T1時管中氣體壓強小于T2時管中氣體壓強C T1T2 5 如圖所示 A端封閉有氣體的U形玻璃管倒插入水銀槽中 當溫度為T1時 管中水銀面處在M處 溫度為T2時 管中水銀面處在N處 且M N位于同一高度 若大氣壓強不變 則 AD 12 對于一定質量的理想氣體 可能發(fā)生的過程是 A 壓強和溫度不變 體積變大B 溫度不變 壓強減少 體積減少C 體積不變 溫度升高 壓強增大 D 壓強增大 體積增大 溫度降低 C 17 如圖所示 導熱性能良好的氣缸開口向下 缸內用一活塞封閉一定質量的氣體 活塞在氣缸內可以自由滑動且不漏氣 其下方用細繩吊著一重物 系統(tǒng)處于平衡狀態(tài) 現(xiàn)將細繩剪斷 從剪斷細繩到系統(tǒng)達到新的平衡狀態(tài)的過程可視為一緩慢過程 在這一過程中氣缸內 A 氣體從外界吸熱B 單位體積的氣體分子數(shù)變大C 氣體分子平均速率變大D 單位時間單位面積器壁上受到氣體分子撞擊的次數(shù)減少 B 12 2 在圖所示的氣缸中封閉著溫度為100 的空氣 一重物用繩索經(jīng)滑輪與缸中活塞相連接 重物和活塞均處于平衡狀態(tài) 這時活塞離缸底的高度為10cm 如果缸內空氣變?yōu)? 問 重物是上升還是下降 這時重物將從原處移動多少厘米 設活塞與氣缸壁間無摩擦 氣體初態(tài)體積V1 10Scm3 溫度T1 373K 則重物上升高度 h 10 7 4 2 6cm 解 可得h 7 4cm 據(jù) 末態(tài)溫度T2 273K 體積設為V2 hScm3 h為活塞到缸底的距離 分析可知缸內氣體作等壓變化 設活塞截面積為Scm2 缸內氣體溫度降低 壓強減小 故活塞下移 重物上升 10 如圖所示 一豎直放置的氣缸由兩個截面積不同的圓柱構成 各有一個活塞且用細桿相連 上 下分別封有兩部分氣體A和B 兩活塞之間是真空 原來活塞恰好靜止 兩部分氣體的溫度相同 現(xiàn)在將兩部分氣體同時緩慢升高相同溫度 則 A 兩活塞將靜止不動 B 兩活塞將一起向上移動 C A氣體的壓強改變量比B氣體的壓強改變量大 D 無法比較兩部分氣體的壓強改變量的大小 BC 14 如圖所示 內壁光滑的絕熱氣缸豎直立于地面上 絕熱活塞將一定質量的氣體封閉在氣缸中 活塞靜止時處于A位置 現(xiàn)將一重物輕輕地放在活塞上 活塞最終靜止在B位置 若除分子之間相互碰撞以外的作用力可忽略不計 則活塞在B位置時與活塞在A位置時相比較 A 氣體的溫度可能相同B 氣體的內能可能相同C 單位體積內的氣體分子數(shù)不變D 單位時間內氣體分子撞擊單位面積氣缸壁的次數(shù)一定增多 D 13 如圖所示 兩端開口的彎管 左管插入水銀槽中 右管有一段高為h的水銀柱 中間封有一段空氣 則 A 彎管左管內外水銀面的高度差為h B 若把彎管向上移動少許 則管內氣體體積增大 C 若把彎管向下移動少許 右管內的水銀柱沿管壁上升 D 若環(huán)境溫度升高 右管內的水銀柱沿管壁上升 ACD 解見下頁 環(huán)境溫度升高 封閉氣體體積增大 則右管內的水銀柱沿管壁上升 D對 解析 封閉氣體的壓強等于大氣壓與水銀柱產(chǎn)生壓強之差 故左管內外水銀面高度差也為h A對 彎管上下移動 封閉氣體溫度和壓強不變 體積不變 B錯C對 21 10分 如圖 水平放置的汽缸內壁光滑 一個不導熱的活塞將汽缸內的氣體分為A B兩部分 兩部分氣體可以分別通過放在其中的電熱絲加熱 開始時 A氣體的體積是B的一半 A氣體的溫度是17 C B氣體的溫度是27 C 活塞靜止 現(xiàn)緩慢加熱汽缸內氣體 使A B兩部分氣體的溫度都升高10 C 在此過程中活塞向哪個方向移動 某同學是這樣解答的 先設法保持A B氣體的體積不變 由于兩部分氣體原來的壓強相等 溫度每升高1 C 壓強就增加原來的1 273 因此溫度都升高10 C 兩邊的壓強還相等 故活塞不移動 你認為該同學的思路是否正確 如果認為正確 請列出公式加以說明 如果認為不正確 請指出錯誤之處 并確定活塞的移動方向 解 該同學思路不正確 在體積不變的情況下 一定質量的理想氣體溫度每升高1 C 壓強就增加0 C時壓強的1 273 而現(xiàn)在A B的溫度不同而壓強相等 說明0 C時它們的壓強不相等 因此升高相同的溫度后 最后的壓強不等 設想先保持A B的體積不變 當溫度分別升高10 C時 對A有 同理 對B有 由于pA pB 所以pA pB 故活塞向右移動 20 如圖所示 氣缸內封閉有一定質量的理想氣體 當時溫度為0 大氣壓為1atm 設其值為105Pa 氣缸橫截面積為500cm2 活塞重為5000N 則 1 氣缸內氣體壓強為多少 2 如果開始時內部被封閉氣體的總體積為汽缸上部體積為 并且汽缸口有個卡環(huán)可以卡住活塞 使之只能在汽缸內運動 所有摩擦不計 現(xiàn)在使氣缸內的氣體加熱至273 求氣缸內氣體壓強又為多少 解 1 由受力平衡可知 2 缸內氣體先做等壓變化 活塞將運動到卡環(huán)處就不再運動 設此時溫度為T1 有 所以 接下來繼續(xù)升溫 氣缸內氣體將做等體積變化 設所求壓強為p2 故有 代入可得 19 10分 如圖所示 上端開口的光滑圓柱形氣缸豎直放置 截面積為40cm2的活塞將一定質量的氣體和一形狀不規(guī)則的固體A封閉在氣缸內 在氣缸內距缸底60cm處設有a b兩限制裝置 使活塞只能向上滑動 開始時活塞擱在a b上 缸內氣體的壓強為p0 p0 1 0 105Pa為大氣壓強 溫度為300K 現(xiàn)緩慢加熱汽缸內氣體 當溫度為330K 活塞恰好離開a b 當溫度為360K時 活塞上升了4cm 求 1 活塞的質量 2 物體A的體積 設物體A的體積為 V 氣體的狀態(tài)參量為 氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2為等容過程 代入數(shù)據(jù)得 代入數(shù)據(jù)得m 4kg 氣體從狀態(tài)2到狀態(tài)3為等壓過程 解 20 12分 一根兩端開口 粗細均勻的長直玻璃管橫截面積為S 2 10 3m2 豎直插入水面足夠寬廣的水中 管中有一個質量為m 0 4kg的密閉活塞 封閉一段長度為L0 66cm的氣體 氣體溫度T0 300K 如圖所示 開始時 活塞處于靜止狀態(tài) 不計活塞與管壁間的摩擦 外界大氣壓強P0 1 0 105Pa 水的密度 1 0 103kg m3 試問 1 開始時封閉氣體的壓強多大 2 現(xiàn)保持管內封閉氣體溫度不變 用豎直向上的力F緩慢地拉動活塞 當活塞上升到某一位置時停止移動 此時F 6 0N 則這時管內外水面高度差為多少 管內氣柱長度多大 3 再將活塞固定住 改變管內氣體的溫度 使管內外水面相平 此時氣體的溫度是多少 1 當活塞靜止時 2 當F 6 0N時 有 管內外液面的高度差 由玻意耳定律P1L1S P2L2S 解 空氣柱長度 3 P3 P0 1 0 105PaL3 68 10 78cmT2 T1 氣體溫度變?yōu)?由氣態(tài)方程 題目 12 2 本題供使用選修3 3教材的考生作答 如圖所示的圓柱形容器內用活塞密封一定質量的氣體 已知容器橫截面積為S 活塞重為G 大氣壓強為P0 若活塞固定 密封氣體溫度升高1 需吸收的熱量為Q1 若活塞不固定 且可無摩擦滑動 仍使密封氣體溫度升高1 需吸收的熱量為Q2 1 Q1和Q2哪個大些 氣體在定容下的比熱容與在定壓下的比熱容為什么會不同 2 求在活塞可自由滑動時 密封氣體溫度升高1 活塞上升的高度h 設密閉氣體溫度升高1 內能的增量為 U 則有 U Q1 U Q2 W 對活塞用動能定理得 W內 W大氣 Gh 0 W大氣 P0Sh W W內 解 得 Q2 U P0S G h Q1 Q2 解 由此可見 質量相等的同種氣體 在定容和定壓兩種不同情況下 盡管溫度變化相同 但吸收的熱量不同 所以同種氣體在定容下的熱比容與在定壓下的熱比容不同 解 兩式 U Q1 Q2 U P0S G h 得 題目 20A 10分 汽車行駛時輪胎的胎壓太高容易造成爆胎事故 太低又會造成耗油量上升 已知某型號輪胎能在 40 C 90 C正常工作 為使輪胎在此溫度范圍內工作時的最高胎壓不超過3 5atm 最低胎壓不低于1 6atm 那么 在t 20 C時給該輪胎充氣 充氣后的胎壓在什么范圍內比較合適 設輪胎的體積不變 更多課件 全套09屆課件集 143個課件 聯(lián)系龐老師 解 由于輪胎容積不變 輪胎內氣體做等容變化 設在T0 293K充氣后的最小胎壓為Pmin 最大胎壓為Pmax 依題意 當T1 233K時胎壓為P1 1 6atm 根據(jù)查理定律 即 解得 Pmin 2 01atm 當T2 363K是胎壓為P2 3 5atm 根據(jù)查理定律 即 解得 Pmax 2 83atm 5 溫度計是生活 生產(chǎn)中常用的測溫裝置 右圖為一個簡單溫度計 一根裝有一小段有色水柱的細玻璃管穿過橡皮塞插入燒瓶內 封閉一定質量的氣體 當外界溫度發(fā)生變化時 水柱位置將上下變化 已知A D間的測量范圍為20 80 A D間刻度均勻分布 由圖可知 A D及有色水柱下端所示的溫度分別是 A 20 80 64 B 20 80 68 C 80 20 32 D 80 20 34 C 解見下頁 解 溫度升高 容器內氣體的體積增大 A點溫度高 可見A D點溫度分別為80 20 設D點下容器的體積為V0 一小格玻璃管的體積為h 由查理定律 即 即 解得t 32 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全