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(xué) 習(xí) 目 標知 識 脈 絡(luò)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(guān)問題(重點、難點)氣體的狀態(tài)參量1研究氣體的性質(zhì)，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(guān)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(xué)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(guān)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(xué)溫度的1 K大小相同嗎？【提示】熱力學(xué)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(xué)溫標(2)比較攝氏溫標和熱力學(xué)溫標.攝氏溫標熱力學(xué)溫標提出者攝爾修斯和施勒默爾英國物理學(xué)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(xué)溫度溫度符號tT單位名稱攝氏度開爾文單位符號K關(guān)系Tt273.15，粗略表示：Tt2731(2016西安高二檢測)關(guān)于熱力學(xué)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(xué)溫度都可能取負值D溫度由t 升至2t ，對應(yīng)的熱力學(xué)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(xué)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(xué)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(guān)于熱力學(xué)溫度的說法中，正確的是()A熱力學(xué)溫度的零值等于273.15 B熱力學(xué)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(xué)溫標零值的規(guī)定可知A正確；熱力學(xué)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(xué)溫度表示，以下說法不正確的是()【導(dǎo)學(xué)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(yīng)的熱力學(xué)溫度為300 K,127 時對應(yīng)的熱力學(xué)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(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)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(xué)溫標與攝氏溫標中，熱力學(xué)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(guān)系時采用控制變量法()2玻意耳定律的成立條件是一定質(zhì)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(zhì)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(yīng)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(zhì)量一定、溫度不變的條件下才成立2玻意耳定律的數(shù)學(xué)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(zhì)量、溫度有關(guān)，對一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，該恒量C越大3應(yīng)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(yīng)由力學(xué)或幾何知識列出輔助方程(5)有時要檢驗結(jié)果是否符合實際，對不符合實際的結(jié)果要刪去4一定質(zhì)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(yīng)變化，單位體積內(nèi)的分子數(shù)也隨之發(fā)生相應(yīng)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(zhì)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(shè)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(yīng)用玻意耳定律解題時，確定氣體的壓強是解題的關(guān)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(yīng)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(zhì)量的氣體，在體積不變時，壓強和溫度的關(guān)系2查理定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強p與熱力學(xué)溫度T成正比(2)公式：常量或或.(3)適用條件氣體的質(zhì)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(zhì)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(xué)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(zhì)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(zhì)量的氣體在體積不變時，下列有關(guān)氣體的狀態(tài)變化的說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)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(xué)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(xué)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(dǎo)致爆炸我們通常用的可樂易拉罐容積V335 mL.假設(shè)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(zhì)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(zhì)量的氣體，在壓強不變的情況下，體積和溫度的關(guān)系2蓋呂薩克定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強不變的情況下，其體積V與熱力學(xué)溫度T成正比(2)公式：常量或或.(3)適用條件氣體質(zhì)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(zhì)量的氣體，若壓強保持不變，則體積與熱力學(xué)溫度成正比()2一定質(zhì)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(zhì)量的氣體，若體積變大，則溫度一定升高()一定質(zhì)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(zhì)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(dǎo)學(xué)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(xué)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(xué)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(zhì)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(jié)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)