2018-2019版高中物理 第二章 氣體 3 氣體實(shí)驗(yàn)定律學(xué)案 教科版選修3-3.doc

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3氣體實(shí)驗(yàn)定律學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道什么是氣體的狀態(tài)參量.2.掌握熱力學(xué)溫度的定義，知道什么是溫標(biāo)，理解攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的區(qū)別與聯(lián)系.3.通過實(shí)驗(yàn)探究，知道玻意耳定律、查理定律、蓋呂薩克定律的內(nèi)容和公式一、氣體的狀態(tài)參量1氣體的狀態(tài)參量描述氣體狀態(tài)的物理量：一定質(zhì)量的氣體有三個(gè)狀態(tài)參量，分別是：體積、溫度和壓強(qiáng)2氣體的體積和壓強(qiáng)(1)體積：氣體占有空間的大小，符號(hào)是V，單位：立方米(m3)、升(L)和毫升(mL)1L103m3,1mL106m3(2)壓強(qiáng)：大量氣體分子對(duì)器壁撞擊的宏觀表現(xiàn)符號(hào)是p，國(guó)際單位：帕斯卡(Pa)1Pa1N/m2，常用單位還有標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)和毫米汞柱(mmHg)3溫度(1)概念：表示物體冷熱程度的物理量，是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志(2)兩種溫標(biāo)：攝氏溫標(biāo)：早期的攝氏溫標(biāo)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)為0_，水的沸點(diǎn)為100_.用攝氏溫標(biāo)表示溫度叫攝氏溫度，符號(hào)是t.熱力學(xué)溫度用T表示，單位是開爾文，簡(jiǎn)稱開(K)(3)攝氏溫度t和熱力學(xué)溫度T間的關(guān)系：Tt273.15.二、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(qiáng)p與體積V成反比2表達(dá)式：pV常量3適用條件：氣體的質(zhì)量一定，溫度不變?nèi)⒉槔矶?等容變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變時(shí)，壓強(qiáng)隨溫度的變化叫做等容變化2內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T成正比3表達(dá)式：常量4適用條件：氣體的質(zhì)量和體積不變四、蓋呂薩克定律1等壓變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，體積隨溫度的變化叫做等壓變化2內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，體積V與熱力學(xué)溫度T成正比3表達(dá)式：常量4適用條件：氣體的質(zhì)量和壓強(qiáng)不變即學(xué)即用1判斷下列說法的正誤(1)0的溫度可以用熱力學(xué)溫度粗略地表示為273K()(2)氣體做等容變化時(shí)，溫度從13上升到52，則氣體的壓強(qiáng)升高為原來的4倍()(3)對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，若溫度升高，則體積減小()(4)若體積增大到原來的兩倍，則攝氏溫度升高到原來的兩倍()2一定質(zhì)量的某種氣體發(fā)生等溫變化時(shí)，若體積增大了n倍，則壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼腳倍答案一、氣體的狀態(tài)參量導(dǎo)學(xué)探究在力學(xué)中，為了確定物體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，我們使用了物體的位移和速度這兩個(gè)物理量在熱學(xué)中如果我們要研究一箱氣體的狀態(tài)，需要哪些物理量呢？答案體積、溫度和壓強(qiáng)知識(shí)深化1攝氏溫標(biāo)一種常用的表示溫度的方法，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)為0C，水的沸點(diǎn)為100C.在0C和100C之間均勻分成100等份，每份算做1C.2熱力學(xué)溫標(biāo)現(xiàn)代科學(xué)中常用的表示溫度的方法，熱力學(xué)溫標(biāo)也叫絕對(duì)溫標(biāo)3攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的關(guān)系Tt273.15，可粗略地表示為Tt273.例1(多選)關(guān)于熱力學(xué)溫度與攝氏溫度，下列說法正確的是()A攝氏溫度和熱力學(xué)溫度都不能取負(fù)值B溫度由t(C)升到2t(C)時(shí)，對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)溫度由T(K)升到2T(K)C33C240.15KD攝氏溫度變化1C，也就是熱力學(xué)溫度變化1K答案CD解析攝氏溫度能取負(fù)值，A錯(cuò)誤；由熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系Tt273.15知，B錯(cuò)誤，C正確；攝氏溫度與熱力學(xué)溫度在表示溫度的變化時(shí)，變化的數(shù)值是相同的，故D正確二、玻意耳定律導(dǎo)學(xué)探究1如圖1所示為“探究氣體等溫變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)過程中如何保證氣體的質(zhì)量和溫度不變？圖1答案保證氣體質(zhì)量不變的方法：實(shí)驗(yàn)前在柱塞上涂好潤(rùn)滑油，以免漏氣保證氣體溫度不變的方法改變氣體體積時(shí)，緩慢進(jìn)行，等穩(wěn)定后再讀出氣體壓強(qiáng)，以防止氣體體積變化太快，氣體的溫度發(fā)生變化實(shí)驗(yàn)過程中，不用手接觸注射器的圓筒，防止圓筒從手上吸收熱量，引起內(nèi)部氣體溫度變化2玻意耳定律成立的條件是什么？答案一定質(zhì)量的氣體，且溫度不變知識(shí)深化1實(shí)驗(yàn)探究(1)實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺(tái)、玻璃管(帶活塞)、氣壓計(jì)等(2)研究對(duì)象(系統(tǒng))：玻璃管內(nèi)被封閉的空氣柱(3)實(shí)驗(yàn)方法：控制氣體溫度和質(zhì)量不變，研究氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系(4)數(shù)據(jù)收集：壓強(qiáng)由氣壓計(jì)讀出，空氣柱長(zhǎng)度由刻度尺讀出，空氣柱長(zhǎng)度與橫截面積的乘積即為體積(5)數(shù)據(jù)處理：以壓強(qiáng)p為縱坐標(biāo)，以體積的倒數(shù)為橫坐標(biāo)，作出p圖像，圖像結(jié)果：p圖像是一條過原點(diǎn)的直線(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：壓強(qiáng)跟體積的倒數(shù)成正比，即壓強(qiáng)與體積成反比2常量的意義p1V1p2V2常量該常量與氣體的種類、質(zhì)量、溫度有關(guān)，對(duì)一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，該常量越大例2一定質(zhì)量的氣體，壓強(qiáng)為3atm，保持溫度不變，當(dāng)壓強(qiáng)減小了2atm時(shí)，體積變化了4L，則該氣體原來的體積為()A.LB2LC.LD3L答案B解析設(shè)該氣體原來的體積為V1，由玻意耳定律得3V1(32)(V14)，解得V12L.利用玻意耳定律解題的基本思路1明確研究對(duì)象，并判斷是否滿足玻意耳定律的條件2明確初、末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1、V1；p2、V2)3根據(jù)玻意耳定律列方程求解三、查理定律與蓋呂薩克定律導(dǎo)學(xué)探究(1)根據(jù)探究等溫變化的實(shí)驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在保持體積不變的情況下，探究壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系(2)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究在壓強(qiáng)不變時(shí)體積與溫度的關(guān)系答案(1)用上面實(shí)驗(yàn)探究里的實(shí)驗(yàn)裝置保證氣體的體積不變，把玻璃管浸入水中，改變水溫，讀出不同溫度時(shí)氣體的壓強(qiáng)大小，多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)研究壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系(2)可利用如下裝置改變水溫，測(cè)出不同溫度時(shí)氣體的體積，多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)研究體積與溫度的關(guān)系知識(shí)深化1查理定律及推論表示一定質(zhì)量的某種氣體從初狀態(tài)(p、T)開始發(fā)生等容變化，其壓強(qiáng)的變化量p與溫度的變化量T成正比2蓋呂薩克定律及推論表示一定質(zhì)量的某種氣體從初狀態(tài)(V、T)開始發(fā)生等壓變化，其體積的變化量V與溫度的變化量T成正比例3燈泡內(nèi)充有氮、氬混合氣體，如果要使燈泡內(nèi)的混合氣體在500時(shí)的壓強(qiáng)不超過一個(gè)大氣壓，燈泡容積不變，則在20的室溫下充氣，燈泡內(nèi)氣體的壓強(qiáng)至多能充到多少？答案0.38atm解析燈泡內(nèi)氣體初、末狀態(tài)的參量分別為氣體在500，p11atm，T1(273500)K773K.氣體在20時(shí)，T2(27320)K293K.由查理定律得p2p11atm0.38atm.利用查理定理解題的基本思路1明確研究對(duì)象并判斷是否滿足查理定律的條件2明確初、末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1、T1；p2、T2)3根據(jù)查理定律列方程求解例4一定質(zhì)量的氣體在等壓變化中體積增大了，若氣體原來的溫度為27，則溫度的變化是()A升高了450KB升高了150C降低了150D降低了450答案B解析由蓋呂薩克定律可得，代入數(shù)據(jù)可知，得T2450K所以溫度升高t150K，即溫度升高150.判斷出氣體的壓強(qiáng)不變是運(yùn)用蓋呂薩克定律的關(guān)鍵.1(氣體的狀態(tài)參量)(多選)關(guān)于溫度與溫標(biāo)，下列說法正確的是()A用攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)表示溫度是兩種不同的表示方法B攝氏溫度與熱力學(xué)溫度都可以取負(fù)值C攝氏溫度升高3，在熱力學(xué)溫標(biāo)中溫度升高276.15KD熱力學(xué)溫度升高3K與攝氏溫度升高3是等效的答案AD解析溫標(biāo)是溫度數(shù)值的表示方法，常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)，A正確；攝氏溫度可以取負(fù)值，但是熱力學(xué)溫度不能取負(fù)值，因?yàn)闊崃W(xué)溫度的零點(diǎn)是低溫的極限，故選項(xiàng)B錯(cuò)；攝氏溫度升高3，也就是熱力學(xué)溫度升高了3K，故選項(xiàng)C錯(cuò)，D正確2(玻意耳定律)如圖2所示，某種自動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)水時(shí)，與洗衣缸相連的細(xì)管中會(huì)封閉一定質(zhì)量的空氣，通過壓力傳感器感知管中的空氣壓力，從而控制進(jìn)水量設(shè)溫度不變，洗衣缸內(nèi)水位升高，則細(xì)管中被封閉的空氣()圖2A體積不變，壓強(qiáng)變小B體積變小，壓強(qiáng)變大C體積不變，壓強(qiáng)變大D體積變小，壓強(qiáng)變小答案B解析由題圖可知空氣被封閉在細(xì)管內(nèi)，水面升高時(shí)，氣體壓強(qiáng)就增大，根據(jù)玻意耳定律，氣體體積一定減小，B選項(xiàng)正確3(查理定律)一定質(zhì)量的氣體，體積保持不變，下列過程可以實(shí)現(xiàn)的是()A溫度升高，壓強(qiáng)增大B溫度升高，壓強(qiáng)減小C溫度不變，壓強(qiáng)增大D溫度不變，壓強(qiáng)減小答案A解析由查理定律常量，得溫度和壓強(qiáng)只能同時(shí)升高或同時(shí)降低，故A項(xiàng)正確4(蓋呂薩克定律)一定質(zhì)量的氣體，如果保持它的壓強(qiáng)不變，降低溫度，使它的體積為0時(shí)的倍，則此時(shí)氣體的溫度為()A.B.C.D273n(n1) 答案C解析根據(jù)蓋呂薩克定律，在壓強(qiáng)不變的條件下，又V1，整理后得t.一、選擇題考點(diǎn)一氣體的狀態(tài)參量1關(guān)于溫標(biāo)，下列說法正確的是()A溫標(biāo)不同，測(cè)量時(shí)得到同一系統(tǒng)的溫度數(shù)值可能是不同的B不同溫標(biāo)表示的溫度數(shù)值不同，則說明溫度不同C溫標(biāo)的規(guī)定都是人為的，沒有什么理論依據(jù)D熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)是兩種不同的溫度表示方法，表示的溫度數(shù)值沒有關(guān)系答案A解析溫標(biāo)不同，測(cè)量同一系統(tǒng)的溫度數(shù)值一般不同，A對(duì)，B錯(cuò)每一種溫標(biāo)的規(guī)定都有一定意義，如攝氏溫標(biāo)的0C表示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)，100C為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)，C錯(cuò)熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)在數(shù)值上有Tt273.15K，D錯(cuò)2(多選)下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說法中正確的是()A33240KB溫度變化1，也就是溫度變化1KC攝氏溫度與熱力學(xué)溫度都可能取負(fù)值D溫度由t升至2t，對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)溫度升高了t273K答案AB解析熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系為Tt273K，由此可知：33240K，故A、B選項(xiàng)正確；D中初態(tài)熱力學(xué)溫度為t273K，末態(tài)為2t273K，溫度升高了tK，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤；因絕對(duì)零度達(dá)不到，故熱力學(xué)溫度不可能取負(fù)值，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤考點(diǎn)二玻意耳定律的應(yīng)用3一個(gè)氣泡由湖面下20m深處緩慢上升到湖面下10m深處，它的體積約變?yōu)樵瓉眢w積的()A3倍B2倍C1.5倍D0.7倍答案C解析氣泡緩慢上升過程中，溫度不變，氣體發(fā)生等溫變化，湖面下20m處，水的壓強(qiáng)約為2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)于10m水產(chǎn)生的壓強(qiáng))，故p13atm，p22atm，由p1V1p2V2，得：1.5，故C項(xiàng)正確4大氣壓強(qiáng)p01.0105Pa.某容器的容積為20L，裝有壓強(qiáng)為20105Pa的氣體，如果保持氣體溫度不變，把容器的開關(guān)打開，待氣體達(dá)到新的平衡時(shí)，容器內(nèi)剩下的氣體質(zhì)量與原來氣體的質(zhì)量之比為()A119B120C239D118答案B解析由p1V1p2V2，得p1V0p0(V0V)，因V020L，則V380L，即容器中剩余20L壓強(qiáng)為p0的氣體，而同樣大氣壓下氣體的總體積為400L，所以剩下氣體的質(zhì)量與原來質(zhì)量之比等于同壓下氣體的體積之比，即，B項(xiàng)正確考點(diǎn)三查理定律的應(yīng)用5一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下，溫度由0升高到10時(shí)，其壓強(qiáng)的增量為p1，當(dāng)它由100升高到110時(shí)，所增壓強(qiáng)為p2，則p1與p2之比是()A101B373273C11D383283答案C解析由查理定律得pT.一定質(zhì)量的氣體在體積不變的條件下常量，溫度由0升高到10和由100升高到110，T10K相同，故壓強(qiáng)的增量p1p2，C項(xiàng)正確6民間常用“拔火罐”來治療某些疾病，方法是將點(diǎn)燃的紙片放入一個(gè)小罐內(nèi)，當(dāng)紙片燃燒完時(shí)，迅速將火罐開口端緊壓在皮膚上，火罐就會(huì)緊緊地“吸”在皮膚上其原因是，當(dāng)火罐內(nèi)的氣體()A溫度不變時(shí)，體積減小，壓強(qiáng)增大B體積不變時(shí)，溫度降低，壓強(qiáng)減小C壓強(qiáng)不變時(shí)，溫度降低，體積減小D質(zhì)量不變時(shí)，壓強(qiáng)增大，體積減小答案B解析紙片燃燒時(shí)，罐內(nèi)氣體的溫度升高，將罐壓在皮膚上后，封閉氣體的體積不再改變，溫度降低時(shí)，由pT知封閉氣體壓強(qiáng)減小，罐緊緊“吸”在皮膚上，B選項(xiàng)正確7對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，以下說法正確的是()A氣體做等容變化時(shí)，氣體的壓強(qiáng)和攝氏溫度成正比B氣體做等容變化時(shí)，溫度升高1，增大的壓強(qiáng)是原來壓強(qiáng)的C氣體做等容變化時(shí)，氣體壓強(qiáng)的變化量與溫度的變化量成正比D由查理定律可知，等容變化中，氣體溫度從t1升高到t2時(shí)，氣體壓強(qiáng)由p1增加到p2，且p2p1(1)答案C解析一定質(zhì)量的氣體做等容變化時(shí)，氣體的壓強(qiáng)跟熱力學(xué)溫度成正比，跟攝氏溫度不是正比關(guān)系，A錯(cuò)誤；由查理定律得，故氣體做等容變化時(shí)，溫度升高1，增大的壓強(qiáng)是原來壓強(qiáng)的(T為氣體原來的熱力學(xué)溫度)，B錯(cuò)誤；因?yàn)槌Ａ?，可知?dú)怏w壓強(qiáng)的變化量總是跟溫度的變化量成正比，無論是攝氏溫度，還是熱力學(xué)溫度，C正確；p2p1(1)，D錯(cuò)誤考點(diǎn)四蓋呂薩克定律的應(yīng)用8一定質(zhì)量的氣體保持其壓強(qiáng)不變，若熱力學(xué)溫度降為原來的一半，則氣體的體積變?yōu)樵瓉淼?)A四倍B二倍C一半D四分之一答案C9房間里氣溫升高3時(shí)，房間內(nèi)的空氣將有1%逸出到房間外，由此可計(jì)算出房間內(nèi)原來的溫度是()A7B7C17D27答案D解析以升溫前房間里的氣體為研究對(duì)象，由蓋呂薩克定律：，解得：T300K，t27.所以答案選D.10一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，溫度由5升到10，體積的增量為V1；溫度由10升到15，體積的增量為V2，則()AV1V2BV1V2CV1V2D無法確定答案A解析解法一：當(dāng)p不變時(shí)，由蓋呂薩克定律常量，知，V1V2V1V1，V2V3V2V2V1V1，故A正確解法二：當(dāng)p不變時(shí)，由常量，T1T25K，則V1V2.二、非選擇題11(玻意耳定律的應(yīng)用)如圖1所示，噴霧器內(nèi)有10L水，上部封閉有1atm的空氣2L關(guān)閉噴霧閥門，用打氣筒向噴霧器內(nèi)再充入1atm的空氣3L(設(shè)外界環(huán)境溫度一定，空氣可看作理想氣體)當(dāng)水面上方空氣溫度與外界溫度相等時(shí)，求空氣壓強(qiáng)圖1答案2.5atm解析設(shè)空氣初態(tài)壓強(qiáng)為p1，體積為V1；末態(tài)壓強(qiáng)為p2，體積為V2，由玻意耳定律p1V1p2V2將p11atm，V12L3L5L，V22L代入上式得，p22.5atm.12(查理定律的應(yīng)用)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(yán)重受熱會(huì)導(dǎo)致爆炸我們通常用的可樂易拉罐容積V355mL.假設(shè)在室溫(17)罐內(nèi)裝有0.9V的飲料，剩余空間充滿CO2氣體，氣體壓強(qiáng)為1atm.若易拉罐承受的壓強(qiáng)為1.2atm，則保存溫度不能超過多少攝氏度？答案75解析取CO2氣體為研究對(duì)象，則：初狀態(tài)：p11atm，T1(27317) K290K.末狀態(tài)：p21.2atm，T2未知量氣體發(fā)生等容變化，由查理定律得：T2T1K348K，t(348273) 75.13(氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用)有一塊防水儀表，密封性能良好，表內(nèi)外壓強(qiáng)差超過6.0104Pa時(shí)表盤玻璃將爆裂某運(yùn)動(dòng)員攜帶此表攀登珠峰，山下溫度為27，表內(nèi)氣壓為1.0105Pa，表內(nèi)氣體的摩爾體積為V.登上珠峰時(shí)，表盤玻璃發(fā)生爆裂，此時(shí)山上氣溫為23，表內(nèi)氣體體積的變化可忽略不計(jì)分析說明表盤玻璃是向外還是向內(nèi)爆裂，并求山頂大氣壓強(qiáng)是多少？(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案見解析解析以表內(nèi)氣體為研究對(duì)象，初狀態(tài)為p11.0105Pa，T1300K末狀態(tài)為p2，T2(27323) K250K根據(jù)查理定律得解得：p2T2Pa8.3104Pa若表盤向內(nèi)爆裂，則山上氣壓為pp2p1.43105Pa因?yàn)樯缴蠚鈮盒∮谏侥_下氣壓，故向內(nèi)爆裂是不可能的，所以表盤是向外爆裂由p2pp，得p2.3104Pa.即山上大氣壓為2.3104Pa.