1、气体的等压变化和等容变化【教学目标】一、知识与技能1知道什么是气体的等容变化过程；掌握查理定律的内容；理解p-T图象的物理意义；知道查理定律的适用条件。2知道什么是气体的等压变化过程；掌握盖-吕萨克定律的内容、数学表达式；理解V-T图象的物理意义。3知道什么是理想气体，理解理想气体的状态方程。4会用气体动理论的知识解释气体实验定律。二、过程与方法根据查理定律和盖-吕萨克定律的内容理解p-T图象和V-T图象的物理意义。三、情感、态度与价值观1培养运用图象这种数学语言表达物理规律的能力。2领悟物理探索的基本思路，培养科学的价值观。【教学重点】1查理定律的内容、数学表达式及适用条件。2盖-吕萨克定律
2、的内容、数学表达式及适用条件。【教学难点】对p-T图象和V-T图象的物理意义的理解。【教学过程】一、复习导入教师：玻意耳定律的内容和公式是什么？学生：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比。即pV=C或p1V1=p2V2。教师：应用玻意耳定律求解问题的基本思路是什么？学生：首先确定研究对象（一定质量的气体，温度不变），然后确定气体在两个不同状态下的压强和体积?1、?1，?2、?2，最后根据定律列式求解。教师点出课题：那么，当气体的体积保持不变时，气体的压强与温度的关系是怎样的呢？若气体的压强保持不变时，气体的体积与温度的关系又是怎样的呢？这节课我们学习气体的等容变化和等压
3、变化。二、新课教学（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，体积随温度的变化。猜想：在等压变化中，气体的体积与温度可能存在着什么关系？教师介绍盖-吕萨克的猜想。盖-吕萨克1778年9月6日生于圣莱昂特。1800年毕业于巴黎理工学校。1850年5月9日，病逝于巴黎，享年72岁。1802年，盖-吕萨克发现气体热膨胀定律（即盖-吕萨克定律）压强不变时，一定质量气体的体积跟热力学温度成正比。即?1/?1=?2/?2=?恒量。其实查理早就发现压强与温度的关系，只是当时未发表，也未被人注意。直到盖-吕萨克重新提出后，才受到重视。早年都称“查理定律”，但为表彰盖-吕萨克的贡献而称为“
4、查理-盖吕萨克定律”。实验：气体的等圧変化学生根据实验总结实验结论2盖-吕萨克定律：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积?与热力学温度?成正比。表达式为：V=CT或V/T=C这条线称为等压线。3等压线：一定质量的某种气体在等压变化过程中，体积?与热力学温度?的正比关系在?直角坐标系中的图象。思考：斜率反应什么？教师：其延长线经过坐标原点，斜率反映压强大小。提问：等压线上的点表示什么？4一定质量气体的等压线的物理意义图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等压线上各状态的压强相同。不同压强下的等压线，斜率越大，压强越小（同一温度下，体积大的压强小）。如图所示?2?1。体积?与热力学
5、温度?成正比可以表示为另外形式：V1T1=V2T2或V1V2=T1T2针对上述讲解，教师总结盖-吕萨克定律。（1）盖-吕萨克定律是实验定律，由法国科学家盖-吕萨克通过实验发现的。（2）适用条件：气体质量一定，压强不变。（3）在?/?=?中的?与气体的种类、质量、压强有关。注意：?正比于?而不正比于t。（4）一定质量的气体发生等压变化时，升高（或降低）相同的温度，增加（或减小）的体积是相同的。（5）解题时前后两状态的体积单位要统一。例题1：如图所示，两端开口的弯管，左管插入水银槽中，右管有一段高为h的水银柱，中间封有一段空气，则（ ACD ）A弯管左管内外水银面的高度差为hB若把弯管向上移动少许
6、，则管内气体体积增大C若把弯管向下移动少许，右管内的水银柱沿管壁上升D若环境温度升高，右管内的水银柱沿管壁上升（二）气体的等容变化教师：我们已经学习了等温变化、等压变化，那么如果气体的体积不变，压强与温度又有什么关系呢？接下来我们来研究一下等容变化。1等容变化：一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度的变化。让学生猜想：在等容变化中，气体的压强与温度可能存在着什么关系？介绍查理的猜想与验证。大约在1787年，查理着手研究气体的膨胀性质，发现在压力一定的时候，气体体积的改变和温度的改变成正比。他进一步发现，对于一定质量的气体，当体积不变的时候，温度每升高1，压力就增加它在0时候压力的1/27
7、3。查理还用它作根据，推算出气体在恒定压力下的膨胀速率是个常数。这个预言后来由盖-吕萨克和道尔顿（17661844）的实验完全证实。实验：气体的等容变化学生根据实验总结实验结论。2查理定律：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强?与热力学温度?成正比。表达式为：p=CT或pT=C图象为：提问：之前几个实验的图象都有过原点，为什么这个的图象没有过原点呢？教师：将线延长，与横坐标有个交点，这个交点表示什么？可以发现，图象中的坐标用的是摄氏度，如果换算成热力学温度，图象是怎样的呢？教师：此时就过原点了，为什么是虚线不是实线？绝对零度不可到达。教师：这条线我们成为等容线。3等容线：一定质量的某种
8、气体在等容变化过程中，压强?跟热力学温度?的正比关系?在直角坐标系中的图象叫做等容线。其延长线经过坐标原点，斜率反映体积大小。4一定质量气体的等容线的物理意义图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等容线上各状态的体积相同。不同体积下的等容线，斜率越大，体积越小（同一温度下，压强大的体积小）。如图所示，?2?1。压强?与热力学温度?成正比可以表示为另外形式：p1T1=p2T2或p1p2=T1T2根据以上实验与讲解，教师对查理定律进行总结：（1）查理定律是实验定律，由法国科学家查理通过实验发现的。（2）适用条件：气体质量一定，体积不变。（3）在?/?=?中的?与气体的种类、质量、体积有关。注
9、意：?与热力学温度?成正比，不与摄氏温度t成正比。（4）一定质量的气体在等容时，升高（或降低）相同的温度，所增加（或减小）的压强是相同的。（5）解题时前后两状态压强的单位要统一。例题2：汽车行驶时轮胎的胎压太高容易造成爆胎事故，太低又会造成耗油量上升。已知某型号轮胎能在-4090正常工作，为使轮胎在此温度范围内工作时的最高胎压不超过3.5atm，最低胎压不低于1.6atm，那么，在t20时给该轮胎充气，充气后的胎压在什么范围内比较合适（设轮胎的体积不变）。对三个定律的总结：玻意耳定律：pV=C1气体实验定律査理定律：p/T=C2盖-吕萨克定律：V/T=C3强调：这些定律都是在压强不太大、温度不
10、太低的条件下总结出来的。（三）理想气体当压强很大、温度很低时，由上述规律计算的结果与实际测量结果有很大的差别。例如，有一定质量的氦气，压强与大气压相等，体积为1m3，温度为0。在温度不变的条件下，如果压强增大到大气压的500倍，按气体的等温变化规律计算，体积应该缩小至1/500m3，但是实验结果是1.36/500m3。但是，在通常的温度和压强下，很多实际气体，特别是那些不容易液化的气体，如氢气、氧气、氮气、氦气等，其性质与实验定律的结论符合得很好。实际气体的分子之间有相互作用力，但是作用力很小；分子也有大小，但气体分子之间的间距比分子直径大得多；气体分子与器壁碰撞几乎是完全弹性的，动能损失也很
11、小。为了研究方便，我们设想有一种气体：这种气体分子大小和相互作用力可以忽略不计，也可以不计气体分子与器壁碰撞的动能损失。这样的气体在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律，我们把它叫作理想气体。1理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时，把实际气体当成理想气体来处理，误差很小。2理想气体的特点（1）理想气体是不存在的，是一种理想模型。（2）在温度不太低，压强不太大时实际气体都可看成是理想气体。（3）从微观上说：分子间以及分子和器壁间，除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。（4）从能
12、量上说：理想气体的微观本质是忽略了分子力，没有分子势能，理想气体的内能只有分子动能。一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，与气体的体积无关。3理想气体的状态方程一定质量的理想气体，由初状态（?1、?1、?1）变化到末状态（?2、?2、?2）时，两个状态的状态参量之间的关系为：p1V1T1=p2V2T2或pVT=C当温度T保持不变：pV=C（T）方程具有普遍性当体积V保持不变：p/T=C（V）当压强p保持不变：V/T=C（p）例题3：关于理想气体的性质，下列说法中正确的是（ ABC ）A理想气体是一种假想的物理模型，实际并不存在B理想气体的存在是一种人为规定，它是一种严格遵守气体实验定律的气体C
13、一定质量的理想气体，内能增大，其温度一定升高D氦是液化温度最低的气体，任何情况下均可视为理想气体例题4：如图所示，一定质量的某种理想气体从A到B经历了一个等温过程，从B到C经历了一个等容过程，分别用pA、VA、TA和pB、VB、TB以及pC、VC、TC表示气体在A、B、C三个状态的状态参量，那么A、C状态的状态参量间有何关系呢？例题5：一定质量的理想气体，处于某一状态，经过下列哪个过程后会回到原来的温度（ AD ）A先保持压强不变而使它的体积膨胀，接着保持体积不变而减小压强B先保持压强不变而使它的体积减小，接着保持体积不变而减小压强C先保持体积不变而增大压强，接着保持压强不变而使它的体积膨胀D
14、先保持体积不变而减小压强，接着保持压强不变而使它的体积膨胀（四）气体实验定律的微观解释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，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，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，气体的压强增大。【练习巩固】1一定质量的气体，体积保持不变，下列过程可以实现的是（ ）A温度升高，压强增大B温度升高，压强减小
15、C温度不变，压强增大D温度不变，压强减小答案：A2图表示0.2mol的某种气体的压强与温度的关系图象，图中p0为标准大气压，问气体在B状态时的体积多大？答案：5.6L3在图所示的气缸中封闭着温度为100的空气，一重物用绳索经滑轮与缸中活塞相连接，重物和活塞均处于平衡状态，这时活塞离缸底的高度为10cm，如果缸内空气变为0，问：重物是上升还是下降？这时重物将从原处移动多少厘米？（设活塞与气缸壁间无摩擦）答案：重物上升2.6cm4对于一定质量的理想气体，下列状态变化中可能的是（ ）A使气体体积增加而同时温度降低B使气体温度升高，体积不变、压强减小C使气体温度不变，而压强、体积同时增大D使气体温度升高，压强减小，体积减小答案：A
