1、第1页 第八章 气体 第2页第2节 气体的等容变化和等压变化第3页学习目标 1.知道气体的等容变化过程，掌握查理定律的内容、数学表达式；理解 pT 图像的物理意义，知道查理定律的适用条件.2.知道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 VT 图像的物理意义第4页基 础 梳 理 规 律 方 法 第5页基 础 梳 理第6页一、气体的等容变化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2查理定律(1)内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强与热力学温度成正比(2)表达式：pCT 或p1T1p2T2第7页3等容变化的图像如图甲，等容变化的 pT 图像是延长线
2、过原点的直线如图乙，等容变化的 pt 图像是延长线过横轴273.15 的直线两图像的斜率越大，体积越小，V1V2.第8页二、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2盖吕萨克定律(1)内容：一定质量的气体，在压强不变的情况下，它的体积与热力学温度成正比(2)表达式：VCT 或V1T1V2T2第9页3气体的等压变化图像如图丙，等压变化的 VT 图像是延长线过原点的直线如图丁，等压变化的 Vt 图像是延长线过横轴273.15 的直线两图像的斜率越大，压强越小，p1p2.第10页李老师，查理定律：pCT，盖吕萨克定律：VCT，玻意耳定律：pVC 三个定律中的恒量 C 含
3、义相同吗？不相同查理定律：“一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强与热力学温度成正比”可知，公式 pCT 中的 C 含有质量及体积第11页盖吕萨克定律：“一定质量的气体，在压强不变的情况下，它的体积与热力学温度成正比”公式 VCT 中的 C 含有质量及压强玻意耳定律：“一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积的乘积是不变的”公式 pVC 中的 C 含有质量及温度由以上分析发现恒量 C 的含义不同第12页规 律 方 法第13页规律一查理定律的应用应用查理定律解题的一般思路：1确定研究对象：一定质量的气体2分析气体的状态变化是否保持体积不变3确定初、末两个状态的温度和压强4按查理定
4、律列式求解，注意温度值要用热力学单位(K)第14页【例题 1】有人设计了一种测温装置，其结构如图所示，玻璃泡 A 内封有一定量气体，与 A 相连的 B 管插在水银槽中，管内水银面的高度 x 即可反映泡内气体的温度，即环境温度，并可由 B 管上的刻度直接读出设B管的体积与A玻璃泡的体积相比可忽略不计已知当温度 t127 时，管内水银面高度 x116 cm，此高度即为27 的刻度线，外界大气压相当于 76 cmHg 的压强，问 t0 的刻度线在何处？第15页【解析】选玻璃泡 A 内的一定量的气体为研究对象，由于B 管的体积可略去不计，温度变化时，A 内气体经历的是一个等容过程第16页玻璃泡 A 内
5、气体的初始状态：T1300 K，p1(7616)cmHg60 cmHg末态，即 t0 的状态：T0273 K由查理定律得 pT0T1p127330060 cmHg54.6 cmHg所以 t0 时水银面高度，即刻度线的位置是 x0(7654.6)cm21.4 m.【答案】21.4 cm第17页【练 1】用易拉罐盛装碳酸饮料非常卫生和方便，但如果剧烈碰撞或严重受热会导致爆炸我们通常用的可乐易拉罐容积V355 mL.假设在室温(17)罐内装有 0.9 V 的饮料，剩余空间充满 CO2 气体，气体压强为 1 atm.若易拉罐承受的压强为 1.2 atm，则保存温度不能超过多少？第18页【解析】取 CO
6、2 气体为研究对象，则：初态：p11 atm，T1(27317)K290 K末态：p21.2 atm，T2未知量气体发生等容变化，由查理定律p2p1T2T1得：T2p2p1T11.22901 K348 Kt(348273)75.【答案】75 第19页规律二盖吕萨克定律的应用应用盖吕萨克定律和查理定律解题的基本思路一样，关键是分析气体的状态变化是否保持压强不变，通过对封闭气体的物体(活塞、液柱等)受力分析，判断气体压强的情况第20页【例题 2】如图所示，导热的圆柱形气缸放置在水平桌面上，横截面积为 S、质量为 m1的活塞封闭着一定质量的气体(可视为理想气体)，活塞与气缸间无摩擦且不漏气总质量为
7、m2 的砝码盘(含砝码)通过左侧竖直的细绳与活塞相连当环境温度为 T 时，活塞离缸底的高度为 h.现使环境温度缓慢降为T2：第21页(1)当活塞再次平衡时，活塞离缸底的高度是多少？(2)保持环境温度为T2不变，在砝码盘中添加质量为 m 的砝码时，活塞返回到高度为 h 处，求大气压强 p0.第22页【解析】(1)环境温度缓慢降低过程中，气缸中气体压强不变，初始时温度为 T1T，体积为 V1hS，变化后温度为 T2T2，体积为 V2h1S，由盖吕萨克定律有T1T2V1V2解得 h1h2第23页(2)设大气压强为 p0，初始时体积 V2h1Sp2p0m1m2gS变化后体积 V3hSp3p0m1m2m
8、gS由玻意耳定律有p2V2p3V3解得 p0m22mm1gS答案(1)h2(2)m22mm1gS第24页【练 2】体积为 V100 cm3 的空心球带有一根有刻度的均匀长管，管上共有 N101 个刻度，设长管与球连接处为第一个刻度，以后顺序往上排列，相邻两刻度间管的体积为 0.2 cm3，水银液滴将球内空气与大气隔开，如图所示当温度 t5 时，水银液滴在刻度为 N21 的地方那么在此大气压下，能否用它测量温度？说明理由，若能，求其测量范围(不计热膨胀)第25页【解析】因为管口和大气相通，所以球内气体的体积随温度的升高而膨胀，气体是等压变化，根据盖吕萨克定律：V1T1V2T2VT恒量温度的增加与
9、体积的增加成正比，所以可以用来测量温度测量温度的范围应该为气体的体积从 V1100 cm3 等压变化到 V2100 cm31000.2 cm3120 cm3，这个范围所对应的气体温度 T1T2 之间，根据题意当 T0273 K5 K278 K 时，气体的体积V0(100200.2)cm3104 cm3.第26页根据盖吕萨克定律：V0T0V1T1所以 T1V1T0V0 100278104 K267.3 KV0T0V2T2所以 T2V2T0V0 120278104 K320.8 K第27页又 267.3 K5.7，3208 K47.8 能测量温度的范围是5.7 47.8.【答案】能，测量范围5.7
10、 47.8 第28页规律三气体等容变化和等压变化的图像气体定律的图像的分析方法：1根据图像的特点，判断气体状态变化中哪个物理量不变，注意关系式与图像的转换2注意图线斜率的含义：pT 图像中，斜率越大，体积越小VT 图像中，斜率越大，压强越小第29页【例题 3】如图所示是一定质量的理想气体的三种升温过程，那么以下四种解释中，正确的是()第30页Aad 的过程气体体积增加Bbd 的过程气体体积不变Ccd 的过程气体体积增加Dad 的过程气体体积减小第31页【解析】在 pT 图像上的等容线的延长线是过原点的直线，且体积越大，直线的斜率越小由此可见，a 状态对应体积最小，c 状态对应体积最大所以选项
11、A、B 是正确的【答案】AB第32页【例题 4】图甲所示是一定质量的理想气体由状态 A 经过状态 B 变为状态 C 的 VT 图像已知气体在状态 A 时的压强是1.5105 Pa.第33页(1)说出 A 到 B 过程中压强变化的情形，并根据图像提供的信息，计算图中 TA 的温度值(2)请在图乙坐标系中，作出由状态 A 经过状态 B 变为状态 C的 pT 图像，并在图线相应位置上标出字母 A、B、C.如果需要计算才能确定有关坐标值，请写出计算过程第34页【解析】(1)由图甲可以看出，A 与 B 的连线的延长线过原点 O，所以从 A 到 B 是一个等压变化，即 pApB.根据盖吕萨克定律可得 VA
12、/TAVB/TB，所以 TAVATBVB 0.43000.6 K200 K.第35页(2)由图甲可以看出，从 B 到 C 是一个等容变化，根据查理定律得 pB/TBpC/TC.所以 pCTCpBTB 4001.5105300 Pa2.0105 Pa.则可画出由状态 A 经 B 到 C 的 pT 图像如图所示【答案】(1)200 K(2)见解析第36页【练 3】一定质量的理想气体经历如图所示的一系列过程，ab、bc、cd 和 da 这四段过程在 pT 图上都是直线段，其中 ab的延长线通过坐标原点，bc 垂直于 ab，而 cd 平行于 ab，由图可以判断()第37页Aab 过程中气体体积不断减小
13、Bbc 过程中气体体积不断减小Ccd 过程中气体体积不断增大Dda 过程中气体体积不断增大第38页【解析】在 pT 图像中，过气体状态点 b 和坐标原点 O的连线的斜率与气体在该状态下体积的倒数成正比由于 ab 的延长线通过坐标原点，斜率不变，气体发生等容变化；若将 Oc与 Od 连接起来，可得出另两条等容线，它们的斜率关系 kockodkab，故 bc 过程体积减小，cd 过程体积增大，da 过程体积增大【答案】BCD第39页【练 4】如图所示，一定质量的气体从状态 A 经 B、C、D再回到 A.问 AB、BC、CD、DA 是什么过程？已知气体在状态 A时的体积是 1 L，求在状态 B、C、D 时的体积各为多少，并把此图改为 pV 图第40页【解析】AB 为等容线，压强随温度升高而增大BC 为等压过程，体积随温度升高而增大CD 为等温变化，体积随压强减小而增大DA 为等压变化，体积随温度降低而减小由题意知 VBVA1 L，因为VBTBVCTC，所以 VCTCTBVB9004501 L2 L.第41页VDpCpDVC312 L6 L，据以上数据，题中四个过程的 pV 图像如图所示【答案】见解析