高中物理 第2章 气体 3 气体实验定律教师用书 教科版选修33.docx

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高中物理第2章气体3气体实验定律教师用书教科版选修33

3．气体实验定律

学习目标

知识脉络

1.知道气体的三个状态参量.

2.掌握控制变量法探究气体实验定律．（重点）

3.掌握三个气体实验定律．（重点）

4.会用气体实验定律计算有关问题．（重点、难点）

气体的状态参量

1．研究气体的性质，用压强、体积、温度等物理量描述气体的状态．描述气体状态的这几个物理量叫做气体的状态参量．

2．气体的体积是指气体占有空间的大小，就是贮放气体的容器的容积．在国际单位制中，体积的单位是立方米，符号是m3.常用单位间的换算关系：

1L＝10－3m3,1mL＝10－6m3.

3．温度是气体分子平均动能的标志，热力学温度，亦称绝对温度，用符号T表示，单位是开尔文，符号是K.两种温度间的关系是T＝t＋273.

4．气体的压强是大量气体分子对器壁撞击的宏观表现，用符号p表示．在国际单位制中，单位是帕斯卡，符号是Pa.

1．气体体积就是所有气体分子体积的总和．（×）

2．温度越高，所有的分子运动越快．（×）

3．一个物体的温度由10℃升高到20℃，与它从288K升高到298K所升高的温度是相同的．（√）

摄氏温度的1℃与热力学温度的1K大小相同吗？

【提示】　热力学温度与摄氏温度零点选择不同，但它们的分度方法，即每一度的大小是相同的．

1．温度的含义：

温度表示物体的冷热程度，这样的定义带有主观性，因为冷热是由人体的感觉器官比较得到的，往往是不准确的．

2．温标

（1）常见的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标．

（2）比较摄氏温标和热力学温标.

摄氏温标

热力学温标

提出者

摄尔修斯和施勒默尔

英国物理学家开尔文

零度的规定

一个标准大气压下冰水混合物的温度

－273.15℃

温度名称

摄氏温度

热力学温度

温度符号

t

T

单位名称

摄氏度

开尔文

单位符号

℃

K

关系

T＝t＋273.15，粗略表示：

T＝t＋273

1．（2016·西安高二检测）关于热力学温度下列说法中正确的是（　　）

A．－33℃＝240K

B．温度变化1℃，也就是温度变化1K

C．摄氏温度与热力学温度都可能取负值

D．温度由t℃升至2t℃，对应的热力学温度升高了273K＋t

E．－136℃比136K温度高

【解析】　T＝273＋t，由此可知：

－33℃＝240K，A正确，同时B正确；D中初态热力学温度为273＋t，末态为273＋2t温度变化tK，故D错；对于摄氏温度可取负值的范围为0到－273℃，因绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，故C错；根据T＝t＋273，可知－136℃＝137K，E正确．

【答案】　ABE

2．下列关于热力学温度的说法中，正确的是（　　）

A．热力学温度的零值等于－273.15℃

B．热力学温度变化1K和摄氏温度变化1℃，变化量的大小是相等的

C．绝对零度是低温的极限，永远达不到

D．1℃就是1K

E．升高1℃就是升高274.15K

【解析】　根据热力学温标零值的规定可知A正确；热力学温度变化1K和摄氏温度变化1℃的变化量大小是相等的，但1℃不是1K，B正确，D、E错误；绝对零度是低温的极限，只能无限接近而永远不可能达到，C正确．

【答案】　ABC

3．如果物体的温度从27℃升高到127℃，用热力学温度表示，以下说法不正确的是（　　）

【导学号：

74320029】

A．物体的温度升高了400K

B．物体的温度升高了100K

C．物体的温度升高到400K

D．物体的温度升高到373K

E．物体的温度升高到273K

【解析】　由T＝t＋273知27℃时对应的热力学温度为300K,127℃时对应的热力学温度为400K，所以升高了100K，B和C正确，A、D、E错误．

【答案】　ADE

1．热力学温度与摄氏温度的关系是T＝t＋273.15，因此对于同一温度来说，用不同的温标表示，数值不同，这是因为零值选取不同．

2．在热力学温标与摄氏温标中，热力学温度升高（或降低）1K，则摄氏温度也升高（或降低）1℃.

玻意耳定律

1．等温变化：

一定质量的气体，如果在状态变化时其温度保持不变，这种变化称为等温变化．

2．玻意耳定律

（1）内容：

一定质量的某种气体，在温度保持不变的情况下，压强p和体积V成反比．

（2）公式：

pV＝常量或p1V1＝p2V2.

（3）适用条件

①气体质量不变、温度不变．

②气体压强不太大、温度不太低．

1．在探究气体压强、体积、温度三个状态参量之间关系时采用控制变量法．（√）

2．玻意耳定律的成立条件是一定质量的气体，温度保持不变．（√）

3．玻意耳定律的公式是p1V1＝p2V2.（√）

在探究气体等温变化规律的实验时，在改变封闭气体的体积时，为什么要缓慢进行？

【提示】　该实验的条件是气体的质量一定，温度不变，体积变化时封闭气体自身的温度会发生变化，为保证温度不变，应给封闭气体以足够的时间进行热交换，以保证气体的温度不变．

1．玻意耳定律p1V1＝p2V2是实验定律，只有在气体质量一定、温度不变的条件下才成立．

2．玻意耳定律的数学表达式pV＝C中的常量C不是一个普适恒量，它与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该恒量C越大．

3．应用玻意耳定律的思路和方法

（1）确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律成立的条件．

（2）确定始末状态及状态参量（p1、V1、p2、V2）．

（3）根据玻意耳定律列方程p1V1＝p2V2，代入数值求解（注意各状态参量要统一单位）．

（4）注意分析题目中的隐含条件，必要时还应由力学或几何知识列出辅助方程．

（5）有时要检验结果是否符合实际，对不符合实际的结果要删去．

4．一定质量的气体，在做等温变化的过程中，下列物理量发生变化的有（　　）

A．气体的体积

B．单位体积内的分子数

C．气体的压强

D．分子总数

E．气体分子的平均动能

【解析】　等温过程中，p、V发生相应变化，单位体积内的分子数也随之发生相应变化．温度不变，分子的平均动能不变，故选A、B、C.

【答案】　ABC

5.如图231所示，一汽缸水平固定在静止的小车上，一质量为m、面积为S的活塞将一定量的气体封闭在汽缸内，平衡时活塞与汽缸底相距L.现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动，稳定时发现活塞相对于汽缸移动了距离d.已知大气压强为p0，不计汽缸和活塞间的摩擦，且小车运动时，大气对活塞的压强仍可视为p0，整个过程中温度保持不变，求小车加速度的大小．

图231

【解析】　选汽缸内被封闭的气体为研究对象

小车静止时为状态1，

系统处于平衡状态，

气体的压强p1＝p0，

气体的体积V1＝SL

设小车加速度为a时为状态2，

由牛顿第二定律得p2S－p0S＝ma

气体的压强p2＝p0＋

，

气体的体积V2＝S（L－d）

由玻意耳定律得p1V1＝p2V2

联立各式得a＝

.

【答案】　

解题时的注意事项

（1）压强的确定方面：

应用玻意耳定律解题时，确定气体的压强是解题的关键，无论是液柱、活塞、汽缸，还是封闭在液面下的气柱，都不要忘记大气压强产生的影响．

（2）统一单位方面：

列方程时，由于等式两边是对应的，因此各物理量的单位可以不是国际单位，但等式两边必须统一．例如，体积可以都用升，压强可以都用大气压．

查理定律

1．等容变化

一定质量的气体，在体积不变时，压强和温度的关系．

2．查理定律

（1）内容：

一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比．

（2）公式：

＝常量或

＝

或

＝

.

（3）适用条件

①气体的质量一定，气体的体积不变．

②气体压强不太大、温度不太低．

1．在质量和体积不变的情况下，气体的压强与摄氏温度成正比．（×）

2．在体积不变的条件下，压强与热力学温度成正比．（×）

3．气体在做等容变化时，温度升高1℃，增大的压强是原来压强的

.（×）

某登山运动员在一次攀登珠穆朗玛峰的过程中，在接近山顶时他裸露在手腕上的防水手表的表盘玻璃突然爆裂了，而手表没有受到任何撞击，你知道其中的原因吗？

【提示】　手表表壳可以看成一个密闭容器，出厂时封闭着一定质量的气体，登山过程中气体发生等容变化，因为高山山顶附近的温度低很多，压强比山脚处小很多，内外压力差超过表盘玻璃的承受限度，便会发生爆裂．

1．查理定律的适用条件：

压强不太大，温度不太低的情况．当温度较低，压强较大时，气体会液化，定律不再适用．

2．公式变式

由

＝

得

＝

或Δp＝

p1，ΔT＝

T1.

6．一定质量的气体在体积不变时，下列有关气体的状态变化的说法正确的是（　　）

【导学号：

74320030】

A．温度每升高1℃，压强的增量是原来压强的

B．温度每升高1℃，压强的增量是0℃时压强的

C．气体的压强和热力学温度成正比

D．气体的压强和摄氏温度成正比

E．压强的变化量与热力学温度的变化量成正比

【解析】　根据查理定律：

p＝CT，知C正确；将T＝（273＋t）K代入得：

p＝C（273＋t），升高1℃时的压强为p1＝C（274＋t），所以Δp＝C＝

＝

，B正确；由

＝

可知E正确．

【答案】　BCE

7．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V＝335mL.假设在室温（17℃）下罐内装有0.9V的饮料，剩余空间充满CO2气体，气体压强为1atm.若易拉罐能承受的最大压强为1.2atm，则保存温度不能超过多少？

【解析】　本题为一定质量的气体发生等容变化，取CO2气体为研究对象．

初态：

p1＝1atm，T1＝（273＋17）K＝290K，

末态：

p2＝1.2atm，T2待求．

由查理定律

＝

得T2＝

＝

K＝348K.

t＝（348－273）℃＝75℃.

【答案】　75℃

利用查理定律解题的一般步骤

（1）明确研究对象，并判断是否满足其适用条件．

（2）确定始末状态参量（p1、T1，p2、T2）．

（3）根据查理定律列方程求解（注意p1和p2、T1和T2统一单位）．

盖吕萨克定律

1．等压变化

一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积和温度的关系．

2．盖吕萨克定律

（1）内容：

一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比．

（2）公式：

＝常量或

＝

或

＝

.

（3）适用条件

①气体质量一定，气体压强不变．

②气体压强不太大、温度不太低．

1．一定质量的气体，若压强保持不变，则体积与热力学温度成正比．（√）

2．一定质量的气体，若压强和体积保持不变，温度可能会发生变化．（×）

3．一定质量的气体，若体积变大，则温度一定升高．（×）

一定质量的某种气体，温度降得足够低时其状态是否发生变化？

等压变化是否还遵守盖吕萨克定律？

【提示】　当温度降得比较低时，气体就会变成液体，甚至变成固体，此时将不再遵守盖吕萨克定律．

1．盖吕萨克定律的适用范围：

压强不太大，温度不太低．原因同查理定律．

2．公式变式

由

＝

得

＝

，

所以ΔV＝

V1，ΔT＝

T1.

8．对于一定质量的气体，在压强不变时，体积增大到原来的两倍，则正确说法是（　　）

【导学号：

74320031】

A．气体的摄氏温度升高到原来的两倍

B．气体的热力学温度升高到原来的两倍

C．温度每升高1K体积增加是原来的

D．体积的变化量与温度的变化量成正比

E．气体的体积与热力学温度成正比

【解析】　由盖吕萨克定律可知A错误，B正确；温度每升高1℃即1K，体积增加是0℃体积的

，C错误；由盖吕萨克定律的变形式

＝

可知D正确；答案BDE.

【答案】　BDE

9．如图232所示，一圆柱形容器竖直放置，通过活塞封闭着摄氏温度为t的理想气体．活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距h.现通过电热丝给气体加热一段时间，结果活塞缓慢上升了h，已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计器壁向外散失的热量及活塞与器壁间的摩擦，求：

图232

（1）气体的压强；

（2）这段时间内气体的温度升高了多少？

【解析】　

（1）以活塞为研究对象，受力分析得：

pS＝p0S＋mg

解得气体的压强为p＝p0＋

.

（2）以被封闭气体为研究对象，气体经历等压变化，

初状态：

V1＝hS　T1＝273＋t

末状态：

V2＝2hS　T2＝273＋t′

由盖吕萨克定律

＝

得：

＝

解得：

t′＝273＋2t

Δt＝t′－t＝273＋t.

【答案】　

（1）p0＋

（2）273＋t

盖吕萨克定律解题的一般步骤

（1）明确研究对象，并判断是否满足适用条件．

（2）确定始末状态参量（V1、T1，V2、T2）．

（3）根据盖吕萨克定律列方程求解（注意V1和V2，T1和T2统一单位）．