高中物理 2.8 氣體實(shí)驗(yàn)定律（二）課件 粵教版選修3-3.ppt

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目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,一、查理定律 1.一定質(zhì)量的氣體在體積不變的情況下發(fā)生的狀態(tài)變化過(guò)程,叫等容過(guò)程. 2.查理定律:一定質(zhì)量的氣體,在體積不變的情況下,壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比.公式是p∝T或 .各種氣體的壓強(qiáng)與溫度之間都有線性關(guān)系.在等容過(guò)程中,壓強(qiáng)p與攝氏溫度t是一次函數(shù)關(guān)系,不是簡(jiǎn)單的正比關(guān)系.壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T才是成正比關(guān)系.,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,3.等容線:一定質(zhì)量的某種氣體做等容變化時(shí),表示該過(guò)程的p-T圖線稱為等容線;如圖所示,等容線是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線.,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,在p-T坐標(biāo)系中,一定質(zhì)量的氣體的等容線的斜率越大,氣體的體積越大嗎? 答案:不對(duì).如圖所示,壓強(qiáng)相同時(shí),溫度越高,體積越大,所以V2V1,即斜率越小,氣體體積越大.,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,二、蓋—呂薩克定律 1.一定質(zhì)量的氣體在壓強(qiáng)不變的情況下發(fā)生的狀態(tài)變化過(guò)程,叫等壓過(guò)程. 2.蓋—呂薩克定律:一定質(zhì)量的氣體,在壓強(qiáng)不變的情況下,體積與熱力學(xué)溫度成正比.公式是V∝T或 3.等壓線:一定質(zhì)量的某種氣體做等壓變化時(shí),表示該過(guò)程的V-T圖線稱為等壓線;如圖所示,等壓線是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線.,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,我國(guó)民間常用“拔火罐”來(lái)治療某些疾病,即用一個(gè)小罐將紙燃燒后放入罐內(nèi),然后迅速將火罐開口端緊壓在人體的皮膚上,待火罐冷卻后,火罐 就被緊緊地“吸”在皮膚上.你知道其中的道理嗎? 答案:火罐內(nèi)的氣體體積一定,冷卻后氣體的溫度降低,壓強(qiáng)減小,故在大氣壓力作用下被吸在皮膚上.,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,三、理想氣體 1.氣體實(shí)驗(yàn)定律的適用條件:壓強(qiáng)不太大,溫度不太低. 2.嚴(yán)格遵守三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律的氣體,叫理想氣體. 3.實(shí)際氣體在溫度(與室溫比)不太低,壓強(qiáng)(與大氣壓比)不太大的情況下,可看成理想氣體.,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,四、理想氣體狀態(tài)方程 一定質(zhì)量的理想氣體,在狀態(tài)變化過(guò)程中,壓強(qiáng)與體積的乘積與熱力學(xué)溫度成正比.公式是,,,,,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一、查理定律的理解 1.查理定律的理解 (1)雖然由實(shí)驗(yàn)事實(shí)知道,氣體體積一定時(shí),各種氣體的壓強(qiáng)與溫度之間都有線性關(guān)系,但只有當(dāng)溫度采用熱力學(xué)溫度時(shí),該線性關(guān)系才是過(guò)原點(diǎn)的直線,因此氣體壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比. (2)表達(dá)式:,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,2.等容線 等容過(guò)程的p-T圖象和p-t圖象. (1)p-T圖象:一定質(zhì)量的某種氣體,在等容過(guò)程中,氣體的壓強(qiáng)p和熱力學(xué)溫度T的關(guān)系圖線是過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線,如圖所示,且V1V2,即體積越大,斜率越小.,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,(2)p-t圖象:一定質(zhì)量的某種氣體,在等容過(guò)程中,壓強(qiáng)p與攝氏溫度t是一次函數(shù)關(guān)系,不是簡(jiǎn)單的正比例關(guān)系,如圖所示,等容線是一條延長(zhǎng)線通過(guò)橫軸-273.15 ℃的點(diǎn)的傾斜直線,且斜率越大,體積越小.圖象縱軸的截距p0是氣體在0 ℃時(shí)的壓強(qiáng). 等容線在p-T圖象中是一條經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的直線,而在p-t圖象中不過(guò)原點(diǎn),其延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)為-273.15 ℃.,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,1.嘗試根據(jù)等容線說(shuō)明為什么絕對(duì)零度是低溫的極限,只能接近,不能達(dá)到? 答案:在p-T坐標(biāo)系中,等容線是一條延長(zhǎng)線通過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線.事實(shí)上,在溫度很低時(shí),查理定律已不適用了.由查理定律外推得出的結(jié)果表明,絕對(duì)零度時(shí),氣體壓強(qiáng)為零,說(shuō)明分子將停止運(yùn)動(dòng),這是不可能的,所以,絕對(duì)零度是低溫的極限,只能接近,不能達(dá)到.正因?yàn)槿绱?在p-T坐標(biāo)系中畫等容線時(shí),原點(diǎn)附近一小段應(yīng)畫成虛線,表示它僅是外推的結(jié)果. 2.等容線的斜率大小與氣體體積大小之間有怎樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系? 答案:一定質(zhì)量的氣體在不同容積的容器中做等容變化時(shí),在p-T直角坐標(biāo)系中,得到的是通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜直線.直線的斜率越大,體積越小.,,,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】 扣在水平桌面上的熱杯蓋有時(shí)會(huì)發(fā)生被頂起的現(xiàn)象.如圖,截面積為S的熱杯蓋扣在水平桌面上,開始時(shí)內(nèi)部封閉氣體的溫度為300 K,壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)p0.當(dāng)封閉氣體溫度上升至303 K時(shí),杯蓋恰好被整體頂起,放出少許氣體后又落回桌面,其內(nèi)部氣體壓強(qiáng)立刻減為p0,溫度仍為303 K.再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,內(nèi)部氣體溫度恢復(fù)到300 K.整個(gè)過(guò)程中封閉氣體均可視為理想氣體.求: (導(dǎo)學(xué)號(hào)51140024) (1)當(dāng)溫度上升到303 K且尚未放氣時(shí),封閉氣體的壓強(qiáng); (2)當(dāng)溫度恢復(fù)到300 K時(shí),豎直向上提起杯蓋所需的最小力.,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,2.容積為2 L的燒瓶,在壓強(qiáng)為1.0105 Pa時(shí),用塞子塞住瓶口,此時(shí)溫度為27 ℃,當(dāng)把它加熱到127 ℃時(shí),塞子被彈開了,稍過(guò)一會(huì)兒,重新把塞子塞好,停止加熱并使它逐漸降溫到27 ℃,求: (1)塞子彈開前的最大壓強(qiáng); (2)27 ℃時(shí)剩余空氣的壓強(qiáng). 答案:(1)1.33105 Pa (2)0.75105 Pa,,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,解析:塞子彈開前,瓶?jī)?nèi)氣體的狀態(tài)變化為等容變化.塞子打開后,瓶?jī)?nèi)有部分氣體會(huì)逸出,此后應(yīng)選擇瓶中剩余氣體為研究對(duì)象,再利用查理定律求解. (1)塞子打開前,選瓶中氣體為研究對(duì)象: 初態(tài):p1=1.0105 Pa,T1=(273+27) K=300 K; 末態(tài):T2=(273+127) K=400 K. (2)塞子塞緊后,選瓶中剩余氣體為研究對(duì)象: 初態(tài):p1=1.0105 Pa,T1=400 K; 末態(tài):T2=300 K.,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,2.p-T圖象與V-T圖象的比較,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,3.對(duì)于p-T圖象與V-T圖象的注意事項(xiàng) (1)首先要明確是p-T圖象還是V-T圖象. (2)不是熱力學(xué)溫度的先轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)溫度. (3)解決問(wèn)題時(shí),要將圖象與實(shí)際情況相結(jié)合.,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,試寫出攝氏溫標(biāo)下蓋—呂薩克定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式.在攝氏溫標(biāo)下應(yīng)該怎樣表述蓋—呂薩克定律?,,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】(2015全國(guó)理綜Ⅰ)如圖,一固定的豎直汽缸由一大一小兩個(gè)同軸圓筒組成,兩圓筒中各有一個(gè)活塞.已知大活塞的質(zhì)量為m1=2.50 kg,橫截面積為S1=80.0 cm2;小活塞的質(zhì)量為m2=1.50 kg,橫截面積為S2=40.0 cm2;兩活塞用剛性輕桿連接,間距保持為l=40.0 cm;汽缸外大氣的壓強(qiáng)為p=1.00105 Pa,溫度為T=303 K.初始時(shí)大活塞與大圓筒底部相距 ,兩活塞間封閉氣體的溫度為T1=495 K.現(xiàn)汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降,活塞緩慢下移.忽略兩活塞與汽缸壁之間的摩擦,重力加速度g取10 m/s2.求:(導(dǎo)學(xué)號(hào)51140025),(1)在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間,缸內(nèi)封閉氣體的溫度; (2)缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達(dá)到熱平衡時(shí),缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng).,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,(2)在大活塞與大圓筒底部剛接觸時(shí),被封閉氣體的壓強(qiáng)為p1.在此后與汽缸外大氣達(dá)到熱平衡的過(guò)程中,被封閉氣體的體積不變.設(shè)達(dá)到熱平衡時(shí)被封閉氣體的壓強(qiáng)為p,由查理定律,有 聯(lián)立③⑤⑥式,并代入題給數(shù)據(jù),得 p=1.01105 Pa.⑦ 答案:(1)330 K (2)1.01105 Pa,,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,1.一定質(zhì)量的氣體,27 ℃時(shí)體積為1.010-2 m3,在壓強(qiáng)不變的情況下,溫度升高到100 ℃時(shí)體積為多少? 答案:1.2410-2 m3 解析:初狀態(tài)V1=1.010-2 m3, T1=(27+273) K=300 K; 末狀態(tài):T2=(100+273) K=373 K.,,,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,2.有一個(gè)底部開口的熱氣球,其體積V=1.1 m3是常數(shù),氣球球皮的質(zhì)量m0=0.187 kg,氣球球皮的體積可忽略不計(jì).空氣的初始溫度為t0=20 ℃,大氣壓強(qiáng)為p0,此時(shí)空氣的密度為ρ0=1.2 kg/m3.為使氣球剛好能浮起,氣球內(nèi)的空氣必須加熱到多少攝氏度? (導(dǎo)學(xué)號(hào)51140026) 答案:68.4 ℃,,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,案例探究,方法規(guī)律,液柱移動(dòng)的分析技巧 在一粗細(xì)均勻且兩端封閉的U形玻璃管內(nèi),裝有一段水銀柱,將A和B兩端的氣體隔開,如圖所示.在室溫下,A、B兩端的氣體體積都是V,管內(nèi)水銀面的高度差為Δh,現(xiàn)將它豎直地全部浸沒在沸水中,高度差Δh怎么變化? (導(dǎo)學(xué)號(hào)51140027),案例探究,方法規(guī)律,解析:設(shè)氣體體積不變,由查理定律 ΔT.A、B兩氣體初溫T相同,又都升高相同溫度,即ΔT相同,開始pApB,故升溫后B氣體的壓強(qiáng)增加得多,即ΔpAΔpB,故高度差Δh增大. 答案:增大,,案例探究,方法規(guī)律,以如圖所示的裝置為例.兩端封閉、粗細(xì)均勻、豎直放置的玻璃管內(nèi)有一段長(zhǎng)為h的水銀柱,將管內(nèi)氣體分為兩部分.若使兩部分氣體同時(shí)升高相同的溫度,管內(nèi)水銀柱將如何移動(dòng)?(設(shè)原來(lái)溫度相同),案例探究,方法規(guī)律,(2)圖象法:判斷液柱移動(dòng)還可用圖象法,在同一p-T坐標(biāo)系中畫出兩段氣柱的等容線,如圖所示,在溫度相同時(shí)p1p2,得氣柱l1等容線的斜率較大,當(dāng)兩氣柱升高相同的溫度ΔT時(shí),其壓強(qiáng)的增量Δp1Δp2,水銀柱上移. (3)極限法:由于管上段氣柱壓強(qiáng)p2較下段氣柱壓強(qiáng)p1小,設(shè)想p2→0,即管上部近似認(rèn)為是真空,于是立即得到溫度T升高,水銀柱向上移動(dòng).,