2019版高中物理 第二章 气体 3 气体实验定律学案 教科版选修3-3.doc

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1、13 3 气体实验定律气体实验定律学习目标 1.知道什么是气体的状态参量.2.掌握热力学温度的定义，知道什么是温标，理解摄氏温度与热力学温度的区别与联系.3.通过实验探究，知道玻意耳定律、查理定律、盖吕萨克定律的内容和公式一、气体的状态参量1气体的状态参量描述气体状态的物理量：一定质量的气体有三个状态参量，分别是：体积、温度和压强2气体的体积和压强(1)体积：气体占有空间的大小，符号是V，单位：立方米(m3)、升(L)和毫升(mL)1L103m3,1mL106m3(2)压强：大量气体分子对器壁撞击的宏观表现符号是p，国际单位：帕斯卡(Pa)1Pa1N/m2，常用单位还有标准大气压(atm)和毫

2、米汞柱(mmHg)3温度(1)概念：表示物体冷热程度的物理量，是分子平均动能的标志(2)两种温标：摄氏温标：早期的摄氏温标规定，标准大气压下冰的熔点为 0_，水的沸点为 100_.用摄氏温标表示温度叫摄氏温度，符号是t.热力学温度用T表示，单位是开尔文，简称开(K)(3)摄氏温度t和热力学温度T间的关系：Tt273.15.二、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与体积V成反比2表达式：pV常量3适用条件：气体的质量一定，温度不变三、查理定律1等容变化：一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度的变化叫做等容变化2内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，压强p

3、与热力学温度T成正比3表达式： 常量p T4适用条件：气体的质量和体积不变2四、盖吕萨克定律1等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度的变化叫做等压变化2内容：一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成正比3表达式： 常量V T4适用条件：气体的质量和压强不变即学即用1判断下列说法的正误(1)0的温度可以用热力学温度粗略地表示为 273K()(2)气体做等容变化时，温度从 13上升到 52，则气体的压强升高为原来的 4 倍()(3)对于一定质量的气体，在压强不变时，若温度升高，则体积减小()(4)若体积增大到原来的两倍，则摄氏温度升高到原来的两倍()2一定质量的某

4、种气体发生等温变化时，若体积增大了n倍，则压强变为原来的_倍答案 1 n1一、气体的状态参量导学探究 在力学中，为了确定物体运动的状态，我们使用了物体的位移和速度这两个物理量在热学中如果我们要研究一箱气体的状态，需要哪些物理量呢？答案 体积、温度和压强知识深化1摄氏温标一种常用的表示温度的方法，规定标准大气压下冰的熔点为 0C，水的沸点为 100C.在0C 和 100C 之间均匀分成 100 等份，每份算做 1C.2热力学温标现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温标也叫绝对温标3摄氏温度与热力学温度的关系Tt273.15，可粗略地表示为Tt273.例 1 (多选)关于热力学温度与摄氏温度，下

5、列说法正确的是( )A摄氏温度和热力学温度都不能取负值B温度由t(C)升到 2t(C)时，对应的热力学温度由T(K)升到 2T(K)C33C240.15K3D摄氏温度变化 1C，也就是热力学温度变化 1K答案 CD解析 摄氏温度能取负值，A 错误；由热力学温度与摄氏温度的关系Tt273.15 知，B错误，C 正确；摄氏温度与热力学温度在表示温度的变化时，变化的数值是相同的，故 D正确二、玻意耳定律导学探究1如图 1 所示为“探究气体等温变化的规律”的实验装置，实验过程中如何保证气体的质量和温度不变？图 1答案 保证气体质量不变的方法：实验前在柱塞上涂好润滑油，以免漏气保证气体温度不变的方法改变

6、气体体积时，缓慢进行，等稳定后再读出气体压强，以防止气体体积变化太快，气体的温度发生变化实验过程中，不用手接触注射器的圆筒，防止圆筒从手上吸收热量，引起内部气体温度变化2玻意耳定律成立的条件是什么？答案 一定质量的气体，且温度不变知识深化1实验探究(1)实验器材：铁架台、玻璃管(带活塞)、气压计等(2)研究对象(系统)：玻璃管内被封闭的空气柱(3)实验方法：控制气体温度和质量不变，研究气体压强与体积的关系(4)数据收集：压强由气压计读出，空气柱长度由刻度尺读出，空气柱长度与横截面积的乘积即为体积(5)数据处理：以压强p为纵坐标，以体积的倒数 为横坐标，作出p 图像，图像结果：1 V1 Vp 图

7、像是一条过原点的直线1 V4(6)实验结论：压强跟体积的倒数成正比，即压强与体积成反比2常量的意义p1V1p2V2常量该常量与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该常量越大例 2 一定质量的气体，压强为 3atm，保持温度不变，当压强减小了 2atm 时，体积变化了 4L，则该气体原来的体积为( )A. LB2LC. LD3L4 38 3答案 B解析 设该气体原来的体积为V1，由玻意耳定律得 3V1(32)(V14)，解得V12L.利用玻意耳定律解题的基本思路1明确研究对象，并判断是否满足玻意耳定律的条件2明确初、末状态及状态参量(p1、V1；p2、V2)3根据玻意耳定律列

8、方程求解三、查理定律与盖吕萨克定律导学探究 (1)根据探究等温变化的实验方法，设计一个实验，在保持体积不变的情况下，探究压强与温度的关系(2)设计实验，探究在压强不变时体积与温度的关系答案 (1)用上面实验探究里的实验装置保证气体的体积不变，把玻璃管浸入水中，改变水温，读出不同温度时气体的压强大小，多测几组数据，用这些数据研究压强与温度的关系(2)可利用如下装置改变水温，测出不同温度时气体的体积，多测几组数据，用这些数据研究体积与温度的关系知识深化1查理定律及推论表示一定质量的某种气体从初状态(p、T)开始发生等容变化，其压强的变化量 p与温度5的变化量 T成正比2盖吕萨克定律及推论表示一定质

9、量的某种气体从初状态(V、T)开始发生等压变化，其体积的变化量 V与温度的变化量 T成正比例 3 灯泡内充有氮、氩混合气体，如果要使灯泡内的混合气体在 500时的压强不超过一个大气压，灯泡容积不变，则在 20的室温下充气，灯泡内气体的压强至多能充到多少？答案 0.38atm解析 灯泡内气体初、末状态的参量分别为气体在 500，p11atm，T1(273500)K773K.气体在 20时，T2(27320)K293K.由查理定律得p1 T1p2 T2p2p11atm0.38atm.T2 T1293 773利用查理定理解题的基本思路1明确研究对象并判断是否满足查理定律的条件2明确初、末状态及状态参

10、量(p1、T1；p2、T2)3根据查理定律列方程求解例 4 一定质量的气体在等压变化中体积增大了 ，若气体原来的温度为 27，则温度的1 2变化是( )A升高了 450KB升高了 150C降低了 150D降低了 450答案 B解析 由盖吕萨克定律可得，代入数据可知， ，得T2450K所以温度升V1 V2T1 T21 3 2300K T2高 t150K，即温度升高 150.判断出气体的压强不变是运用盖吕萨克定律的关键.61(气体的状态参量)(多选)关于温度与温标，下列说法正确的是( )A用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法B摄氏温度与热力学温度都可以取负值C摄氏温度升高 3，在热力

11、学温标中温度升高 276.15KD热力学温度升高 3K 与摄氏温度升高 3是等效的答案 AD解析 温标是温度数值的表示方法，常用的温标有摄氏温标和热力学温标，A 正确；摄氏温度可以取负值，但是热力学温度不能取负值，因为热力学温度的零点是低温的极限，故选项 B 错；摄氏温度升高 3，也就是热力学温度升高了 3K，故选项 C 错，D 正确2(玻意耳定律)如图 2 所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气( )图 2A体积不变，压强变小B体积变小，压强变大C体积不变，压强变

12、大D体积变小，压强变小答案 B解析 由题图可知空气被封闭在细管内，水面升高时，气体压强就增大，根据玻意耳定律，气体体积一定减小，B 选项正确3(查理定律)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C温度不变，压强增大D温度不变，压强减小答案 A解析 由查理定律 常量，得温度和压强只能同时升高或同时降低，故 A 项正确p T4(盖吕萨克定律)一定质量的气体，如果保持它的压强不变，降低温度，使它的体积为0时的 倍，则此时气体的温度为( )1 n7A.B.273 n2731nnC.D273n(n1) 273n1n答案 C解析 根据盖吕萨克定律，在

13、压强不变的条件下，又V1，整理后得tV0 273V1 t273V0 n.273n1n一、选择题考点一 气体的状态参量1关于温标，下列说法正确的是( )A温标不同，测量时得到同一系统的温度数值可能是不同的B不同温标表示的温度数值不同，则说明温度不同C温标的规定都是人为的，没有什么理论依据D热力学温标和摄氏温标是两种不同的温度表示方法，表示的温度数值没有关系答案 A解析 温标不同，测量同一系统的温度数值一般不同，A 对，B 错每一种温标的规定都有一定意义，如摄氏温标的 0C 表示标准大气压下冰的熔点，100C 为标准大气压下水的沸点，C 错热力学温标和摄氏温标在数值上有Tt273.15K，D 错2

14、(多选)下列关于热力学温度的说法中正确的是( )A33240KB温度变化 1，也就是温度变化 1KC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t273K答案 AB解析 热力学温度与摄氏温度的关系为Tt273K，由此可知：33240K，故 A、B选项正确；D 中初态热力学温度为t273K，末态为 2t273K，温度升高了tK，故 D 选项错误；因绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，故 C 选项错误考点二 玻意耳定律的应用3一个气泡由湖面下 20m 深处缓慢上升到湖面下 10m 深处，它的体积约变为原来体积的( )A3 倍 B2 倍 C1.5 倍 D0.7

15、倍答案 C8解析 气泡缓慢上升过程中，温度不变，气体发生等温变化，湖面下 20m 处，水的压强约为 2 个标准大气压(1 个标准大气压相当于 10m 水产生的压强)，故p13atm，p22atm，由p1V1p2V2，得：1.5，故 C 项正确V2 V1p1 p23atm 2atm4大气压强p01.0105Pa.某容器的容积为 20L，装有压强为 20105Pa 的气体，如果保持气体温度不变，把容器的开关打开，待气体达到新的平衡时，容器内剩下的气体质量与原来气体的质量之比为( )A119B120C239D118答案 B解析 由p1V1p2V2，得p1V0p0(V0V)，因V020L，则V380L

16、，即容器中剩余 20L 压强为p0的气体，而同样大气压下气体的总体积为 400L，所以剩下气体的质量与原来质量之比等于同压下气体的体积之比，即，B 项正确20 4001 20考点三 查理定律的应用5一定质量的气体，在体积不变的条件下，温度由 0升高到 10时，其压强的增量为p1，当它由 100升高到 110时，所增压强为 p2，则 p1与 p2之比是( )A101B373273C11D383283答案 C解析 由查理定律得 p T.一定质量的气体在体积不变的条件下常量，温度由p Tp T0升高到 10和由 100升高到 110，T10K 相同，故压强的增量 p1p2，C 项正确6民间常用“拔火

17、罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上其原因是，当火罐内的气体( )A温度不变时，体积减小，压强增大B体积不变时，温度降低，压强减小C压强不变时，温度降低，体积减小D质量不变时，压强增大，体积减小答案 B解析 纸片燃烧时，罐内气体的温度升高，将罐压在皮肤上后，封闭气体的体积不再改变，温度降低时，由pT知封闭气体压强减小，罐紧紧“吸”在皮肤上，B 选项正确7对于一定质量的气体，以下说法正确的是( )9A气体做等容变化时，气体的压强和摄氏温度成正比B气体做等容变化时，温度升高 1，增大的压强是原来压强的1 2

18、73C气体做等容变化时，气体压强的变化量与温度的变化量成正比D由查理定律可知，等容变化中，气体温度从t1升高到t2时，气体压强由p1增加到p2，且p2p1(1)t2t1 273答案 C解析 一定质量的气体做等容变化时，气体的压强跟热力学温度成正比，跟摄氏温度不是正比关系，A 错误；由查理定律得，故气体做等容变化时，温度升高 1，增大的p pT T压强是原来压强的 (T为气体原来的热力学温度)，B 错误；因为常量，1 Tp1 T1p2 T2p2p1 T2T1可知气体压强的变化量总是跟温度的变化量成正比，无论是摄氏温度，还是热力学温度，C 正确；p2p1(1)，D 错误t2t1 t1273考点四

19、盖吕萨克定律的应用8一定质量的气体保持其压强不变，若热力学温度降为原来的一半，则气体的体积变为原来的( )A四倍B二倍C一半D四分之一答案 C9房间里气温升高 3时，房间内的空气将有 1%逸出到房间外，由此可计算出房间内原来的温度是( )A7B7C17D27答案 D解析 以升温前房间里的气体为研究对象，由盖吕萨克定律：，解得：T3 TV11%VT300K，t27.所以答案选 D.10一定质量的气体，在压强不变的情况下，温度由 5升到 10，体积的增量为 V1；温度由 10升到 15，体积的增量为 V2，则( )AV1V2BV1V2CV1V2D无法确定答案 A10解析 解法一：当p不变时，由盖吕

20、萨克定律 常量，知，V1V2V1V TV1 278V2 283V3 288V1，V2V3V2V2V1V1，故 A 正确5 2785 2835 283283 2785 278解法二：当p不变时，由常量，T1T25K，则 V1V2.V T二、非选择题11(玻意耳定律的应用)如图 1 所示，喷雾器内有 10L 水，上部封闭有 1atm 的空气2L关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入 1atm 的空气 3L(设外界环境温度一定，空气可看作理想气体)当水面上方空气温度与外界温度相等时，求空气压强图 1答案 2.5atm解析 设空气初态压强为p1，体积为V1；末态压强为p2，体积为V2，由玻意耳定律p1

21、V1p2V2将p11atm，V12L3L5L，V22L代入上式得，p22.5atm.12(查理定律的应用)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V355mL.假设在室温(17)罐内装有 0.9V的饮料，剩余空间充满 CO2气体，气体压强为 1atm.若易拉罐承受的压强为 1.2atm，则保存温度不能超过多少摄氏度？答案 75解析 取 CO2气体为研究对象，则：初状态：p11atm，T1(27317) K290K.末状态：p21.2atm，T2未知量气体发生等容变化，由查理定律得：p1 T1p2 T2T2T1K348K，p2 p11.2

22、290 1t(348273) 75.13(气体实验定律的综合应用)有一块防水仪表，密封性能良好，表内外压强差超过6.0104Pa 时表盘玻璃将爆裂某运动员携带此表攀登珠峰，山下温度为 27，表内气压11为 1.0105Pa，表内气体的摩尔体积为V.登上珠峰时，表盘玻璃发生爆裂，此时山上气温为23，表内气体体积的变化可忽略不计分析说明表盘玻璃是向外还是向内爆裂，并求山顶大气压强是多少？(结果保留两位有效数字)答案 见解析解析 以表内气体为研究对象，初状态为p11.0105Pa，T1300K末状态为p2，T2(27323) K250K根据查理定律得p1 T1p2 T2解得：p2T2Pa8.3104Pap1 T11.0 105 250 300若表盘向内爆裂，则山上气压为pp2p1.43105Pa因为山上气压小于山脚下气压，故向内爆裂是不可能的，所以表盘是向外爆裂由 p2pp，得 p2.3104Pa.即山上大气压为 2.3104Pa.