第二章氣體、固體和液體學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過生活情景探究,知道氣體的等壓變化過程,掌握蓋-呂薩克定律的內(nèi)容、表達(dá)式,理解V-T圖像的物理意義,培養(yǎng)模型建構(gòu)能力和解決實際問題的能力.2.通過生活情景探究,知道氣體的等容變化過程,理解查理定律的內(nèi)容、p-T圖像的物理意義,知道查理定律的適用條件,培養(yǎng)模型建構(gòu)能力和解決實際問題的能力.3.通過生活情景探究,了解理想氣體模型,知道氣體看成理想氣體的條件,理解理想氣體的狀態(tài)方程,會用分子動理論的知識解釋氣體實驗定律,會運用氣體變化規(guī)律解決實際問題.3

氣體的等壓變化和等容變化知識點一

氣體的等壓變化

壓強(qiáng)不變體積壓強(qiáng)正比CT質(zhì)量壓強(qiáng)3.三國時期著名的軍事家、政治家諸葛亮發(fā)明了一種可以升空的信號燈——孔明燈,用來進(jìn)行信號聯(lián)絡(luò).你知道孔明燈為什么能夠升空嗎?答案:孔明燈火焰放出的熱量使燈內(nèi)的氣體做等壓膨脹,部分氣體從孔明燈內(nèi)溢出,燈內(nèi)氣體的質(zhì)量減小,當(dāng)大氣對孔明燈的浮力大于孔明燈的重力時,孔明燈就能升空了.知識點二氣體的等容變化1.等容變化:一定質(zhì)量的某種氣體,在

不變時,

隨溫度變化的過程.2.查理定律.(1)內(nèi)容:

的某種氣體,在

不變的情況下,壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T成

.(2)表達(dá)式:

或

或

.體積壓強(qiáng)一定質(zhì)量正比體積p=CT

3.某登山運動員在一次攀登珠穆朗瑪峰的過程中,在接近山頂時他裸露在手腕上的防水手表的表盤玻璃突然爆裂了,但手表沒有受到任何撞擊,你知道其中的原因嗎?答案:手表表殼可以看成一個密閉容器,表殼內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的氣體,登山過程中氣體發(fā)生等容變化,高山山頂附近的溫度比山腳處低很多,壓強(qiáng)比山腳處小很多,內(nèi)外壓力差超過表盤玻璃的承受限度,表盤玻璃便會發(fā)生爆裂.知識點三理想氣體1.理想氣體.在任何溫度、任何壓強(qiáng)下都遵從

的氣體.2.理想氣體與實際氣體.在

不低于零下幾十?dāng)z氏度、

不超過大氣壓的幾倍時,把實際氣體當(dāng)成理想氣體來處理,誤差很小.氣體實驗定律溫度壓強(qiáng)小試身手判斷下列說法的正誤并和同學(xué)交流(正確的打“√”,錯誤的打“×”).

×√××

×√×5.一定質(zhì)量的某種氣體,在壓強(qiáng)不變時,其V-T圖像是過原點的直線.(√)探究一氣體的等壓變化問題情境燒瓶上通過橡膠塞連接一根玻璃管,向玻璃管中注入一段水柱.用手捂住燒瓶,會觀察到水柱緩慢向外移動,如圖所示.

1.用手捂住燒瓶前后,燒瓶內(nèi)氣體的壓強(qiáng)怎樣變化?水柱緩慢向外移動說明了什么?答案:燒瓶內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不變,等于大氣壓強(qiáng).水柱緩慢向外移動的現(xiàn)象說明,在保持氣體的壓強(qiáng)不變的情況下,一定質(zhì)量氣體的體積隨溫度的升高而增大.2.依據(jù)蓋-呂薩克通過實驗探究得到的V-T

圖像(如圖所示)總結(jié)出氣體的等壓變化規(guī)律.答案:一定質(zhì)量的某種氣體,在壓強(qiáng)不變的情況下,其體積V與熱力學(xué)溫度T成正比.過程建構(gòu)

【典例1】如圖所示,汽缸A中封閉有一定質(zhì)量的某種氣體,活塞B與A的接觸是光滑的且不漏氣,B上放一重物C,B與C的總重力為G,大氣壓強(qiáng)為p0.當(dāng)汽缸內(nèi)氣體溫度是20℃時,活塞與汽缸底部的距離為h1;當(dāng)汽缸內(nèi)氣體溫度是100℃時,活塞與汽缸底部的距離是多少?設(shè)T=t+273K.

答案:1.27h1應(yīng)用蓋-呂薩克定律解題的方法探究二氣體的等容變化問題情境擰緊蓋的水杯(內(nèi)盛半杯熱水)放置一段時間后很難打開杯蓋;打足氣的自行車在烈日下暴曬,常常會爆胎.1.為什么很難打開杯蓋?自行車在烈日下暴曬,常常會爆胎,原因是什么?答案:放置一段時間后,杯內(nèi)的空氣溫度降低,壓強(qiáng)減小,外界的大氣壓強(qiáng)大于杯內(nèi)空氣壓強(qiáng),所以杯蓋很難打開.車胎在烈日下暴曬,車胎內(nèi)的氣體溫度升高,氣體的壓強(qiáng)增大,把車胎脹破.2.實驗得到的壓強(qiáng)p與攝氏溫度t的圖像是一次函數(shù)圖像,如圖所示.怎樣處理就能獲得更簡單的關(guān)系?答案:把直線AB延長至與橫軸相交(圖甲),交點的橫坐標(biāo)為-273.15℃,若把交點作為坐標(biāo)原點(原點對應(yīng)的溫度就是熱力學(xué)溫度的0K,也稱絕對零度)建立新的坐標(biāo)系,那么,這時的壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系就是正比例關(guān)系了,如圖乙所示.甲乙過程建構(gòu)

4.等容變化的p-T圖像與等壓變化的V-T圖像的比較.項目等容變化的p-T圖像等壓變化的V-T圖像不同點圖像縱坐標(biāo)壓強(qiáng)p體積V斜率意義斜率越大,體積越小,V4<V3<V2<V1斜率越大,壓強(qiáng)越小,p4<p3<p2<p1相同點(1)都是一條通過原點的傾斜直線(2)都是斜率越大,氣體的另外一個狀態(tài)參量越小【典例2】某氣體溫度計的結(jié)構(gòu)如圖所示,玻璃測溫泡A內(nèi)充有氣體,通過細(xì)玻璃管B和水銀壓強(qiáng)計相連,開始時A處于冰水混合物中,左管C中水銀面在O點處,右管D中水銀面高出O點h1=14cm;將A放入待測恒溫槽中,上下移動D,使C中水銀面仍在O點處,測得D中水銀面高出O點h2=44cm.求恒溫槽的溫度.已知外界大氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓p0,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)于76cm高的水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng).設(shè)T=t+273K.答案:

364K(或91℃)

應(yīng)用查理定律解題的一般步驟【典例3】圖甲是一定質(zhì)量的某種氣體由狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的V-T圖像,已知氣體在狀態(tài)A時的壓強(qiáng)是1.5×105Pa.甲乙(1)A→B過程中壓強(qiáng)怎樣變化?根據(jù)圖像提供的信息,計算圖中TA的值.(2)請在圖乙所示坐標(biāo)系中,作出氣體由狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的p-T圖像,并在圖像相應(yīng)位置上標(biāo)出字母A、B、C.如果需要計算才能確定相關(guān)坐標(biāo)值,那么請寫出計算過程.

答案:(1)壓強(qiáng)不變

200K

(2)見解析.探究三理想氣體理想氣體的狀態(tài)方程問題情境如圖所示,儲氣罐中存有高壓氣體.答案:在高壓、低溫狀態(tài)下,氣體狀態(tài)發(fā)生改變時,將不會嚴(yán)格遵守氣體實驗定律,因為在高壓、低溫狀態(tài)下,氣體的狀態(tài)可能已接近或已成為液態(tài),故氣體實驗定律將不再適用.1.氣體在壓強(qiáng)很大,溫度很低,其狀態(tài)發(fā)生變化時,還遵守氣體實驗定律嗎?為什么?2.在生產(chǎn)和生活實際中是否存在理想氣體?研究理想氣體有何意義?答案:理想氣體是一種理想模型,實際中并不存在.理想氣體是對實際氣體的科學(xué)抽象,考慮主要因素,忽略次要因素,使氣體狀態(tài)變化的問題易于分析和計算.3.實際氣體在怎樣的情況下可當(dāng)成理想氣體處理?答案:在溫度不低于零下幾十?dāng)z氏度、壓強(qiáng)不超過大氣壓的幾倍時,把實際氣體當(dāng)成理想氣體來處理,誤差很小.4.一定質(zhì)量理想氣體由初態(tài)(p1、V1、T1)變化到末態(tài)(p2、V2、T2),利用三個氣體實驗定律,推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)方程.答案:推導(dǎo)方法及流程如下:

過程建構(gòu)1.理想氣體的特點.(1)理想氣體是不存在的,是一種理想模型.(2)在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大時實際氣體都可看成理想氣體.(3)從微觀角度:分子間以及分子和器壁間,除碰撞外無其他作用力,分子本身沒有體積,即認(rèn)為它所占據(jù)的空間都是可以被壓縮的空間.

(4)從能量角度:理想氣體的微觀本質(zhì)是忽略了分子間的作用力,沒有分子勢能,理想氣體的內(nèi)能只有分子動能.

【典例4】(多選)對于一定質(zhì)量的理想氣體,下列狀態(tài)變化不可能實現(xiàn)的是 (

)A.使氣體體積增大,溫度降低、壓強(qiáng)減小B.使氣體溫度升高,體積不變、壓強(qiáng)減小C.使氣體溫度不變,壓強(qiáng)、體積同時增大D.使氣體溫度降低,壓強(qiáng)減小、體積減小

答案:BC【典例5】如圖所示,粗細(xì)均勻一端封閉一端開口的U形玻璃管,當(dāng)t1=31℃,大氣壓強(qiáng)p0相當(dāng)于76cm高的水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)時,兩管水銀面相平,這時左管被封閉的空氣柱長l1=8cm,當(dāng)溫度t2是多少時,左管空氣柱長l2為9cm?設(shè)T=t+273K.

答案:78℃應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程解題的方法探究四氣體實驗定律的微觀解釋問題情境由分子動理論可知組成物質(zhì)的分子在做永不停息的無規(guī)則運動,溫度越高,分子的熱運動越劇烈,溫度是分子平均動能的標(biāo)志.通過上面的學(xué)習(xí)我們知道理想氣體的微觀本質(zhì)是忽略了分子間的作用力,沒有分子勢能,理想氣體的內(nèi)能只有分子動能.1.對理想氣體而言,其內(nèi)能的標(biāo)志是什么?答案:理想氣體的內(nèi)能只有分子動能,溫度是分子平均動能的標(biāo)志,理想氣體的內(nèi)能的標(biāo)志是溫度.2.試用分子動理論的知識定性解釋玻意耳定律.答案:一定質(zhì)量的某種理想氣體,溫度保持不變時,分子的平均動能是一定的.在這種情況下,體積減小時,分子的數(shù)密度增大,單位時間內(nèi)、單位面積上碰撞器壁的分子數(shù)就多,氣體的壓強(qiáng)就增大.3.試用分子動理論的知識定性解釋蓋-呂薩克定律.答案:一定質(zhì)量的某種理想氣體,溫度升高時,分子的平均動能增大;只有氣體的體積同時增大,使分子的數(shù)密度減小,才能保持壓強(qiáng)不變.4.試用分子動理論的知識定性解釋查理定律.答案:一定質(zhì)量的某種理想氣體,體積保持不變時,分子的數(shù)密度保持不變.在這種情況下,溫度升高時,分子的平均動能增大,氣體的壓強(qiáng)就增大.1.玻意耳定律的微觀解釋.如圖所示,溫度不變,分子的平均動能不變.體積越小,分子越密集,單位時間內(nèi)撞到單位面積器壁上的分子數(shù)就越多,氣體的壓強(qiáng)就越大.過程建構(gòu)2.蓋-呂薩克定律的微觀解釋.如圖所示,溫度升高,分子平均動能增大,撞擊器壁的作用力變大,而要使壓強(qiáng)不變,則需影響壓強(qiáng)的另一個因素即分子的密集程度，分子的密集程度減小,氣體的體積增大.低溫高溫3.查理定律的微觀解釋.如圖所示,體積不變,分子的數(shù)密度不變,溫度升高,分子平均動能增大,分子撞擊器壁單位面積的作用力變大,氣體的壓強(qiáng)增大.低溫高溫【典例6】在一定的溫度下,一定質(zhì)量的某種理想氣體體積減小時,氣體的壓強(qiáng)增大,這是由于(

)A.單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多,單位時間內(nèi)、單位面積上分子對器壁碰撞的次數(shù)增多B.氣體分子的數(shù)密度變大,分子對器壁的吸引力變大C.每個氣體分子對器壁的撞擊力都變大D.氣體密度增大,單位體積內(nèi)分子總重力變大解析:氣體壓強(qiáng)的微觀表現(xiàn)是氣體分子在單位時間內(nèi)對單位面積器壁的碰撞次數(shù),是由分子的平均動能和單位體積內(nèi)的分子數(shù)共同決定的.溫度不變,氣體分子的平均動能不變,氣體體積減小時,單位體積內(nèi)分子數(shù)增多,故氣體的壓強(qiáng)增大.選項A正確.答案:A課堂評價1.(多選)下列關(guān)于理想氣體的說法,正確的是(

)A.理想氣體分子本身的大小比起分子之間的平均距離可以忽略不計B.理想氣體的分子不做無規(guī)則運動C.理想氣體的分子間除碰撞外不存在相互作用力D.理想氣體沒有分子勢能,內(nèi)能只由溫度和物質(zhì)的量來決定解析:所有物質(zhì)的分子包括理想氣體的分子都在不停地做無規(guī)則運動.答案:ACD2.(多選)汽缸內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的理想氣體,如果保持氣體體積不變,當(dāng)溫度升高時 (

)A.氣體分子的數(shù)密度增大B.氣體的壓強(qiáng)增大C.氣體分子的平均動能減小D.每秒撞擊器壁單位面積上的氣體分子數(shù)增多答案:BD解析:一定質(zhì)量的理想氣體,體積不變,分子的數(shù)密度一定,當(dāng)溫度升高時,分子的平均動能變大,平均速率變大,每秒撞擊器壁單位面積上的氣體分子數(shù)增多,沖力增大,因而氣體壓強(qiáng)一定增大,故A、C錯誤,B、D正確.3.密封在壓強(qiáng)不變的容器中的理想氣體,當(dāng)溫度升高時(

)A.體積變大

B.體積變小C.體積不變

D.都有可能解析:壓強(qiáng)不變時,體積V與溫度T成正比,因此溫度升高時氣體的體積變大.答案:A4.一定質(zhì)量的理想氣體的p-t圖像如圖所示,在氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中,其體積 (

)A.一定不變 B.一定減小C.