选择性必修三第二章气体、固体、液体：第3节 气体的等压变化和等容变化习题课（共16张ppt）

(共16张PPT)
选择性必修三第二章 气体、固体、液体
第3节 气体的等压变化和等容变化习题课
复习：
1.气体等压变化的内容、公式、条件以及对应的图像是什么？
2.气体等容变化的内容、公式、条件以及对应的图像是什么？
(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: (C为比例常数)或 。
(3)条件:气体质量一定,压强不变。
(1)内容:一定质量的某种气体,在体积不变的情况下,其压强P与热力学温度T成正比。
(2)公式: (C为比例常数)或 。
(3)条件:气体质量一定,体积不变。
3.理想气体状态方程是？
条件：一定质量的理想气体
一、气体的等压变化
情境1：如图所示，空的饮料罐中插入一根粗细均匀的透明吸管，接口处密封，吸管内注入一小段油柱(长度可以忽略)，制成简易气温计，已知饮料罐的容积为V，吸管内部横截面积为S，接口外吸管长度为L0。当温度为T1时，油柱与接口相距L1，不计大气压的变化。
问题1：研究对象是哪部分气体？
问题2：温度升高，油柱再次稳定时，研究气体的压强和体积相比温度升高前，如何变化？
问题3：温度改变时，体积随温度变化的图像如何？
油柱左边的密封气体
压强不变，体积变大
问题4：简要说明吸管上标示的气温刻度是否均匀；
根据盖－吕萨克定律： ，则 ，所以ΔV＝CΔT，即体积的变化量与温度的变化量成正比，吸管上标的刻度是均匀的；
一、气体的等压变化
情境1：如图所示，空的饮料罐中插入一根粗细均匀的透明吸管，接口处密封，吸管内注入一小段油柱(长度可以忽略)，制成简易气温计，已知饮料罐的容积为V，吸管内部横截面积为S，接口外吸管长度为L0。当温度为T1时，油柱与接口相距L1，不计大气压的变化。
问题6：求气温计能测量的最高温度Tm。
问题7：若已知罐的容积是360cm3，横截面积为0.2cm2，吸管有效长度为20cm，当温度为250C时，油柱离管口10cm。若给吸管上标刻温度值，试估算这个气温计的测量范围。
温度最低时：
温度最高时：
测温范围：
问题5：温度最低和最高时，吸管中的油柱在哪个位置？
温度最低：吸管最左端；
温度最高：吸管最右端。
一、气体的等压变化
一、气体的等压变化
情境变式1-1：温度计是生活、生产中常用的测温装置。右图为一个简单温度计，一根装有一小段有色水柱的细玻璃管穿过橡皮塞插入烧瓶内，封闭一定质量的气体。当外界温度发生变化时，水柱位置将上下变化。已知A、D间的测量范围为20℃～80℃，A、D间刻度均匀分布。由图可知，A、D及有色水柱下端所示的温度分别是 （ ）
A．20℃、80℃、64℃ B．20℃、80℃、68℃
C．80℃、20℃、32℃ D．80℃、20℃、34℃
C
D
B
A
设D点下容器的体积为V, 一小格玻璃管的体积为V0。
C
解得
t=32℃
A处，气体体积最大，温度最高，为80℃；
D处，气体体积最小，温度最低，为20℃；
D刻度：V，T=（273+20）K
A刻度：V+15V0，T’=（273+80）K
D刻度：V，T=（273+20）K
油柱所在刻度：V+3V0，T’=（273+t）K
一、气体的等压变化
情境变式1-2：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(　　)
A．－7 ℃　　B．7 ℃　　C．17 ℃　　D．27 ℃
解析：以升温前房间里的气体为研究对象，大气压强不变：
初状态：房间内的空气体积为V0，温度为T0；
末状态：空气体积为V0（1+1%），温度为T0+3；
由盖－吕萨克定律：
二、气体的等容变化
情境2：汽车行驶时轮胎的胎压太高容易造成爆胎事故，太低会造成耗油上升．已知某型号轮胎能在－40 ℃～90 ℃正常工作，为使轮胎在此温度范围内工作时的最高胎压不超过3.5 atm，最低胎压不低于1.6 atm。(设轮胎容积不变)
问题1：研究对象是哪部分气体？
胎内气体
问题2：胎内气体温度升高，稳定后，胎内气体的压强和体积与升温前相比，如何变化？
体积不变，压强变大。
问题3：胎内气体温度改变时，压强随温度变化的图像如何？
问题4：轮胎能在－40 ℃～90 ℃正常工作时，哪个温度胎压最低？哪个温度胎压最高？
压强与绝对温度T成正比。故－40 ℃时，胎压最低；90 ℃时，胎压最高。
二、气体的等容变化
情境2：汽车行驶时轮胎的胎压太高容易造成爆胎事故，太低会造成耗油上升．已知某型号轮胎能在－40 ℃～90 ℃正常工作，为使轮胎在此温度范围内工作时的最高胎压不超过3.5 atm，最低胎压不低于1.6 atm。(设轮胎容积不变)
设在t＝20 ℃时，即T0=293K时，充气后胎压为Pmin，t＝－40 ℃，即T1=233K时，压强为P1=1.6 atm.
问题5：为保证最低胎压不低于1.6 atm，那么t＝20 ℃时给该轮胎充气，充气后的胎压应满足什么条件？
问题6：为保证最高胎压不超过3.5 atm，那么t＝20 ℃时给该轮胎充气，充气后的胎压应满足什么条件？
设在t＝20 ℃时，即T0=293K时，充气后胎压为Pmax，t＝90 ℃，即T2=363K时，压强为P2=3.5 atm.
即，t＝20 ℃时给该轮胎充气，充气后的胎压范围为
二、气体的等容变化
二、气体的等容变化
情境变式2-1：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1atm，在20℃下充气，灯泡内气体的压强至多能充到多少？
解析：以灯泡内气体为研究对象，温度升高时体积不变。
初状态：温度为t1＝20℃，故T1＝（273+20） K，压强为p1；
末状态：温度为t2＝500℃，故T2＝（273+500） K，压强为p2=1atm.
应用查理定律即可求出初状态的压强．
二、气体的等容变化
情境变式2-2：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。该手表出厂时给出的参数为：27 ℃时表内气体压强为1.0×105 Pa(常温下的大气压强值)，当内外压强差超过6.0×104 Pa时表盘玻璃将爆裂。当时登山运动员携带的温度计的读数是－21 ℃，表内气体体积的变化可忽略不计。
(1)通过计算判断手表的表盘玻璃是向外爆裂还是向内爆裂？
(2)当时外界的大气压强为多少？
解析：（1）以表内气体为研究对象，则
初状态：p1＝1.0×105 Pa，T1＝300 K，
末状态：压强为p2，温度为T2＝252 K
如果是向内爆裂，则外界大气压强为p0＝8.4×104 Pa+6×104 Pa=1.44×105 Pa，大于山脚下大气压（即常温大气压），这是不可能的，所以表盘玻璃是向外爆裂的
解析：（2）当时外界大气压强为p0＝p2-6×104 Pa=8.4×104 Pa-6×104 Pa=2.4×104 Pa
二、气体的等容变化
情境变式2-3：1697年法国物理学家帕平发明了高压锅，高压锅与普通铝锅不同，锅盖通过几个牙齿似的锅齿与锅体镶嵌旋紧，加上锅盖与锅体之间有橡皮制的密封圈，所以锅盖与锅体之间不会漏气，在锅盖中间有一排气孔，上面再套上类似砝码的限压阀，将排气孔堵住．当加热高压锅，锅内气体压强增加到一定程度时，气体就把限压阀顶起来，这时蒸气就从排气孔向外排出．由于高压锅内的压强大，温度高，食物容易煮烂．若已知排气孔的直径为0.3cm，外界大气压为1.0×105Pa，温度为20℃，要使高压锅内的温度达到120℃，则限压阀的质量应为多少？
解析：选锅内气体为研究对象，则
初状态：T1＝293 K，p1＝1.0×105 Pa，
末状态：T2＝393 K.
由查理定律得
对限压阀受力分析，得
所以限压阀质量应为 m=0.024kg
三、理想气体状态方程
情境变式2-4：某人用打气筒给闲置很久的电动自行车打气，电动自行车内胎的容积为V=1.8L，胎内原来空气压强等于标准大气压强 ，温度为室温27℃，设每打一次可打入压强为一个标准大气压的空气120cm3。打气过程中由于压缩气体做功和摩擦生热，打了30次后胎内温度升高到33℃。假设车胎因膨胀而增大的体积可以忽略不计，则此时车胎内空气压强为多少；
解析：为保证气体质量不变，研究对象为胎内气体与30次打气筒内气体的总和
初状态：T1＝300 K，p1＝1.0×105 Pa，V1=1.8L+30*0.12L=5.4L
末状态：T2＝306 K，p2， V2=1.8L
研究气体的温度、体积和压强都发生了改变，不再适用盖－吕萨克定律和查理定律
可由理想气体状态方程可得
一、气体的等压变化
1.条件:气体质量一定,压强不变。
2.公式: (C为比例常数)或
二、气体的等容变化
1.条件:气体质量一定,体积不变。
2.公式: (C为比例常数)或
三、理想气体状态方程
1.条件:一定质量的理想气体。
2.公式: (C为比例常数)或
应用气体状态方程解题的一般步骤
(1)确定研究对象，即被封闭的气体.
(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件：
质量一定，压强不变，适用盖吕萨克定律；
质量一定，体积不变，适用查理定律；
质量一定，压强、体积和温度都改变，适用理想气体状态方程；
(3)确定初、末两个状态的热力学温度、压强和体积.
(4)根据列式求解，并对结果分析、检验.
谢谢