2.3 气体的等压变化和等容变化（学案） 高二物理人教版（2019）选择性必修第三册

第二章 气体、固体和液体
第3节 气体的等压变化和等容变化
学习目标
1.掌握查理定律和盖—吕萨克定律的内容、表达式及适用条件。
2.会用气体变化规律解决实际问题。
3.理解p-T图像与V-T图像的物理意义。
4.知道什么是理想气体，以及理想气体分子的运动特点。
5.能对气体实验定律进行微观解释。
重点难点
重点
1.运用气体变化规律解决实际问题。
2.理解p-T图像与V-T图像的物理意义。
难点
学会建立物理模型的研究方法。
自主探究
1.一定质量的某种气体，在 不变的情况下，体积随温度变化的过程叫作气体的等压变化。
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
(2)表达式：（C是常量)。
推论式：
(3)图像：如图所示。
①V-T图像中的等压线是一条 的倾斜直线
②V-t图像中的等压线不过原点，反向延长线交t轴于
③无论V-T图像还是V-t图像，通过其斜率都能判断气体压强的大小，斜率越大，压强
3.一定质量的某种气体在 不变时，压强随温度变化的过程叫作气体的等容变化。
4.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，其压强p与热力学温度T成
(2)表达式：（C是常量)。
推论式：
(3)图像：如图所示。
①p-T图像中的等容线是一条 的倾斜直线。
②p-t图像中的等容线不过原点，但反向延长交t轴于
③无论p-T图像还是p-t图像，通过其斜率都能判断气体体积的大小，斜率越大，体积
5.理想气体：
(1)在任何温度、任何压强下都遵从 的气体。
(2)实际气体在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时，可以当成 来处理。
(3)理想气体是对实际气体的一种科学抽象，就像质点、点电荷模型一样，是一种 ，实际并不存在。
(4)理想气体的特点：
①严格遵守 。
②理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可忽略不计，分子不占空间，可视为 。
③理想气体分子除碰撞外， 相互作用的引力和斥力。
④理想气体分子 分子势能，内能等于所有分子热运动的动能之和，一定质量的理想气体的内能只与其 有关。
6.对气体实验定律的解释：
(1)玻意耳定律：一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的 增大，气体的压强就增大。
(2)盖一吕萨克定律：一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大。只有气体的体积同时增大，使分子的 减小，才能保持压强不变。
(3)查理定律：一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的 增大，气体的压强就增大。
答案：
1.压强
2.(1)正比 (2) (3)①过原点 ②-273.15℃ ③越小
3.体积
4.(1)正比 (2) (3)①过原点 ②-273.15"℃ ③越小
5.(1)气体实验定律 (2)理想气体 (3)理想模型 (4) ①气体实验定律 ②质点 ③无 ④无温度
6.(1)密集程度 (2)密集程度 (3)平均动能
预习检测
1.判断正误。
(1)在等容过程中，压强p与摄氏温度t成正比。 ( )
(2)在等容过程中，压强p与热力学温度T成正比。 ( )
(3)等容过程的图像是一条通过原点的直线。 ( )
(4)气体的温度升高，气体体积一定增大。 ( )
(5)一定质量的气体，体积与温度成正比。 ( )
(6)一定质量的某种气体，在压强不变时，其V-T图像是过原点的直线。 ( )
(7)气体实验定律都是在压强不太大、温度不太高的条件下总结出来的。 ( )
(8)实际气体在通常温度和压强下，一般不符合气体实验定律。 ( )
(9)理想气体在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律。 ( )
(10)气体温度不变，则气体分子平均动能不变，故气体的压强一定保持不变。 ( )
(11）气体体积保持不变时，气体压强一定保持不变。 ( )
(12）气体温度升高时，气体压强可能减小。 ( )
2.下列对理想气体的理解，正确的有
A.理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型
B.只要气体压强不是很高就可视为理想气体
C.一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关
D.在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律
3.对一定质量的理想气体，下列说法中正确的是
A.体积不变，压强增大时，气体分子的平均动能一定增大
B.温度不变，压强减小时，气体的密度一定减小
C.压强不变，温度降低时，气体的密度一定减小
D.温度升高，压强和体积都可能不变
答案1.（1）× （2）√ （3）× （4）× （5）× （6）√ （7）× （8）× （9）√ （10）×
（11）×（12）√ 2.AD 3.AB
探究思考
【探究一】气体的等压变化
1.等压变化
一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度变化的过程叫作等压变化。
2.盖一吕萨克定律
(1)文字表述：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)公式表达：V=CT(C是常量)或
(3)图像表达：
(4)适用条件：气体质量一定，气体压强不变。
【探究二】气体的等容变化
1.等容变化
一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度变化的过程叫作气体的等容变化。
2.查理定律
(1)文字表述：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)公式表达：p=CT(C是常量)或
【探究三】理想气体
1.理想气体是一种理想模型，是实际气体的一种近似，就像质点、点电荷模型一样，突出问题的主要方面，忽略次要方面，是物理学中常用的方法。
2.理想气体的特点
(1)严格遵从气体实验定律及理想气体状态方程。
(2)理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可以忽略不计，分子视为质点。
(3)理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力，故无分子势能的变化，一定质量的理想气体内能的变化只与温度有关。
【探究四】气体实验定律的微观解释
1.玻意耳定律
一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强就增大。这就是玻意耳定律的微观解释。
2.盖一吕萨克定律
一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大。只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变。这就是盖一吕萨克定律的微观解释。
3.查理定律
一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。这就是查理定律的微观解释。
知识梳理
随堂训练
1.一定质量的气体,在体积不变的情况下,温度由0°C升高到10°C时,其压强的增加量为,当它由100°C升高到110°C时,其压强的增加量为,则与之比是( )
A.1:1 B.1:10 C.10:110 D.110:10
2.一定质量的气体,体积保持不变,当其热力学温度由T变成了时,其压强由p变成( )
A. B. C. D.
3.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.℃ B.7 ℃ C.27 ℃ D.24 ℃
4.如图所示,一端封闭的粗细均匀的玻璃管,开口向上竖直放置,管中有两段水银柱封闭了两段空气柱,开始时,现将玻璃缓慢地均匀加热,则下列说法正确的是( )
A.加热过程中,始终保持
B.加热后
C.加热后
D.条件不足,无法确定
答案以及解析
1.答案：A
解析：等容变化,这四个状态在同一条等容线上,因相同,所以也相同。
2.答案：A
解析：气体发生等容变化,由得。
3.答案：D
解析：充气、抽气与漏气问题中往往以所有的气体为研究对象。以升温前房间里的气体为研究对象,由盖–吕萨克定律得,解得,故℃。
4.答案：A
解析：在加热过程中,上段气柱的压强始终保持为不变,下段气柱的压强始终为不变,所以整个过程为等压变化,根据盖·吕萨克定律得:
,得
,得
所以,即.
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