人教版高中物理选择性必修第三册第二章气体、固体和液体第3节第1课时气体的等压变化和等容变化课件（41页PPT）

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[学习目标]
1.知道什么是等压变化和等容变化。
2.掌握盖－吕萨克定律和查理定律的内容、表达式及适用条件，并能用两定律处理有关的气体问题。
3.知道V－T图像和p－T图像及其物理意义。
1.等压变化：一定质量的某种气体，在____不变时，_____随温度变化的过程。
2.盖－吕萨克定律
(1)内容：一定____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_____。
压强
(3)适用条件：气体的____一定，____不变。
体积
质量
正比
质量
压强
3.V－T图像和V－t图像
(1)V－T图像：一定质量的某种气体，在等压变化过程中，气体的体积V随热力学温度T变化的图像是延长线过原点的倾斜直线，如图甲所示，且p1＜p2，即压强越大，斜率越小。
(2)V－t图像：一定质量的某种气体，在等压变化过程中，体积V与摄氏温度t是一次函数关系，如图乙所示，等压线是一条延长线通过横轴上－273.15 ℃的倾斜直线，且斜率越大，压强越小，图像纵轴的截距V0是气体在0 ℃时的体积。
[易错辨析]
(1)气体的温度升高，气体体积一定增大。( )
(2)一定质量的气体，在压强不变时其体积与温度成正比。( )
(3)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。( )
×
×
√
[例1]　(2025·甘肃白银期中)热气球广泛用于空中游览、空中广告、空中摄影、海疆巡逻等领域，其工作原理是利用加热球囊内的空气产生浮力升空飞行。若加热前，球囊内的温度为T1，空气密度为ρ1，加热一段时间后，热气球刚要上升时球囊内的温度升至T2，空气密度为ρ2。不计球囊体积的变化，若大气压强不变，则ρ1 与ρ2 之比为(　　)
D
[例2]　(2025·云南昭通期中)如图所示，圆柱形汽缸竖直悬挂于天花板，用横截面积为S＝0.04 m2 的轻质光滑活塞封闭一定质量的理想气体，活塞下悬挂质量为m＝100 kg的重物，此时活塞处在距离汽缸上底面为h1＝0.25 m的A 处，气体的温度为T1＝320 K。给汽缸内的电热丝加热，活塞缓慢移动到距离汽缸上底面为h2＝0.3 m的B 处。已知大气压强为p0＝1.0×105 Pa。求：
(1)活塞在A处时的气体压强；
(2)活塞在B 处时的气体温度T2。
答案　(1)7.5×104 Pa　(2)384 K
[总结提升]
应用盖－吕萨克定律解题的一般步骤
(1)确定研究对象，即被封闭的一定质量的气体。
(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。
(3)确定初、末两个状态的温度、体积。
(4)根据盖－吕萨克定律列式。
(5)求解结果并分析、检验。
1.等容变化：一定质量的某种气体，在____不变时，____随温度变化的过程。
2.气体等容变化图像(如图所示)
体积
压强
(1)图甲p－T图像中的等容线是一条________________。
(2)图乙p－t图像中的等容线不过原点，但反向延长线交t轴于___________。
(3)无论p－T图像还是p－t图像，都能根据斜率判断气体体积的大小，斜率越大，体积越___。
过原点的倾斜直线
－273.15 ℃
小
质量
体积
正比
质量
体积
[思考探究]
在炎热的夏天，有些旧的自行车轮胎打足气后在日光的暴晒下有时会胀破。忽略轮胎体积变化，轮胎胀破的原因是什么？
提示　自行车轮胎体积一定，轮胎充足气后，在日光的暴晒下，轮胎内的空气温度升高，根据查理定律p＝CT可知，气体压强增大。当气体压强增大到超过轮胎承受的限度时，轮胎就会被胀破。
B
[例4]　如图所示，圆柱形汽缸倒置在水平地面上，汽缸内部封有一定质量的气体。已知汽缸质量为10 kg，缸壁厚度不计，活塞质量为5 kg，其横截面积为50 cm2，所有摩擦不计。当缸内气体温度为27 ℃时，活塞刚好与地面接触，但对地面无压力(已知大气压强为p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2)。
(1)求此时封闭气体的压强；
(2)现使汽缸内气体温度升高，当汽缸恰对地面无压力时，缸内
气体温度为多少摄氏度？
答案　(1)9.0×104 Pa　(2)127 ℃
BD
2.(气体的等容变化)某同学家一台新电冰箱能显示冷藏室内的温度，存放食物之前该同学进行试通电，该同学将打开的冰箱密封门关闭并给冰箱通电。若大气压强为1.0×105 Pa，刚通电时显示温度为27 ℃，通电一段时间后显示温度为7 ℃，则此时密封的冷藏室中气体的压强是(　　)
A.0.26×105 Pa B.0.93×105 Pa
C.1.07×105 Pa D.3.86×105 Pa
B
3.(气体的等容变化)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。我们通常用的易拉罐容积V＝355 mL。假设在室温(17 ℃)下罐内装有0.9 V的饮料，剩余空间充满CO2气体，气体压强为1 atm。若易拉罐所能承受的最大压强为1.2 atm，则保存温度不能超过多少摄氏度？(T＝t＋273 K)
答案　75 ℃
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B
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2.如图为一定质量的理想气体的V－T图像，该气体经历了从a→b→c的状态变化，图中ab连线平行于V轴，ac是双曲线的一部分，bc连线通过坐标原点O，则三个状态下的压强满足(　　)
A.pbC.pc>pa＝pb D.pa>pb＝pc
解析　V－T图像中的等压线为过原点的一次函数，则pb＝pc，温度相同时，体积越大，压强越小，则paB
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3.(多选)如图，竖直放置、开口向上的足够长的试管内用水银密闭一段气体，若大气压强不变，管内气体(　　)
A.温度降低，则压强可能增大 B.温度升高，则压强可能减小
C.温度降低，则压强不变 D.温度升高，则体积增大
CD
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4.(2025·黑龙江哈尔滨期中)民间常用“拔火罐”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，火罐就会紧紧地被“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
解析　把火罐扣在皮肤上，火罐内空气的体积等于火罐的容积，体积不变，气体经过传热，温度不断降低，气体发生等容变化，由查理定律可知，气体压强减小，火罐内气体压强小于外界大气压，大气压就将火罐紧紧地压在皮肤上，故选B。
B
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5.如图所示为0.2 mol的某种气体的压强和温度关系的p－t图线。p0表示1个标准大气压，标准状态(0 ℃，1个标准大气压)下气体的摩尔体积为22.4 L/mol。则在状态B时气体的体积为(　　)
A.5.6 L B.8.4 L
C.1.2 L D.3.2 L
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[能力提升练]
7.(2025·云南卷，改编)(多选)图甲为1593年伽利略发明的人类历史上第一支温度计，其原理如图乙所示。硬质玻璃泡a内封有一定质量的气体，与a相连的b管插在水槽中固定，b管中液面高度会随环境温度变化而变化。设b管的体积与a泡的体积相比可忽略不计，在标准大气压p0下，b管上的刻度可以直接读出环境温度。则在p0下(　　)
A.环境温度升高时，b管中液面升高
B.环境温度降低时，b管中液面升高
C.水槽中的水少量蒸发后，温度测量值偏小
D.水槽中的水少量蒸发后，温度测量值偏大
BD
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8.(2025·云南昭通期中)(多选)如图所示，将粗细均匀且一端开口的导热性极好的玻璃管水平放置，管内用长为h＝15 cm 的水银封闭着一段长为l0＝9 cm 的空气柱。若将玻璃管开口向上缓慢地竖立起来，空气柱长度变为l1＝7.5 cm，已知环境温度恒为t0＝27 ℃。下列选项正确的是(　　)
A.大气压强为p0＝75 cmHg
B.玻璃管竖直放置时内部封闭气体压强为80 cmHg
C.竖直状态下，分子的平均动能不变
D.竖直状态下，为了使封闭气体长度变为l0，可以将封闭气体的温度缓慢升高50 ℃
AC
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9.(2025·贵州安顺期末)如图甲所示，T形活塞固定在水平面上，一定质量的气体被封闭在导热性能良好、质量m＝25 kg的汽缸中，汽缸的容积V＝0.05 m3、横截面积S＝0.05 m2，改变环境温度，缸内封闭气体的体积随热力学温度变化的图线如图乙所示。已知外界大气压强恒为p0＝1×105 Pa，活塞与汽缸内壁无摩擦且不漏气，重力加速度大小g取10 m/s2，求：
(1)封闭气体在状态A时的热力学温度TA；
(2)封闭气体在状态C时的压强pC。
答案　(1)280 K　(2)1.2×105 Pa
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[拓展培优练]
10.如图所示，内壁光滑、横截面积S＝12.5 cm2的汽缸固定在水平地面上，汽缸中封闭有一定质量的气体，绕过两个轻质定滑轮的轻绳一端与轻质活塞A相连，一端与台秤上的重物B相连。重物B的质量为m＝1 kg。初始环境温度为t0＝15 ℃时，台秤示数为5 N，活塞距缸底H0＝4.6 cm，不计轻绳与滑轮之间的摩擦，重力加速度g取10 m/s2，大气压强恒为p0＝1.0×105 Pa，取0 ℃＝273 K，试计算：
(1)初始状态下汽缸中的气体压强为多少？
(2)为保证重物不离开台秤，环境温度不能低于多少摄氏度？
(3)当环境温度低至－3 ℃时，活塞距汽缸的高度为多少？
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答案　(1)9.6×104 Pa　(2)3 ℃ (3)4.5 cm