《学霸笔记 同步精讲》第2章 固体 液体和气体 5.气体的等容变化和等压变化（课件）高中物理教科版选择性必修3

(共47张PPT)
5.气体的等容变化和等压变化
第二章
2026
课 标 定 位
1.知道什么是等容变化,理解气体等容变化规律的内容和公式。
2.掌握等容变化的p-T图线、物理意义并会应用。
3.知道什么是等压变化,理解气体等压变化规律的内容和公式。
4.掌握等压变化的V-T图线、物理意义并会应用。
5.掌握理想气体及其状态方程,能够解决实际问题。
6.知道气体实验定律的微观解释。
素 养 阐 释
物理观念:气体的等容、等压变化;理想气体;气体实验定律的微观解释。
科学思维:理想化模型。
科学探究:探究气体等容变化规律。
科学态度与责任:通过理想气体状态方程的学习,体会物理规律与生活的联系。
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
3.我国民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病,即用一个小罐,将纸燃烧后放入罐内,然后迅速将火罐开口端紧压在人体的皮肤上,待火罐冷却后,火罐就被紧紧地“吸”在皮肤上。你知道其中的道理吗
提示:火罐内的气体体积一定,冷却后气体的温度降低,压强减小,故在大气压力作用下被“吸”在皮肤上。
三、气体实验定律的微观解释
1.等温变化:一定质量的气体,温度保持不变时,分子的平均动能是一定的。气体体积越小,分子的密集程度越大,单位时间内撞击单位面积器壁的分子数越多,气体的压强就越大。
2.等容变化:一定质量的气体,体积保持不变,则单位体积中的分子数也保持不变。当温度升高时,分子热运动的平均动能增大,单位时间内撞击到器壁单位面积上的分子数增多,分子对器壁的撞击力增大,气体的压强就增大。
3.等压变化:一定质量的气体,当温度升高时,气体分子热运动的平均动能增大。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。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)一定质量的气体,若体积变大,则温度一定升高。(　　)
(2)一定质量的气体,体积与温度成反比。(　　)
(3)在气体的质量和体积不变的情况下,气体的压强与摄氏温度成正比。
(　　)
(4)在气体的体积不变的条件下,压强与热力学温度成正比。(　　)
(5)气体在做等容变化时,温度升高1 ℃,增大的压强是原来压强的。
(　　)
(6)一定质量的理想气体,若压强保持不变,则体积与热力学温度成正比。
(7)单位体积内分子数增多,气体压强一定增大。(　　)
(　　)
√
×
×
×
×
×
×
2.一定质量的某种气体,温度降得足够低时其状态是否发生变化 这种情况下该气体是否还遵守气体实验定律
提示:当温度降得比较低时,气体就会变成液体,甚至变成固体,此时将不再遵守气体实验定律。
合作探究·释疑解惑
知识点一
气体的等容变化和等压变化
【问题引领】
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。
(1)表盘没爆裂之前,内部气体的体积是否变化
(2)攀登珠穆朗玛峰的时候,随着高度的增加,温度怎样变化 压强怎样变化
(3)你认为表盘是向内爆裂还是向外爆裂的 理论依据是什么
提示:(1)手表表壳可以看成一个密闭容器,出厂时封闭着一定质量的气体,登山过程中气体体积基本上没有发生变化,可认为是等容过程。
(2)因为高山山顶附近的温度比山脚处低很多,所以压强比山脚处小很多。
(3)向外爆裂。表内压强大于外界大气压,当内外压力差超过表盘玻璃的承受限度时,便会向外发生爆裂。
【归纳提升】
项目 气体等容变化规律 气体等压变化规律
表达式
项目 气体等容变化规律 气体等压变化规律
成立 条件 气体的质量一定,体积不变 气体的质量一定,压强不变
图线 表达 直线的斜率越大,体积越小,如图,V2直线的斜率越大,压强越小,
如图,p2两个重要的推论　
【典型例题】
【例题1】 如图所示,一水平放置的薄壁圆柱形容器内壁光滑,长为L,直径为D,其右端中心处开有一圆孔。质量一定的理想气体被活塞封闭在容器内,器壁导热良好,活塞可沿容器内壁自由滑动,其质量、厚度均不计。开始时气体温度为300 K,活塞与容器底部相距L,现对气体缓慢加热,已知外界大气压强为p0,求:
(1)活塞刚碰到容器右端时,气体的温度;
(2)温度为600 K时气体的压强。
应用气体实验定律解题五步走
(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。
(3)确定初、末两个状态的温度、压强或温度、体积。
(4)根据气体实验定律列式求解。
(5)求解结果并分析、检验。
【变式训练1】 如图所示,总容积为3V0、内壁光滑的汽缸水平放置,一面积为S的轻质薄活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内,活塞左侧由跨过光滑定滑轮的细绳与一质量为m的重物相连,汽缸右侧封闭且留有抽气孔。活塞右侧气体的压强为p0。活塞左侧气体的体积为V0,温度为T0。将活塞右侧抽成真空并密封,整个抽气过程中缸内气体温度始终保持不变。然后将密封的气体缓慢加热。已知重物的质量满足关系式mg=p0S,重力加速度为g。求:
(1)活塞刚碰到汽缸右侧时气体的温度;
(2)当气体温度达到3T0时气体的压强。
【问题引领】
知识点二
气体实验定律的微观解释
在失重的情况下,气体对于器壁是否还有压强 为什么 请举例说明。
提示:气体压强是大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生的,和重力无关,在完全失重的情况下仍然存在气体压强,例如,在完全失重状态下的含有气体的宇航服会胀起来,这是因为气体压强的存在。
【归纳提升】
1.气体等温变化规律
(1)宏观表现:一定质量的气体,在温度保持不变时,体积减小,压强增大;体积增大,压强减小。
(2)微观解释:一定质量(m)的理想气体,其分子总数(N)是一个定值,当温度(T)保持不变时,则分子的平均速率(v)也保持不变。当其体积(V)增大为原来的几倍时,则单位体积内的分子数(n)变为原来的几分之一,因此气体的压强变为原来的几分之一;反之,若体积减小为原来的几分之一,则压强增大为原来的几倍,即压强与体积成反比。
2.气体等容变化规律
(1)宏观表现:一定质量的气体,在体积保持不变时,温度升高,压强增大;温度降低,压强减小。
(2)微观解释:一定质量(m)的气体的总分子数(N)是一定的,体积(V)保持不变时,其单位体积内的分子数(n)也保持不变。当温度(T)升高时,其分子热运动的平均速率(v)增大,则气体压强(p)增大;反之,当温度(T)降低时,气体压强(p)减小。
3.气体等压变化规律
(1)宏观表现:一定质量的气体,在压强不变时,温度升高,体积增大;温度降低,体积减小。
(2)微观解释:一定质量(m)的理想气体的总分子数(N)是一定的,要保持压强(p)不变,当温度(T)升高时,分子热运动的平均速率(v)会增大,那么单位体积内的分子数(n)一定要减小(否则压强不可能不变),因此气体体积(V)一定增大;反之当温度降低时,同理可推出气体体积一定减小。
【典型例题】
【例题2】 气体压强从微观角度看是大量气体分子频繁碰撞容器壁而产生的一个持续的压力效果。
一同学用右图实验装置模拟这一情景。桌面上放一台秤,用杯子向台秤上倾倒大豆,观察台秤的示数。关于实验现象及推论,下列说法正确的是(　　)
A.只增大倾倒大豆的杯子高度,台秤示数会减小
B.只增加相同时间内倾倒大豆的数量,台秤示数会减小
C.气体分子与容器壁的碰撞越剧烈、越频繁,气体压强就越大
D.一定质量的气体,其温度越高、体积越大,气体压强就越大
答案:C
容器内气体的压强数值上等于单位面积上受到的气体分子的撞击力,撞击力的产生可类比大豆撞击台秤时的撞击力来分析。
【变式训练2】 关于理想气体的压强,下列说法正确的是(　　)
A.气体分子的平均速率增大,则气体的压强可能增大
B.气体分子的密集程度增大,则气体的压强一定增大
C.气体分子的平均动能减小,则气体的压强一定减小
D.气体的内能减小,则气体的压强一定减小
答案:A
解析:气体分子的平均速率增大,分子的平均动能也增大,根据气体压强的微观意义,气体压强和分子平均动能及分子密集程度有关,由于分子密集程度不明确,气体压强变化也不明确,即气体分子的平均速率增大,则气体的压强可能增大,故A正确。根据气体压强的微观意义,气体分子的密集程度增大,但气体的平均动能不确定,气体的压强也不一定增大,故B错误。根据气体压强的微观意义,气体分子的平均动能减小,但气体分子密集程度不确定,气体的压强不一定减小,故C错误。气体的内能与气体的压强之间没有直接关系,故D错误。
【问题引领】
知识点三
理想气体状态方程
理想模型是为了便于研究问题而对研究对象进行理想化抽象的过程,物理学中通过抽象方法建构的理想化模型有很多,如质点、点电荷、单摆、弹簧振子、理想变压器、理想气体等,请回答以上理想化模型忽略的次要因素分别是什么。
提示:质点和点电荷忽略了大小和形状,单摆和弹簧振子忽略了阻力,理想变压器忽略了能量损失和磁损失等,理想气体忽略了分子大小和分子势能。
【归纳提升】
1.理想气体的特点
(1)严格遵守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。
2.理想气体状态方程与气体实验定律
【典型例题】
【例题3】 如图所示,绝热汽缸A与导热汽缸B横截面积相同,均固定于地面,由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦。两汽缸内都封闭有处于平衡态的理想气体,开始时体积均为V0、温度均为T0,缓慢加热A中气体,停止加热达到稳定后,A中气体压强变为原来的1.2倍,设环境温度始终保持不变,求汽缸A中气体的体积VA和温度TA。
答案:(1)1.6×105 Pa　(2)600 N
(2)对活塞受力分析,由物体平衡条件可知p0S+F=p2S
解得F=p2S-p0S=600 N。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(气体的等容变化)对于一定质量的气体,在体积不变时,压强增大到原来的2倍,则气体温度的变化情况是(　　)
A.气体的摄氏温度升高到原来的2倍
B.气体的热力学温度升高到原来的2倍
C.气体的摄氏温度降为原来的一半
D.气体的热力学温度降为原来的一半
答案:B
2.(图像问题)(多选)下图中描述一定质量的气体做等容变化的图线是(　　)
答案:CD
解析:一定质量的气体,在体积不变时,其压强和热力学温度成正比,选项C正确,A、B错误;在p-t图像中,直线与横轴的交点表示热力学温度的零度,选项D正确。
3.(气体实验定律的微观解释)一定质量的理想气体,经等温压缩,气体的压强增大,用分子动理论的观点分析,这是因为(　　)
A.气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大
B.单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数减少
C.气体分子的总数增加
D.单位体积内的分子数目增加
答案:D
解析:气体经历等温压缩,温度是分子热运动平均动能的标志,温度不变,分子热运动平均动能不变,故气体分子每次碰撞器壁的冲力不变,故A错误;气体的体积减小,分
子数密度增加,故单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多,故B错误;一定质量的理想气体,分子总数是一定的,故C错误;因气体压缩,体积减小,而分子总数不变,故单位体积内的分子数目增大,故D正确。
4.(理想气体状态方程)如图所示,粗细均匀的强度足够大的等臂U形玻璃管竖直放置,A、B两管下部装有水银,上部均封闭着一定质量的理想气体,气柱长度分别为L1=20 cm和L2=10 cm,两臂水银柱高度差为h=10 cm。已知B管顶部气体压强p2与100 cm高水银柱产生的压强相同,玻璃管导热性能良好,环境温度为27 ℃,热力学温度T与摄氏温度t的关系为T/K=t/℃+273。若对B管顶部气体加热,加热过程中A管顶部气体温度不变,求两管水银面相平时B管顶部气体的温度。
答案:387 ℃