第1节 第2课时　查理定律和盖+吕萨克定律 Word版含解析

第2课时　查理定律和盖·吕萨克定律
查理定律
1．实验探究气体的等容变化
(1)实验装置：主要有烧瓶、气压计、温度计和加热装置(如图所示)。
(2)研究对象：烧瓶内的封闭气体，其特点是质量一定，体积不变，故气体发生等容变化。
(3)探究过程：①加热烧杯，待气压计示数稳定后，记下气体的压强和温度。
②按步骤①的方法继续做实验，测出几组对应的压强和温度值。
③处理数据，作p -T图像，为过原点的斜线。
(4)探究结果：一定质量的气体，在体积保持不变的条件下，压强与热力学温度成正比。
2．查理定律
(1)内容：一定质量的气体，在体积保持不变的条件下，压强与热力学温度成正比。
(2)公式：＝C或＝。
[跟随名师·解疑难]
1．对查理定律的理解
(1)适用条件：气体的质量一定，体积保持不变。
(2)公式中的温度为热力学温度。T＝t＋273。
2．等容过程的p-T和p-t的图像
(1)p-T图像：一定质量的某种气体，在等容过程中，气体的压强p和热力学温度T的关系图线的延长线是过原点的倾斜直线，如图所示，且V1(2)p-t图像：一定质量的某种气体，在等容过程中，压强p与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的正比例关系，如图所示，等容线是一条延长线通过横轴－273.15 ℃的点的倾斜直线，且斜率越大，体积越小。图像纵轴的截距p0是气体在0 ℃时的压强。
[特别提醒]　查理定律的分比形式Δp＝ΔT，即一定质量的气体在体积不变的条件下，压强的变化量与热力学温度的变化量成正比。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
一定质量的气体，体积保持不变，当其热力学温度由T变成3T时，其压强由p变成(　　)
A．3p　　　　　　　　　　 B．6p
C. D.
解析：选A　气体发生等容变化，由＝得p2＝3p1。
盖·吕萨克定律
[自读教材·抓基础]
1．实验探究气体的等压变化
(1)实验装置：(如图所示)
主要有毛细管、温度计和直尺，以及加热装置等。
(2)研究对象：毛细管中被水银柱封闭的气体，其特点是质量一定，压强不变，故气体发生等压变化。
(3)探究过程：①加热烧杯，待温度计示数稳定后，记下气体的温度和体积。
②按步骤①的方法继续做实验，求出几组对应的温度和体积。
③处理数据，作V-T图像，为过原点的斜线。
(4)探究结果：一定质量的气体，在压强保持不变的条件下，体积与热力学温度成正比。
2．盖·吕萨克定律
(1)内容：一定质量的气体，在压强保持不变的条件下，体积与热力学温度成正比。
(2)公式：＝C或＝。
[跟随名师·解疑难]
1．对盖·吕萨克定律的理解
(1)适用条件：气体的质量一定，压强保持不变。
(2)＝中T为热力学温度。
2．V-T和V-t图像
(1)V-T图像：一定质量的某种气体，在等压过程中，气体的体积V和热力学温度T图线的延长线是过原点的倾斜直线，如图甲所示，且p1(2)V-t图像：一定质量的某种气体，在等压过程中，体积V与摄氏温度t是一次线性函数，不是简单的正比例关系，如图乙所示，图像纵轴的截距V0是气体在0 ℃时的体积，等压线是一条延长线通过横轴上t＝－273.15 ℃的倾斜直线，且斜率越大，压强越小。
[特别提醒]　盖·吕萨克定律的分比形式ΔV＝ΔT，即一定质量的气体在压强不变的条件下，体积的变化量与热力学温度的变化量成正比。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
一定质量的气体，压强保持不变，当其热力学温度由T变成3T时，其体积由V变成(　　)
A．3V　　　　　　　　 B．6V
C. D.
解析：选A　气体发生等压变化，由＝得V2＝＝＝3V1。
对查理定律的考查
[典题例析]
1．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。我们通常用的可乐易拉罐容积V＝335 mL。假设在室温(17 ℃)下罐内装有0.9V的饮料，剩余空间充满CO2气体，气体压强为1 atm。若易拉罐能承受的最大压强为1.2 atm，则保存温度不能超过多少？
[思路点拨]　
→→
解析：本题为一定质量的气体发生等容变化，取CO2气体为研究对象。
初态：p1＝1 atm，T1＝(273＋17)K＝290 K，
末态：p2＝1.2 atm，T2待求。
由查理定律＝得T2＝＝ K＝348 K。t＝(348－273)℃＝75 ℃。
答案：75 ℃
[探规寻律]
利用查理定律解题的一般步骤
(1)明确研究对象，并判断是否满足其适用条件。
(2)确定始末状态参量(p1、T1，p2、T2)。
(3)根据查理定律列方程求解(注意p1和p2、T1和T2统一单位)。
[跟踪演练]
一定质量的气体在保持密度不变的情况下，把它的温度由原来的27 ℃升到127 ℃，这时该气体的压强是原来的(　　)
A．3倍　　　　　　　　　　 B．4倍
C.倍 D.
解析：选C　一定质量的气体，密度不变即体积不变，发生等容变化，有＝，其中T1＝(27＋273) K＝300 K，T2＝(127＋273) K＝400 K，所以p2＝p1。
对盖·吕萨克定律的考查
[典题例析]
2.一圆柱形气缸，质量M为10 kg，总长度L为40 cm，内有一厚度不计的活塞，质量m为5 kg，截面积S为50 cm2，活塞与气缸壁间摩擦不计，但不漏气，当外界大气压强p0为1×105 Pa，温度t0为7 ℃时，如果用绳子系住活塞将气缸悬挂起来，如图所示，气缸内气体柱的高L1为35 cm，g取10 m/s2。求：
(1)此时气缸内气体的压强；
(2)当温度升高到多少摄氏度时，活塞与气缸将分离。
解析：(1)以气缸为研究对象，受力分析，受到重力、外界大气压力，气缸内气体的压力。
根据平衡条件得：p0＝p＋
p＝p0－＝Pa＝0.8×105 Pa。
(2)温度升高，气缸内气体的压强不变，体积增大，
根据盖·吕萨克定律得＝
＝
解得t＝47 ℃。
答案：(1)0.8×105 Pa　(2)47 ℃
[探规寻律]
盖·吕萨克定律解题的一般步骤
(1)明确研究对象，并判断是否满足适用条件。
(2)确定始末状态参量(V1、T1，V2、T2)。
(3)根据盖·吕萨克定律列方程求解(注意V1和V2，T1和T2统一单位)。
[跟踪演练]
一定质量的气体，如果保持它的压强不变，降低温度，使它的体积为0 ℃时体积的倍，则此时气体的温度为(　　)
A．－ ℃ B．－ ℃
C．－ ℃ D．－273n(n－1) ℃
解析：选C　根据盖·吕萨克定律，在压强不变的条件下V1＝V0(1＋)，即根据题意＝V0(1＋)，整理后得t＝－ ℃。
图像问题的分析与应用
[典题例析]
3．如图甲为一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的V-T图像。已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa。
(1)说出A→B过程中压强变化的情形，并根据图像提供的信息，计算图中TA的温度值。
(2)请在图乙所示的坐标系中，作出由状态A经过状态B变为状态C的p-T图像，并在图像相应位置上标出字母A、B、C。如果需要计算才能确定有关坐标值，请根据实际情况写出计算过程。
[思路点拨]　
(1)明确V-T图像和p-T图像的物理意义、图像特点。
(2)知道图线上的一个点表示的是一定质量气体的一个平衡状态，知道其状态参量：p、V、T。
(3)知道图线上的某一线段表示的是一定质量的气体由一个平衡状态(p、V、T)转化到另一个平衡状态(P′、V′、T′)的过程；并能判断出该过程是等温过程、等容过程还是等压过程。
(4)从图像中的某一点(平衡状态)的状态参量开始，根据不同的变化过程。先用相对应的规律计算出下一点(平衡状态)的状态参量，逐一分析计算出各点的p、V、T。
解析：(1)由图甲可以看出，A与B连线的延长线过原点O，所以A→B是等压变化过程，即pB＝pA，
根据盖·吕萨克定律可得＝，
得TA＝TB＝×300 K＝200 K。
(2)由图甲可知，由B→C是等容变化过程，根据查理定律得＝，
故pC＝pB＝pB＝pB＝pA＝×1.5×105 Pa＝2.0×105 Pa。
则可画出A→B→C过程中的p-T图像，如图所示。
答案：(1)200 K　(2)见解析
[探规寻律]
图像的分析方法及其应用
(1)图像上的某一点表示一定质量气体的一个平衡状态；图像上的某一线段，表示一定质量气体的状态变化的一个过程。
(2)应用图像解决问题时，要注意数学公式与图像的转换，图像与物理过程、物理意义之间的关系。
(3)在图形转换时，关键是要明确状态的各个参量，并正确分析出各过程的性质及图像特点。
[跟踪演练]
(福建高考)如图为一定质量理想气体的压强p与体积V关系图像，它由状态A经等容过程到状态B，再经等压过程到状态C，设A、B、C状态对应的温度分别为TA、TB、TC，则下列关系式中正确的是(　　)
A．TA＜TB，TB＜TC B. TA＞TB，TB＝TC
C. TA＞TB，TB＜TC D. TA＝TB，TB＞TC
解析：选C　由状态A到状态B过程中，气体体积不变，由查理定律可知，随压强减小，温度降低，故TA＞TB，A、D项错；由状态B到状态C过程中，气体压强不变，由盖·吕萨克定律可知，随体积增大，温度升高，即TB＜TC，B项错，C项对。

[课堂双基落实]
1．下列说法正确的是(　　)
A．玻意耳定律对任何压强都适用
B．盖·吕萨克定律对任意温度都适用
C．常温、常压下的各种气体，可以当做理想气体
D．一定质量的气体，在压强不变的情况下，它的体积跟温度成正比
解析：选C　气体实验定律只有在压强不太大、温度不太低的条件下才能成立，同时这样的气体称理想气体，故A、B错误，C正确。根据盖·吕萨克定律知体积与热力学温度成正比，D错误。
2.对于一定质量的气体，在体积不变时，压强增大到原来的两倍，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两倍
B．气体的热力学温度升高到原来的两倍
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
解析：选B　由查理定律＝知，一定质量的气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比，注意公式中T为热力学温度。
3.如图所示，某同学用封有气体的玻璃管来测绝对零度，当容器水温是30 ℃时，空气柱长度为30 cm，当水温是90 ℃时，空气柱的长度是36 cm，则该同学测得的绝对零度相当于(　　)
A．－273 ℃　　　　　　 B．－270 ℃
C．－268 ℃ D．－271 ℃
解析：选B　设绝对零度相当于T0 ，则T1＝－T0＋30，V1＝30S ，T2＝－T0＋90，V2＝36S ，由盖·吕萨克定律得＝ ，代入数据解得T0＝－270 ℃ ，故B正确。
4.(重庆高考)北方某地的冬天室外气温很低，吹出的肥皂泡会很快冻结。若刚吹出时肥皂泡内气体温度为T1、压强为p1，肥皂泡冻结后泡内气体温度降为T2。整个过程中泡内气体视为理想气体，不计体积和质量变化，大气压强为p0。求冻结后肥皂膜内外气体的压强差。
解析：肥皂泡内气体等容变化，冻结后，设膜内气体压强为p2，则＝，得p2＝p1，则肥皂膜内外气体的压强差Δp＝p2－p0＝p1－p0。
答案：p1－p0