2.3 气体实验定律 学案（2020年教科版高中物理选修3-3）

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1、2.3 气体实验定律气体实验定律 学习目标 1.知道什么是气体的状态参量.2.掌握热力学温度的定义，知道什么是温标，理 解摄氏温度与热力学温度的区别与联系.3.通过实验探究，知道玻意耳定律、查理定律、盖吕 萨克定律的内容和公式 一、气体的状态参量 1气体的状态参量 描述气体状态的物理量：一定质量的气体有三个状态参量，分别是：体积、温度和压强 2气体的体积和压强 (1)体积：气体占有空间的大小，符号是 V，单位：立方米(m3)、升(L)和毫升(mL) 1 L10 3 m3,1 mL106 m3 (2)压强：大量气体分子对器壁撞击的宏观表现符号是 p，国际单位：帕斯卡(Pa) 1 Pa1 N/m2

2、，常用单位还有标准大气压(atm)和毫米汞柱(mmHg) 3温度 (1)概念：表示物体冷热程度的物理量，是分子平均动能的标志 (2)两种温标： 摄氏温标：早期的摄氏温标规定，标准大气压下冰的熔点为 0_，水的沸点为 100_.用 摄氏温标表示温度叫摄氏温度，符号是 t. 热力学温度用 T 表示，单位是开尔文，简称开(K) (3)摄氏温度 t 和热力学温度 T 间的关系：Tt273.15. 二、玻意耳定律 1内容：一定质量的某种气体，在温度保持不变的情况下，压强 p 与体积 V 成反比 2表达式：pV常量 3适用条件：气体的质量一定，温度不变 三、查理定律 1等容变化：一定质量的某种气体，在体积

3、不变时，压强随温度的变化叫做等容变化 2内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，压强 p 与热力学温度 T 成正比 3表达式：p T常量 4适用条件：气体的质量和体积不变 四、盖吕萨克定律 1等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度的变化叫做等压变化 2内容：一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积 V 与热力学温度 T 成正比 3表达式：V T常量 4适用条件：气体的质量和压强不变 即学即用 1判断下列说法的正误 (1)0 的温度可以用热力学温度粗略地表示为 273 K() (2)气体做等容变化时，温度从 13 上升到 52 ，则气体的压强升高为原来的 4 倍() (3)对于

4、一定质量的气体，在压强不变时，若温度升高，则体积减小() (4)若体积增大到原来的两倍，则摄氏温度升高到原来的两倍() 2一定质量的某种气体发生等温变化时，若体积增大了 n 倍，则压强变为原来的_倍 答案 1 n1 一、气体的状态参量 导学探究 在力学中，为了确定物体运动的状态，我们使用了物体的位移和速度这两个物 理量在热学中如果我们要研究一箱气体的状态，需要哪些物理量呢？ 答案 体积、温度和压强 知识深化 1摄氏温标 一种常用的表示温度的方法， 规定标准大气压下冰的熔点为 0 C， 水的沸点为 100 C.在 0 C 和 100 C 之间均匀分成 100 等份，每份算做 1 C. 2热力学温

5、标 现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温标也叫绝对温标 3摄氏温度与热力学温度的关系 Tt273.15，可粗略地表示为 Tt273. 例 1 (多选)关于热力学温度与摄氏温度，下列说法正确的是( ) A摄氏温度和热力学温度都不能取负值 B温度由 t( C)升到 2t( C)时，对应的热力学温度由 T(K)升到 2T(K) C33 C240.15 K D摄氏温度变化 1 C，也就是热力学温度变化 1 K 答案 CD 解析 摄氏温度能取负值，A 错误；由热力学温度与摄氏温度的关系 Tt273.15 知，B 错 误，C 正确；摄氏温度与热力学温度在表示温度的变化时，变化的数值是相同的，故 D 正

6、确 二、玻意耳定律 导学探究 1 如图 1 所示为“探究气体等温变化的规律”的实验装置， 实验过程中如何保证气体的质量 和温度不变？ 图 1 答案 保证气体质量不变的方法：实验前在柱塞上涂好润滑油，以免漏气 保证气体温度不变的方法 改变气体体积时，缓慢进行，等稳定后再读出气体压强，以防止气体体积变化太快，气体 的温度发生变化 实验过程中，不用手接触注射器的圆筒，防止圆筒从手上吸收热量，引起内部气体温度变 化 2玻意耳定律成立的条件是什么？ 答案 一定质量的气体，且温度不变 知识深化 1实验探究 (1)实验器材：铁架台、玻璃管(带活塞)、气压计等 (2)研究对象(系统)：玻璃管内被封闭的空气柱

7、(3)实验方法：控制气体温度和质量不变，研究气体压强与体积的关系 (4)数据收集：压强由气压计读出，空气柱长度由刻度尺读出，空气柱长度与横截面积的乘积 即为体积 (5)数据处理：以压强 p 为纵坐标，以体积的倒数1 V为横坐标，作出 p 1 V图像，图像结果：p 1 V图像是一条过原点的直线 (6)实验结论：压强跟体积的倒数成正比，即压强与体积成反比 2常量的意义 p1V1p2V2常量 该常量与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该常量越大 例 2 一定质量的气体，压强为 3 atm，保持温度不变，当压强减小了 2 atm 时，体积变化了 4 L，则该气体原来的体积为( )

8、 A.4 3 L B2 L C. 8 3 L D3 L 答案 B 解析 设该气体原来的体积为 V1，由玻意耳定律得 3V1(32) (V14)，解得 V12 L. 利用玻意耳定律解题的基本思路 1明确研究对象，并判断是否满足玻意耳定律的条件 2明确初、末状态及状态参量(p1、V1；p2、V2) 3根据玻意耳定律列方程求解 三、查理定律与盖吕萨克定律 导学探究 (1)根据探究等温变化的实验方法，设计一个实验，在保持体积不变的情况下， 探究压强与温度的关系 (2)设计实验，探究在压强不变时体积与温度的关系 答案 (1)用上面实验探究里的实验装置保证气体的体积不变，把玻璃管浸入水中，改变水 温，读出

9、不同温度时气体的压强大小，多测几组数据，用这些数据研究压强与温度的关系 (2)可利用如下装置 改变水温，测出不同温度时气体的体积，多测几组数据，用这些数据研究体积与温度的关系 知识深化 1查理定律及推论 表示一定质量的某种气体从初状态(p、T)开始发生等容变化，其压强的变化量 p 与温度的变 化量 T 成正比 2盖吕萨克定律及推论 表示一定质量的某种气体从初状态(V、T)开始发生等压变化，其体积的变化量 V 与温度的 变化量 T 成正比 例 3 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 时的压强不超过一 个大气压，灯泡容积不变，则在 20 的室温下充气，灯泡内气体的压强至多

10、能充到多少？ 答案 0.38 atm 解析 灯泡内气体初、末状态的参量分别为 气体在 500 ，p11 atm，T1(273500)K773 K. 气体在 20 时，T2(27320)K293 K. 由查理定律p1 T1 p2 T2得 p2T2 T1p1 293 7731 atm0.38 atm. 利用查理定理解题的基本思路 1明确研究对象并判断是否满足查理定律的条件 2明确初、末状态及状态参量(p1、T1；p2、T2) 3根据查理定律列方程求解 例 4 一定质量的气体在等压变化中体积增大了1 2，若气体原来的温度为 27 ，则温度的变 化是( ) A升高了 450 K B升高了 150 C降

11、低了 150 D降低了 450 答案 B 解析 由盖吕萨克定律可得V1 V2 T1 T2，代入数据可知， 1 3 2 300 K T2 ，得 T2450 K所以温度升高 t150 K，即温度升高 150 . 判断出气体的压强不变是运用盖吕萨克定律的关键. 1(气体的状态参量)(多选)关于温度与温标，下列说法正确的是( ) A用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法 B摄氏温度与热力学温度都可以取负值 C摄氏温度升高 3 ，在热力学温标中温度升高 276.15 K D热力学温度升高 3 K 与摄氏温度升高 3 是等效的 答案 AD 解析 温标是温度数值的表示方法，常用的温标有摄氏温标和

12、热力学温标，A 正确；摄氏温 度可以取负值，但是热力学温度不能取负值，因为热力学温度的零点是低温的极限，故选项 B 错；摄氏温度升高 3 ，也就是热力学温度升高了 3 K，故选项 C 错，D 正确 2(玻意耳定律)如图 2 所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质 量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量设温度不变，洗衣缸内 水位升高，则细管中被封闭的空气( ) 图 2 A体积不变，压强变小 B体积变小，压强变大 C体积不变，压强变大 D体积变小，压强变小 答案 B 解析 由题图可知空气被封闭在细管内，水面升高时，气体压强就增大，根据玻意耳定律， 气体体积

13、一定减小，B 选项正确 3(查理定律)一定质量的气体，体积保持不变，下列过程可以实现的是( ) A温度升高，压强增大 B温度升高，压强减小 C温度不变，压强增大 D温度不变，压强减小 答案 A 解析 由查理定律p T常量，得温度和压强只能同时升高或同时降低，故 A 项正确 4(盖吕萨克定律)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 时的1 n倍，则此时气体的温度为( ) A.273 n B.2731n n C.273n1 n D273n(n1) 答案 C 解析 根据盖吕萨克定律，在压强不变的条件下 V0 273 V1 t273，又 V1 V0 n ，整理后得 t 273n1 n .