1.5气体实验定律 学案(含答案)
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1、第第 5 5 节节 气体实验定律气体实验定律 核心素养 物理观念 科学探究 科学思维 1.知道玻意耳定律、查理定律、 盖吕萨克定律的内容、 表达式 及适用条件。 2.能用图像描述气体的等温变 化、等容变化和等压变化。 3.知道什么是理想气体,并掌握 理想气体的特点。 通过实验探究 气体压强、 气体 体积与温度的 关系。 用分子动理论 和统计规律解 释气体实验定 律。 知识点一 玻意耳定律 观图助学 如图所示,当我们用力挤压气球时,气球的体积减小,这时气球很容易发生“爆 炸”,你能说出其中的道理吗? 1.玻意耳定律 (1)内容:一定质量的气体,在温度保持不变的条件下,压强与体积成反比。 (2)公
2、式:p1 V,或 p1V1p2V2。 (3)条件:气体的质量一定,温度保持不变。 2.气体等温变化的图像(即等温线) (1)图像 (2)特点:一定质量的气体在温度不变时,由于压强与体积成反比,在 pV 图像 上等温线应为双曲线,在 p1 V图像上等温线应为过原点的直线。 3.玻意耳定律的微观解释 从微观角度看,一定质量的气体分子总数不变。温度保持不变时,分子平均动能 保持不变。 当气体体积减小时, 单位体积内的分子数增多, 气体的压强也就增大; 当气体体积增大时,单位体积内的分子数减少,气体的压强也就减小。 思考判断 (1)玻意耳定律的成立条件是一定质量的气体,温度保持不变。() (2)一定质
3、量的气体,在温度不变时,压强跟体积成反比。() (3)在 pV 图像上,等温线为直线。() 气球的体积减小时,封闭在气球内的气体的压强就会增大,当气体压强增大到一 定的程度就会撑爆气球。 当封闭气体的温度保持不变时,气体的压强和体积的乘积为一个定值。 与pV图像相比, p1 V图像更能直观地反映等温变化中气体压强和体积的关系。 温度不变,气体的热运动剧烈程度不变,若体积增大,则单位体积内的分子数减 少,所以气体分子在单位时间内对单位面积的撞击次数减少。 知识点二 查理定律与盖吕萨克定律 观图助学 将一个瘪了(但没破)的乒乓球放进盛有热水的碗里,用手拨动乒乓球让它在水中 滚动,过一会儿,瘪了的乒
4、乓球又重新恢复为球形,你知道其中的原因吗? 1.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:pT 或p1 T1 p2 T2。 (3)条件:气体的质量一定,体积保持不变。 (4) pT 图像 (5)微观解释:从微观角度看,一定质量的气体,在体积保持不变时,单位体积 内的分子数保持不变。 当温度升高时, 分子平均动能增大, 气体的压强也就增大; 当温度降低时,分子平均动能减小,气体的压强也就减小。 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:VT 或V1 T1 V2 T2。
5、(3)条件:气体的质量一定,压强保持不变。 (4) VT 图像 (5)微观解释:从微观角度看,对于一定质量的气体,当温度升高时,分子平均 动能增大,为了保持压强不变,单位体积的分子数相应减少,气体的体积必然相 应增大。反之,当气体的温度降低时,气体的体积必然减小。 3.理想气体 (1)定义:严格遵循气体实验定律的气体称为理想气体。 (2)理解 理想气体的分子大小与分子间的距离相比可忽略不计;除了碰撞外,分子间的 相互作用可忽略不计。 理想气体的分子势能可忽略不计,其内能只是所有分子热运动动能的总和。 一定质量理想气体的内能只与气体的温度有关,而与气体的体积无关。 思考判断 (1)一定质量的某种
6、气体,在压强不变时,若温度升高,则体积减小。() (2)“拔火罐”时,火罐冷却,罐内气体的压强小于大气的压强,火罐就被“吸” 在皮肤上。() (3)一定质量的气体,等容变化时,气体的压强和热力学温度成正比。() (4)一定质量的理想气体,其温度升高,内能一定增大。() 气体做等容变化时,压强与热力学温度成正比,不是与摄氏温度成正比。 高压锅内封闭的气体温度升高,气体压强增大。 单位体积内的分子数不变,温度升高,气体分子的热运动增强,在单位时间内对 单位面积的撞击次数增加。 温度升高时, 气体分子热运动的剧烈程度增加, 单个分子对器壁的撞击力度增大, 若要压强不变,相同时间内对器壁的撞击次数一定
7、较少。 理想气体是一种理想模型,现实中不存在,真实气体在压强不太大、温度不太低 的情况下可以看作理想气体。 对于理想气体,内能由温度决定,温度越高,内能越大。 核心要点 玻意耳定律的理解及应用 问题探究 (1)玻意耳定律成立的条件是什么? (2)用 p1V1p2V2解题时各物理量的单位必须是国际单位制中的单位吗? (3)玻意耳定律的表达式 p1 V,即 pVC, C 是一个与气体无关的常量吗? 答案 (1)一定质量的气体,且温度不变。 (2)不必。只要同一物理量使用同一单位即可。 (3)pVC 中的常量 C 不是一个普适恒量,它与气体的种类、质量、温度有关。 探究归纳 1.对玻意耳定律 (1)
8、成立条件:一定质量的某种气体,温度不太低,压强不太大。 (2)表达式:p1V1p2V2或 pVC。 (3)玻意耳定律表达式 pVC 中的 C 与气体所处温度高低有关,温度越高,C 越 大。 2.pV 图像与 p1 V图像 (1)一定质量的气体的pV图像如图甲所示, 图线为双曲线的一支, 且温度t1t2。 (2)一定质量的气体 p1 V图像如图乙所示,图线的延长线为过原点的倾斜直线, 且温度 t1t2。 经典示例 例 1 在温度不变的情况下, 把一根长为 100 cm、 上端封闭的玻璃管竖直插入水 银槽中如图所示,插入后管口到槽内水银面的距离是管长的一半,若大气压为 75 cmHg,求水银进入管
9、内的长度。 解析 以玻璃管内封闭的空气柱为研究对象。 设玻璃管的横截面积为 S, 初态:玻璃管未插入水银槽之前, p1p075 cmHg; V1LS100 S。 末态:玻璃管插入水银槽后,设管内外水银面高度差为 h, 则 p2(75h)cmHg; V2(50h) S。 根据玻意耳定律 p1V1p2V2得 75100 S(75h)(50h) S, 即 h2125h3 7500。 解得 h25 cm;h150 cm(舍去)。 所以,水银进入管内的长度为 L 2h 100 2 25 cm25 cm。 答案 25 cm 规律总结 应用玻意耳定律的思路和方法 (1)确定研究对象,并判断是否满足玻意耳定律
10、成立的条件。 (2)确定始末状态及状态参量(p1、V1,p2、V2)。 (3)根据玻意耳定律列方程p1V1p2V2代入数值求解(注意各状态参量要统一单位)。 (4)注意分析题目中的隐含条件,必要时还应由力学或几何知识列出辅助方程。 (5)有时要检验结果是否符合实际,对不符合实际的结果要舍去。 针对训练 1 如图所示, 粗细均匀、 导热良好、 装有适量水银的 U 型管竖直放置, 右端与大气相通,左端封闭气柱长 l120 cm(可视为理想气体),两管中水银面等 高。先将右端与一低压舱(未画出)接通,稳定后右管水银面高出左管水银面 h 10 cm(环境温度不变,大气压强 p075 cmHg),求稳定
11、后低压舱内的压强(用 “cmHg”作单位)。 解析 设 U 型管横截面积为 S,右端与大气相通时左管中 封闭气体压强为 p1,右端与一低压舱接通后左管中封闭气体压强为 p2,气柱长 度为 l2,稳定后低压舱内的压强为 p。左管中封闭气体发生等温变化, 根据玻意耳定律得 p1V1p2V2, p1p0,p2pph。 由几何关系得 h2(l2l1), V1l1S,V2l2S。 整理得 pl1p0 l2 ph 2l1p0 h2l1ph50 cmHg。 答案 50 cmHg 核心要点 查理定律的理解及应用 问题探究 (1)生活中我们经常遇到这样的事情,保温杯内剩余半杯热水时我们将杯子盖拧 紧,放置一段时
12、间后,杯子盖很难拧开或者拧不开,这是为什么? (2)打足气的自行车在烈日下曝晒,常常会爆胎,原因是什么? 答案 (1)放置一段时间后,杯内的空气温度降低,压强减小,外界的大气压强 大于杯内空气压强,所以杯盖很难打开。 (2)车胎在烈日下曝晒,胎内的气体温度升高,气体的压强增大,把车胎胀破。 探究归纳 1.查理定律 (1)成立条件:气体的质量和体积不变。 (2)表达式:p1 T1 p2 T2 或 p TC。 (3)查理定律表达式p TC 中的 C 与气体的种类、质量、体积有关。 2.查理定律的推论 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
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