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【金版新学案】2013-2014学年高中物理同步配套辅导与检测（粤教版，选修3-3）：第二章第八节气体实验定律Ⅱ（51张ppt）

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第八节　气体实验定律(Ⅱ)

固体、液体和气体

1．通过实验，理解查理定律和盖·吕萨克定律．

2．知道理想气体模型，能用分子运动论和统计观点解释气体实验定律．

3．掌握气体实验定律的简单应用．

前面我们学习了玻意耳定律：一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强和体积成反比．那么，一定质量的气体，在体积不变的情况下，压强随温度怎样变化呢？滴液瓶中装有干燥的空气，用涂有少量润滑油的橡皮塞盖住瓶口，把瓶子放入热水中，会看到塞子飞出；把瓶子放在冰水混合物中，拔掉塞子时会比平时费力，为什么？

1．气体在____不变的状态下，发生的变化叫做等容变化；

2．____质量的某种气体，在体积不变的情况下，____与__________成正比；则有p＝____或＝_____.此关系为查理定律．在P－T图上，等容过程的图线是一条____________．

3．气体在____不变的状态下，发生的变化叫做等压变化．

体积

一定　压强

热力学温度　 CT

过原点的直线

压强

4．____质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积与__________成____比；则有V＝____或＝______.此关系为盖·吕萨克定律．在V－T图上，等压过程的图线是一条_____________．

5．理想气体：实验表明，在压强不太大，温度不太低的条件下，不论什么气体都近似符合气体实验定律，为了研究方便，我们可以设想有一种严格遵守_____________的气体，这样的气体称为理想气体，理想气体实际上是不存在的，它是对实际气体的一种理想化的简化模型．

热力学温度　正　 CT

一定

过原点的直线

三个实验定律

6．气体实验定律的微观解释．

(1)对玻意耳定律的解释：从分子动理论的观点来看，一定质量的气体，温度保持不变时，气体分子的平均动能一定，气体的体积减小，分子的密集程度增大，气体的压强增大；反之，气体体积增大，分子密集程度减小，气体压强减小．

(2)对查理定律的解释：从分子动理论的观点来看，一定质量的气体，体积保持不变而温度升高时，分子的密集程度不变，分子的平均动能增大，因而气体的压强增大，温度降低时，情况恰好相反．

(3)对盖·吕萨克定律的解释：一定质量的气体温度升高时，要保持压强不变，那就只能让气体体积增大才行，这时，一方面由于温度升高，分子的平均动能增大，分子对器壁单位时间内单位面积上的作用力增大，压强有增大的倾向，另一方面，由于体积的增大，分子的密集程度减小，单位时间内分子对单位面积的碰撞次数减小，使压强有减小的倾向，这两种倾向抵消，所以压强保持不变．

查理定律的应用

一定质量气体在体积不变时，压强和温度的关系是由法国科学家查理通过实验发现的，叫做查理定律．

一定质量的某种气体，在体积V不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比，即

这一定律适用于体积不变，温度不太低，压强不太大的情况．

注意：(1)在具体题目中一定要注意压强p与热力学温度T成正比，而与摄氏温度不成正比，因此应注意温度的计算．

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1个大气压，在20℃下充气，则灯泡内气体的压强至多能充到多少？

1. （2012·全国新课标）如图，由U型管和细管连接的玻璃泡A、B和C浸泡在温度均为0 ℃的水槽中，B的容积是A的3倍.阀门S将A和B两部分隔开.A内为真空，B和C内都充有气体.U型管内左边水银柱比右边的低60mm.打开阀门S，整个系统稳定后，U型管内左右水银柱高度相等.假设U型管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积.

（1）求玻璃泡C中气体的压强（以mmHg为单位）；（2）将右侧水槽的水从0 ℃加热到一定温度时，U型管内左右水银柱高度差又为60 mm，求加热后右侧水槽的水温.

解析：（1）在打开阀门S前，两水槽水温均为T0=273K.设玻璃泡B中气体的压强为p1，体积为VB，玻璃泡C中气体的压强为pC，依题意有

p1=pC+Δp ①

式中Δp=60 mmHg，打开阀门S后，两水槽水温仍为T0，设玻璃泡B中气体的压强为pB，

依题意，有

pB=pC ②

玻璃泡A和B中气体的体积为

V2=VA+VB ③

根据玻意耳定律得

p1VB=pBV2 ④

联立①②③④式，并代入题给数据得

（2）当右侧水槽的水温加热至T′时，U型管左右水银柱高度差为Δp.玻璃泡C中气体的压强为

p′C=pB+Δp ⑥

玻璃泡C中的气体体积不变，根据查理定理得

⑦

联立②⑤⑥⑦式，并代入题给数据得

T′=364K.

答案：（1）180 mmHg（2）364 K

盖?吕萨克定律的应用

体积为V＝100 cm3的空心球带有一根有刻度的均匀长管，管上共有N＝101个刻度，设长管与球连接处为第一个刻度，以后顺序往上排列，相邻两刻度间管的体积为0.2 cm3，水银液滴将球内空气与大气隔开，如右图所示．当温度t＝5 ℃时，水银液滴在刻度为N＝21的地方. 那么在此大气压下，能否用它测量温度？说明理由，若能，求出测量范围．不计热膨胀.

解析：因管口与大气相通，所以球壳内气体的体积随温度的升高而膨胀，气体做等压变化，

根据盖·吕萨克定律

温度的增加与体积的增加成正比，所以可用来测量温度．

当t＝5 ℃时：T0＝(273＋5) K＝278 K，V0＝(100＋20×0.2) cm3＝104 cm3

当N＝1时：T1＝267.3　V1＝100 cm3

当N＝101时：T2＝320.8　V2＝(100＋100×0.2)cm3＝120 cm3

∵T1＝t1＋273 K，T2＝t2＋273 K，∴t1＝－5.7 ℃，t2＝47.8 ℃.

答案：－5.7 ℃～47.8 ℃

2.（2012·上海卷）右图为 “研究一定质量气体在压强不变的条件下，体积变化与温度变化关系”的实验装置示意图.粗细均匀的弯曲玻璃管A臂插入烧瓶，B臂与玻璃管C下部用橡胶管连接，C管开口向上，一定质量的气体被封闭于烧瓶内.开始时，B、C内的水银面等高.

（1）若气体温度升高，为使瓶

内气体的压强不变，应将C管____

（填“向上”或“向下”）移动，直至

__________________

（2）（单选）实验中多次改变气体温度，用Δt表示气体升高的温度，用Δh表示B管内水银面高度的改变量.根据测量数据作出的图象是 ( )

解析：（2）Δv与Δt成正比，Δv=SΔh，S表示B管内横截面积，所以Δh与Δt成正比，选项A正确. 

答案：（1）向下 B、C两管内水银面等高（2）A

p-T 图象的应用

1．p-T图象：一定质量的某种气体，在等容过程中气体压强p和热力学温度T的图线是过原点的倾斜直线，在p-T图象中，比较两个状态的体积大小，可以用这两个状态到原点连线的斜率大小来判断. 如图所示，且V1<V2，即体积越大，斜率越小．

2．p-t图象：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 ℃的倾斜直线，且斜率越大，体积越小，且V1<V2，图象纵轴的截距p0是气体在0 ℃时的压强．

(双选）如图所示，是一定质量的理想气体的三种变化过程，那么，以下四种解释中，哪些是正确的(　　)

A．a→d的过程气体体积增加

B．b→d的过程气体体积不变

C．c→d的过程气体体积增加

D．a→d的过程气体体积减小

解析：在p-T图上的等容线的延长线是过原点的直线，且体积越大，直线的斜率越小．由此可见，a状态对应体积最小，c状态对应体积最大．所以选项A、B正确．

答案：AB

3．一定质量的理想气体的p－t图象如下图所示，在气体由状态A变化到状态B的过程中，体积(　　)

A．一定不变　　　　　　

B．一定减小

C．一定增加

D．不能判定怎样变化

解析：图中横坐标表示的是摄氏温度t.若BA的延长线与t轴相交在－273 ℃，则表示A到B过程中体积是不变的．但是，由图中无法作出这样的判定．

答案：D

V-T图象的应用

1．V-T图象：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的图线是过原点的倾斜直线，在V-T图象中，比较两个状态的压强大小，可以用这两个状态到原点连线的斜率大小来判断，斜率越大，压强越小．如下图所示，且p1<p2，即压强越大，斜率越小．

2．V-t图象：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．如图所示，图象纵轴的截距V0是气体在0 ℃时的体积，等压线是一条延长线通过横轴上－273.15 ℃的倾斜直线，且斜率越大，压强越小．

（双选）一定质量的某种气体自状态A经状态C变化到状态B，如图所示，在气体状态变化过程中，正确的是(　　)

A．在过程AC中，气体的压强不断变大

B．在过程CB中，气体的压强不断变小

C．在状态A时，气体的压强最大

D．在状态B时，气体的压强最大

解析：气体的AC变化过程是等温变化，由pV＝C可知，体积减小，压强增大，A正确．在CB变化过程中，气体的体积不发生变化，即为等容变化，由p/T＝C可知，温度升高，压强增大，故B错误．由以上分析可知在ACB过程中气体的压强始终增大，所以气体在状态B时的压强最大，故C错误，D正确．

答案：AD

4.一定质量的气体作等压变化时，其V-t图象如右图所示，若保持气体质量不变，而改变气体的压强，再让气体作等压变化，则其等压线与原来相比，下列不可能正确的是(　　)

A．等压线与V轴之间夹角变小

B．等压线与V轴之间夹角变大

C．等压线与t轴交点的位置不变

D．等压线与t轴交点的位置一定改变

解析：对于一定质量气体的等压线，其V－t图象的延长线一定过－273 ℃的点，C正确；由于题目中没有给定压强的变化情况，因此A、B都有可能．

答案：D

1．（双选)描述一定质量的气体等容变化的A到B过程的图线是图中的哪一个(　　)

解析：等容变化时，p－T图象为正比例函数，故A、B错误；p－t图象为一次线性函数．故C、D正确．

答案：CD

2．对于一定质量的气体，以下说法正确的是(　　)

A．气体作等容变化时，气体的压强和温度成正比

B．气体作等容变化时，温度升高1 ℃，增加的压强是原来压强的1/273

C．气体作等容变化时，气体压强的变化量与温度的变化量成正比

D．由查理定律可知，等容变化中，气体温度从t1升高到t2时，气体压强由p1增加到p2，且p2＝p1·[1＋(t2－t1)/273]

3．(双选）一定质量的理想气体在等压变化中体积增大了1/2，若气体原来温度是27 ℃，则温度的变化是(　　)

A．升高到450 K B．升高了150 ℃

C．升高到40.5 ℃ D．升高了450 ℃

4．高空实验火箭起飞前，仪器舱内气体的压强p0＝1 atm，温度t0＝27 ℃，在火箭竖直向上飞行的过程中，加速度的大小等于重力加速度g，仪器舱内水银气压计的示数为p＝0.6p0，已知仪器舱是密封的，那么，这段过程中舱内温度是(　　)

A．16.2 ℃ B．32.4 ℃

C．360 K D．180 K

5．温度计是生活、生产中常用的测温装置．如图为一个简单温度计，一根装有一小段有色水柱的细玻璃管穿过橡皮塞插入烧瓶内，封闭一定质量的气体．当外界温度发生变化时，水柱位置将上下变化．已知A、D间的测量范围为20～80 ℃，A、D间刻度均匀分布．由图可知，A、D及有色水柱下端所示的温度分别是(　　)

A．20 ℃、80 ℃、64 ℃

B．20 ℃、80 ℃、68 ℃

C．80 ℃、20 ℃、32 ℃

D．80 ℃、20 ℃、34 ℃

6．如图所示是一定质量的气体从状态A经B到C的V-T图象，由图象可知(　　)

A．pA>pB B．pC<pB

C．VA<VB D．TA<TB

7．一定质量的理想气体经历如下图所示的一系列过程ab、bc、cd和da，这四段过程在p-T图上都是直线，其中ab的延长线通过坐标原点，bc垂直于ab，而cd平行于ab，由图不能判断(　　)

A．ab过程中气体体积不断减小

B．bc过程中气体体积不断减小

C．cd过程中气体体积不断增大

D．da过程中气体体积不断增大

解析：由于ab的延长线过坐标原点，斜率不变，ab过程是等容变化，A错误；把c、d与O连线，可得两条等容线，斜率关系是koc>kod>kab，故bc过程体积减小，cd过程体积增大，da过程体积增大．

答案：A

8. （2012·重庆卷）右图为伽利略设计的一种测温装置示意图，玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通，下端插入水中，玻璃泡中封闭有一定量的空气.若玻璃管中水柱上升，则外界大气的变化可能是（）

A.温度降低，压强增大

B.温度升高，压强不变

C.温度升高，压强减小

D.温度不变，压强减小

解析：设玻璃泡中气体压强为P，外界大气压为P′，则P′=P+ρgh，且玻璃泡中气体与外界大气压温度相同，液柱上升，气体体积减小，根据理想气体状态方程

可知，变大，即变大，B、C、D三项均不符合要求，A正确. 

9.上端开口竖直放置的玻璃管，横截面积为0.10 cm2.管中有一段15 cm长的水银柱将一些空气封闭在管中，如右图，此时气体的温度为27 ℃.当温度升高到30 ℃时，为了使气体体积不变，需要再注入多少克水银？设大气压强为p0＝75 cmHg且不变．水银密度ρ＝13.6 g/cm3.

解析：以管中封闭气体为研究对象，

初态：p1＝p0＋ρgh＝90 cmHg，T1＝300 K

末态：p2＝(90＋x) cmHg，T2＝303 K

由查理定律得：，所以x＝0.9 cm

注入水银的质量

m＝ρxS＝13.6×0.9×0.10 g≈1.2 g.

答案：1.2 g

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