1、14 气体实验定律的图像表示及微观解释学习目标 1.理解气体实验定律的 p V、 p 、 V T、 p T 图像及其物理意义.2.能用1V气体分子动理论解释三个实验定律一、气体实验定律的图像表示1一定质量的某种气体在等温、等容、等压变化中的规律，既可以用公式表示，也可用图像表示2一定质量的某种气体做等温变化时，在 p V 图线中，气体的温度越高，等温线离坐标原点越远3一定质量的某种气体做等容变化时，在 p T 图线中，气体的体积越大，等容线的斜率越小4一定质量的某种气体做等压变化时，在 V T 图线中，气体的压强越大，等压线的斜率越小二、气体实验定律的微观解释1玻意耳定律一定质量的某种气体，分
2、子总数不变，温度保持不变时，分子平均动能也保持不变当气体体积减小时，单位体积内的分子数将增多，气体的压强也增大；当气体体积增大时，单位体积内的分子数将减少，气体的压强也就减小.2.查理定律一定质量的某种气体，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，气体的压强也增大；当温度降低时，分子平均动能减小，气体的压强也减小3盖吕萨克定律一定质量的某种气体，当气体的温度升高时，分子平均动能增大，气体的压强随之增大，为了保持压强不变，单位体积的分子数需要相应减小，对于一定质量的气体，分子总数保持不变，气体的体积必然相应增大即学即用判断下列说法的正误(1)一定质量的气体等温
3、变化的 p V 图像是通过原点的倾斜直线()(2)一定质量的气体的 p T 图像是双曲线()2(3)V T 图像的斜率大，说明压强小()(4)若 T 不变， p 增大，则 V 减小，是由于分子撞击器壁的作用力变大()(5)若 p 不变， V 增大，则 T 增大，是由于分子密集程度减小，要使压强不变，分子的平均动能增大()(6)若 V 不变， T 增大，则 p 增大，是由于分子密集程度不变，分子平均动能增大，而使单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增多，气体压强增大()一、 p V 图像导学探究 (1)如图 1 甲所示为一定质量的气体不同温度下的 p V 图线， T1和 T2哪一个大？(2)如图乙
4、所示为一定质量的气体不同温度下的 p 图线， T1和 T2哪一个大？1V图 1答案 (1) T1 T2 (2) T1 T2知识深化1 p V 图像：一定质量的气体等温变化的 p V 图像是双曲线的一支，双曲线上的每一个点均表示气体在该温度下的一个状态而且同一条等温线上每个点对应的 p、 V 坐标的乘积是相等的一定质量的气体在不同温度下的等温线是不同的双曲线，且 pV 乘积越大，温度就越高，图 2 中 T2 T1.图 22 p 图像：一定质量气体的等温变化过程，也可以用 p 图像来表示，如图 3 所1V 1V示等温线是过原点的倾斜直线，由于气体的体积不能无穷大，所以原点附近等温线应用虚线表示，该
5、直线的斜率 k pV，故斜率越大，温度越高，图中 T2T1.3图 3特别提醒 (1) p V 图像与 p 图像都能反映气体等温变化的规律，分析问题时一定要注1V意区分两个图线的不同形状(2)p 图像是一条直线，分析时比较简单， p V 图像是双曲线的一支，但 p 和 V 的关系1V更直观例 1 如图 4 所示是一定质量的某种气体状态变化的 p V 图像，气体由状态 A 变化到状态 B 的过程中，气体分子平均速率的变化情况是( )图 4A一直保持不变B一直增大C先减小后增大D先增大后减小答案 D解析 由题图可知， pAVA pBVB，所以 A、 B 两状态的温度相等，在同一等温线上由于离原点越远
6、的等温线温度越高，如图所示，所以从状态 A 到状态 B，气体温度应先升高后降低，分子平均速率先增大后减小例 2 (多选)如图 5 所示， D A B C 表示一定质量的某种气体状态变化的一个过程，则下列说法正确的是( )4图 5A D A 是一个等温过程B A B 是一个等温过程C TA TBD B C 过程中，气体体积增大、压强减小、温度不变答案 AD解析 D A 是一个等温过程，A 正确； BC 是等温线，而 A 到 B 温度升高，B、C 错误；B C 是一个等温过程， V 增大， p 减小，D 正确由玻意耳定律可知， pV C常量 ，其中 C 的大小与气体的质量、温度和种类有关，对同种气
7、体质量越大、温度越高， C 越大，在 p V 图像中，纵坐标的数值与横坐标的数值的乘积越大，在 p 图像中，斜率 k 也就越大.1V二、 p T 图像与 v T 图像导学探究 (1)如图 6 所示为一定质量的气体在不同体积下的 p T 图像， V1、 V2哪个大？图 6 图 7(2)如图 7 所示为一定质量的气体在不同压强下的 V T 图像， p1、 p2哪个大？答案 (1) V2 V1 (2) p2 p1知识深化1 p T 图像，如图 8 所示：图 8(1)p T 图中的等容线是一条过原点的倾斜直线(2)p t 图中的等容线不过原点，但反向延长线交 t 轴于273.15.(3)无论 p T
8、图像还是 p t 图像，其斜率都能判断气体体积的大小，斜率越大，体积越小2 V T 图像，如图 9 所示：5图 9(1)V T 图中的等压线是一条过原点的倾斜直线(2)V t 图中的等压线不过原点，但反向延长线交 t 轴于273.15.(3)无论 V T 图像还是 V t 图像，其斜率都能判断气体压强的大小，斜率越大，压强越小3 p T 图像与 V T 图像的比较图像纵坐标 压强 p 体积 V不同点斜率意义 斜率越大，体积越小， V4TA TC，故从 A 到 B 的过程温度升高，A 项正确；从 B 到 C 的过程温度降低，B 项错误；从 A 到 C 的过程温度先升高后降低，C 项错误；A、 C
9、 两点在同一等温线上，D 项正确2( p T 图像)(多选)如图 13 所示为一定质量的气体的三种变化过程，则下列说法正确的是( )9图 13A a d 过程气体体积增加B b d 过程气体体积不变C c d 过程气体体积增加D a d 过程气体体积减小答案 AB解析 在 p T 图像中等容线是延长线过原点的倾斜直线，且气体体积越大，直线的斜率越小因此， a 状态对应的体积最小， c 状态对应的体积最大， b、 d 状态对应的体积相等，故 A、B 正确3( V T 图像)(多选)一定质量的某种气体自状态 A 经状态 C 变化到状态 B，这一过程在V T 图上的表示如图 14 所示，则( )图
10、14A在 AC 过程中，气体的压强不断变大B在 CB 过程中，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，气体的压强最大答案 AD解析 气体由 A C 的变化过程是等温变化，由 pV C(C 是常数)可知，体积减小，压强增大，故 A 正确由 C B 的变化过程中，气体的体积不发生变化，即为等容变化，由 C(C 是常数)可知，温度升高，压强增大，故 B 错误综上所述，由 A C B 的过程中pT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4(气体实验定律的微观解释)在一定的温度下，一定质量的气体的体积减小时，气体的压强增大，这是由于( )A
11、单位体积内的分子数增多，单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多B气体分子的密度变大，分子对器壁的吸引力变大10C每个气体分子对器壁的平均撞击力变大D气体分子数密度增大，单位体积内分子重量变大答案 A解析 温度一定说明气体分子的平均动能不变，即分子对器壁的平均撞击力不变，但气体的压强还与单位时间内分子对器壁的撞击次数有关，而分子数密度单位体积内的气体分子个数决定了单位时间内单位面积上分子与器壁的平均撞击次数，气体体积减小时，单位体积内分子对器壁的撞击次数增多，故气体的压强增大故选项 A 正确一、选择题考点一 气体实验定律的图像1(多选)某同学用同一个注射器做了两次验证玻意耳定律的实验，操作完全正确根
12、据实验数据却在 p V 图上画出了两条不同的双曲线，如图 1 所示造成这种情况的可能原因是( )图 1A两次实验中空气质量不同B两次实验中温度不同C两次实验中保持空气质量、温度相同，但所取的气体压强的数据不同D两次实验中保持空气质量、温度相同，但所取的气体体积的数据不同答案 AB解析 实验时若两次所封气体的质量不同，在同一坐标系上会画出不同的等温线，A对在质量一定的情况下，温度不同，得出的等温线也不同，B 对质量、温度都不变，压强与体积成反比，得到的是同一条等温线，C、D 错2.一定质量的气体的 V t 图像如图 2 所示，在气体由状态 A 变化到状态 B 的过程中，气体的压强( )图 211
13、A一定不变B一定减小C一定增加D不能判定怎样变化答案 D解析 若 BA 的延长线交于 t 轴上273.15C，则是等压变化，气体压强一定不变若与t 轴交点位于273.15C 的右方，则气体的压强一定减小，若与 t 轴的交点位于273.15C 的左方，则气体的压强一定增大3如图 3 所示，一向右开口的汽缸放置在水平地面上，活塞可无摩擦移动且不漏气，汽缸中间位置有小挡板初始时，外界大气压为 p0，活塞紧压小挡板处，现缓慢升高缸内气体温度，则如图所示的 p T 图像能正确反映缸内气体压强变化情况的是( )图 3答案 B解析 初始时刻，活塞紧压小挡板，说明汽缸中的气体压强小于外界大气压强；在缓慢升高汽
14、缸内气体温度时，气体先做等容变化，温度升高，压强增大，当压强等于大气压时活塞离开小挡板，气体做等压变化，温度升高，体积增大，A、D 错误；在 p T 图像中，等容线为过原点的直线，所以 C 错误，B 正确4在下列图中，不能反映一定质量的气体经历了等温变化等容变化等压变化后，又可以回到初始状态的图是( )12答案 D解析 根据 p V、 p T、 V T 图像的物理意义可以判断，其中 D 显示的是气体经历了等温变化等压变化等容变化，与题意不符5(多选)如图 4 所示为一定质量的气体沿着箭头所示的方向发生状态变化的过程，则该气体压强的变化是( )图 4A从状态 c 到状态 d，压强减小B从状态 d
15、 到状态 a，压强不变C从状态 a 到状态 b，压强增大D从状态 b 到状态 c，压强增大答案 AC解析 在 V T 图上，等压线是延长线过原点的倾斜直线，对一定质量的气体，图线上的点与原点连线的斜率表示压强的倒数，斜率大的压强小，因此 A、C 正确，B、D 错误考点二 气体实验定律的微观解释6一定质量的气体，在压强不变的条件下，温度升高，体积增大，从分子动理论的观点来分析，正确的是( )A此过程中分子的平均速率不变，所以压强保持不变B此过程中每个气体分子碰撞器壁的平均冲击力不变，所以压强保持不变C此过程中单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数不变，所以压强保持不变D以上说法都不对答案 D
16、解析 压强与单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数和每个分子的冲击力有关，温度升高，分子与器壁的平均冲击力增大，单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数应减小，压强才可能保持不变7(多选)一定质量的某种气体经历等温压缩时，气体的压强增大，从气体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冲击力加大13B气体分子对器壁的碰撞更频繁C气体分子数增加D气体分子密集程度加大答案 BD解析 温度不变即分子平均动能不变，体积减小即单位体积内分子数增多，分子碰撞器壁频率增加，可见选项 B、D 正确8如图 5 所示是一定质量的某种气体的等压线，比较等压线上的 a、 b 两个状态，下列说法正确的是(
17、)图 5A在相同时间内撞在单位面积上的分子数 b 状态较多B在相同时间内撞在单位面积上的分子数 a 状态较多C在相同时间内撞在相同面积上的分子数两状态一样多D单位体积内的分子数两状态一样多答案 B解析 由 V T 图像知，气体在 a、 b 两状态压强相等， a 状态温度较低，体积较小，故单位时间内 a 状态撞在单位面积上的分子数较多，故 B 正确，A、C、D 错误二、非选择题9(气体实验定律的应用及气体压强的微观解释)一定质量的理想气体由状态 A 经状态 B 变化到状态 C，其中 A B 过程为等压变化， B C 过程为等容变化已知VA0.3m 3， TA TC300K， TB400K.(1)
18、求气体在状态 B 时的体积；(2)说明 B C 过程压强变化的微观原因答案 (1)0.4m 3 (2)见解析解析 (1) A B 过程，由盖吕萨克定律， VATA VBTBVB VA 0.3m30.4m 3TBTA 400300(2)B C 过程，气体体积不变，分子密集程度不变，温度降低，分子平均动能减小，平均每个分子对器壁的冲击力减小，压强减小10(气体实验定律的图像)如图 6 所示，一定质量的气体从状态 A 经 B、 C、 D 再回到 A.问AB、 BC、 CD、 DA 经历的是什么过程？已知气体在状态 A 时的体积是 1L，求在状态 B、 C、 D时的体积各为多少，并把此图改为 p V 图像14图 6答案 见解析解析 A B 为等容变化，压强随温度升高而增大B C 为等压变化，体积随温度升高而增大C D 为等温变化，体积随压强减小而增大D A 为等压变化，体积随温度降低而减小由题意知 VB VA1L因为 B C 的等压变化，由盖吕萨克定律有 ，所以 VC VBVBTB VCTC TCTB1L2L因 C D 为等温变化，由玻意耳定律有 pCVC pDVD，得900450VD VC 2L6L所以 VB1L， VC2L， VD6L根据以上数据，题中四个过程的pCpD 31p V 图像如图所示
