1、4 气体实验定律的图像表示及微观解释,第二章 气 体,学习目标,1.理解气体实验定律的pV、p 、VT、pT图像及其物理意义. 2.能用气体分子动理论解释三个实验定律.,内容索引,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习 预习新知 夯实基础,自主预习,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 表示. 2.一定质量的某种气体做等温变化时，在pV图线中，气体的温度越高，等温线离坐标原点越 . 3.一定质量的某种气体做等容变化时，在pT图线中，气体的体积越大，等容线的斜率越 . 4.一定质量的某种气体做等压
2、变化时，在VT图线中，气体的压强越大，等压线的斜率越 .,图像,远,小,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，分子总数不变，温度保持不变时，分子_ 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，_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， 保持 不变.当温度升高时， 增大， 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.,平均动能,气体的压,强,单位体积内的分子数,分子平均动能,气体的压强,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
3、 ，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 ，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.,增大,相应减小,判断下列说法的正误. (1)一定质量的气体等温变化的pV图像是通过原点的倾斜直线.( ) (2)一定质量的气体的pT图像是双曲线.( ) (3)VT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
4、面积器壁的分子数增多，气体压强增大.( ),即学即用,答案,重点探究,(1)如图1甲所示为一定质量的气体不同温度下的pV图线，T1和T2哪一个大？,一、pV图像,导学探究,答案 T1T2,答案,图1,(2)如图乙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？,答案 T1T2,答案,知识深化,1.pV图像：一定质量的气体等温变化的pV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T2T1.,图2,2.p 图像：一定质量
5、气体的等温变化过程，也可以用p 图像来表示，如图3所示.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，该直线的斜率kpV，故斜率越大，温度越高，图中T2T1.,图3,例1 如图4所示是一定质量的某种气体状态变化的pV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 A.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,解析,图4,解析 由题图可知，pAVApBVB，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
6、小.,例2 (多选)如图5所示，DABC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 A.DA是一个等温过程 B.AB是一个等温过程 C.TATB D.BC过程中，气体体积增大、压强减小、温度不变,答案,解析,图5,解析 DA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； BC是一个等温过程，V增大，p减小，D正确.,由玻意耳定律可知，pVC(常量)，其中C的大小与气体的质量、温度和种类有关，对同种气体质量越大、温度越高，C越大，在pV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.,二、pT图像与vT图像,答案,(1)如图6
7、所示为一定质量的气体在不同体积下的pT图像，V1、V2哪个大？,导学探究,答案 V2V1,图6,(2)如图7所示为一定质量的气体在不同压强下的VT图像，p1、p2哪个大？,答案 p2p1,答案,图7,(1)pT图中的等容线是一条过原点的倾斜直线. (2)pt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pT图像还是pt图像，其斜率都能判断气体体积的大小，斜率越大，体积越小.,知识深化,1.pT图像，如图8所示：,图8,2.VT图像，如图9所示：,图9,(1)VT图中的等压线是一条过原点的倾斜直线. (2)Vt图中的等压线不过原点，但反向延长线交t轴于273.15 . (
8、3)无论VT图像还是Vt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.pT图像与VT图像的比较,例3 图10甲是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的VT图像，已知气体在状态A时的压强是1.5105 Pa.,答案,解析,图10,(1)根据图像提供的信息，计算图中TA的值.,答案 200 K,(2)请在图乙坐标系中，作出由状态A经过状态B变为状态C的pT图像，并在图线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，请写出计算过程.,答案 见解析,则可画出由状态ABC的pT图像如图所示.,答案,解析,1.在根据图像判断气体的状态变化时，首先要确定横、纵坐标表示的
9、物理量，其次根据图像的形状判断各物理量的变化规律. 2.在气体状态变化的图像中，图线上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态，一个线段表示气体状态变化的一个过程.,例4 (多选)一定质量的气体的状态经历了如图11所示的ab、bc、cd、da四个过程，其中bc的延长线通过原点，cd垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平行，则气体体积在 A.ab过程中不断增加 B.bc过程中保持不变 C.cd过程中不断增加 D.da过程中保持不变,答案,解析,图11,解析 首先，因为bc的延长线通过原点，所以bc是等容线，即气体体积在bc过程中保持不变，B正确； ab是等温线，压强减小则体积增大，A正确； cd是
10、等压线，温度降低则体积减小，C错误； 如图所示，连接aO交cd于e，则ae是等容线，即VaVe，因为VdVe，所以VdVa，所以da过程中气体体积变大，D错误.,三、气体实验定律的微观解释,(1)如何从微观角度来解释气体实验定律？,导学探究,答案 从决定气体压强的微观因素上来解释，即气体分子的平均动能和气体分子的密集程度.,答案,(2)自行车的轮胎没气后会变瘪，用打气筒向里打气，打进去的气越多，轮胎会越“硬”.你怎样用分子动理论的观点来解释这种现象？(假设轮胎的容积和气体的温度不发生变化),答案 轮胎的容积不发生变化，随着气体不断地打入，轮胎内气体分子的密集程度不断增大，温度不变意味着气体分子
11、的平均动能没有发生变化，单位时间内单位面积上碰撞次数增多，故气体压强不断增大，轮胎会越来越“硬”.,答案,知识深化,1.用气体分子动理论解释玻意耳定律 一定质量(m)的气体，其分子总数(N)是一个定值，当温度(T)保持不变时，则分子的平均速率(v)也保持不变，当其体积(V)增大为原来的n倍时，单位体积内的分子数(N0)则变为原来的n分之一，因此气体的压强也减为原来的n分之一；反之若体积减小为原来的n分之一，压强则增大为原来的n倍，即压强与体积成反比.这就是玻意耳定律.,2.用气体分子动理论解释查理定律 一定质量(m)的气体的总分子数(N)是一定的，体积(V)保持不变时，其单位体积内的分子数(N
12、0)也保持不变，当温度(T)升高时，其分子运动的平均速率(v)也增大，则气体压强(p)也增大；反之当温度(T)降低时，气体压强(p)也减小.这与查理定律的结论一致. 3.用气体分子动理论解释盖吕萨克定律 一定质量(m)的气体的总分子数(N)是一定的，要保持压强(p)不变，当温度(T)升高时，气体分子运动的平均速率(v)会增加，那么单位体积内的分子数(N0)一定要减小(否则压强不可能不变)，因此气体体积(V)一定增大；反之当温度降低时，同理可推出气体体积一定减小.这与盖吕萨克定律的结论是一致的.,特别提醒 (1)温度不变时，一定质量的气体体积减小，单位体积内的分子数增加. (2)体积不变时，一定
13、质量的气体温度升高，分子的平均动能增大. (3)压强不变时，一定质量的气体温度升高，气体体积增大，单位体积内的分子数减少.,例5 (多选)关于一定质量的气体，下列说法中正确的是 A.体积不变，压强增大，气体分子的平均动能一定增大 B.温度不变，压强减小时，气体的密集程度一定减小 C.压强不变，温度降低时，气体的密集程度一定减小 D.温度升高，压强和体积可能都不变,答案,解析,解析 体积不变，分子的密集程度就保持不变，压强增大，说明分子的平均撞击力变大了，即分子的平均动能增大了，A正确. 温度不变，分子平均动能不变，压强减小，说明单位时间内撞击器壁的分子数在减小，表明气体的密集程度减小了，B正确
14、. 温度降低，分子平均动能减小，分子撞击器壁的作用力减小，要保持压强不变，则要增大单位时间内撞击器壁的分子数，即气体的密集程度要增大，C错误. 温度升高，压强、体积中至少有一个发生改变，D错误.,对气体实验定律的解释，注意从两个途径进行分析：一是从微观角度分析，二是从理想气体状态方程分析.,达标检测,1.(pV图像)(多选)如图12所示，一定质量的气体由状态A变到状态B再变到状态C的过程，A、C两点在同一条双曲线上，则此变化过程中 A.从A到B的过程温度升高 B.从B到C的过程温度升高 C.从A到C的过程温度先降低再升高 D.A、C两点的温度相等,答案,1,2,3,4,解析,图12,解析 作出
15、过B点的等温线如图所示，可知TBTATC，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两点在同一等温线上，D项正确.,1,2,3,4,2.(pT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 A.ad过程气体体积增加 B.bd过程气体体积不变 C.cd过程气体体积增加 D.ad过程气体体积减小,答案,1,2,3,4,解析,图13,解析 在pT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，
16、故A、B正确.,3.(VT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VT图上的表示如图14所示，则 A.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,1,2,3,4,解析,图14,1,2,3,4,解析 气体由AC的变化过程是等温变化，由pVC(C是常数)可知，体积减小，压强增大，故A正确. 由CB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ACB的过程中气体的压强始终增大，所以气体在状态B时的压强
17、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.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 C.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,解析,1,2,3,4,1,2,3,4,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.,
