1、2 气体的等容变化和等压变化,一、气体的等容变化 1.等容变化:一定质量的气体,在体积不变时,压强随温度的变化叫做等容变化。 2.查理定律:(1)内容:一定质量的某种气体,在体积不变的情况下,压强p与热力学温度T成正比。二、气体的等压变化 1.气体的等压变化:一定质量的某种气体,在压强不变时,体积随温度的变化叫等压变化。 2.盖吕萨克定律: (1)内容:一定质量的某种气体,在压强不变的情况下,其体积V与热力学温度成正比。,自我检测 1.判断正误,对的画“”,错的画“”。,(1)气体的温度升高,气体的体积一定增大。( ) 解析:气体的温度升高,气体压强未知的情况下,其体积不一定增大。 答案: (
2、2)一定质量的气体,压强与温度成正比。( ) 解析:一定质量的某种气体,在体积不变时,其压强与热力学温度成正比。 答案: (3)一定质量的某种气体,在压强不变时,其V-T图象是过原点的直线。( ) 解析:根据盖吕萨克定律知V与T成正比,其图象是过原点的直线。 答案:,2.探究讨论。 (1)在p-T图象和V-T图象中,靠近原点的部分为什么要用虚线表示? 答案:绝对零度不可达到,原点代表的温度是绝对零度。 (2)冬季,剩有半瓶热水的暖水瓶经过一个夜晚后,第二天拔瓶口的软木塞时觉得很紧,不易拔出来,这是为什么呢? 答案:冬季气温较低,瓶中的气体在体积不变时,因温度降低而使压强减小,瓶内气压小于瓶外气
3、压,所以拔起来就感到很吃力。,(3)炎热的夏天,给汽车轮胎充气时,一般都不会充得太足(如图所示);给自行车轮胎打气时,也不能打得太足。这是什么原因呢?答案:轮胎体积一定,由查理定律知,气体压强与热力学温度成正比,当轮胎打足气后,温度升高车胎内压强增大,车胎易胀破。,探究一,探究二,气体的等容变化 问题探究 某登山运动员在一次攀登珠穆朗玛峰的过程中,在接近山顶时他裸露在手腕上的防水手表的表盘玻璃突然爆裂了,而手表没有受到任何撞击。 (1)表盘没爆裂之前,内部气体的体积是否变化? (2)攀登珠穆朗玛峰的时候,随着高度的增加,温度怎样变化?压强怎样变化? (3)你认为表盘是向内爆裂还是向外爆裂的?理
4、论依据是什么?,探究一,探究二,要点提示(1)手表表壳可以看成一个密闭容器,出厂时封闭着一定质量的气体,登山过程中气体体积基本上没有发生变化,可认为是等容过程。 (2)因为高山山顶附近的温度低很多,压强比山脚处小很多。 (3)向外爆裂。内外压力差超过表盘玻璃的承受限度,便会发生爆裂。,探究一,探究二,知识归纳 1.查理定律的两种表述 (1)热力学温标下的表述: 一定质量的某种气体,在体积不变的情况下,压强p与热力学温度T成正比,即pT。其表达式为 写成等式的形式就是p=CT。,探究一,探究二,(在以后计算中,如没特别说明,0 对应的热力学温度一般取273 K) 2.查理定律的适用条件 (1)气
5、体质量一定,体积不变。 (2)(实际)气体的压强不太大(小于几个标准大气压),温度不太低(不低于零下几十摄氏度)。,探究一,探究二,3.利用查理定律解题的一般步骤 (1)确定研究对象,即被封闭的气体。 (2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律成立的条件,即是否是质量和体积保持不变。 (3)确定初、末两个状态的温度、压强。 (4)按查理定律公式列式求解,并对结果进行讨论。 4.查理定律的重要推论 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之间的关系为,探究一,探究二,5.等容过程的p-T图象和p-t图象(1)p-T图象:一定质量的某种气体,在等容过
6、程中,气体的压强p和热力学温度T的关系图线是过原点的倾斜直线,如图所示,且V1V2,即体积越大,斜率越小。,探究一,探究二,(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 的点的倾斜直线,且斜率越大,体积越小。图象纵轴的截距p0是气体在0 时的压强。 等容线在p-T图象中是一条经过原点的直线,而在p-t图象中不过原点,其延长线与横轴的交点为-273.15 。,探究一,探究二,典例剖析 【例题1】气体温度计结构如图所示。玻璃测温泡A内充有气体,通过细玻璃管B和水银压强计相连。开始时A处
7、于冰水混合物中,左管C中水银面在O点处,右管D中水银面高出O点h1=14 cm,后将A放入待测恒温槽中,上下移动D,使C中水银面仍在O点处,此时测得D中水银面高出O点h2=44 cm。求恒温槽内的温度(已知外界大气压相当于76 cm高水银柱产生的压强。,探究一,探究二,【思考问题】 (1)A中气体的体积发生变化了吗? 提示两次C中水银面都在O点处,因此A中气体的体积不变。 (2)A中气体的压强发生变化了吗? 提示D中水银液面相对于O点发生了变化,因此A中气体压强也发生了变化。 解析:设恒温槽的温度为T2,由题意知T1=273 K。又知p1=p0+ph1,p2=p0+ph2, 则T2=364 K
8、(或91 )。 答案:364 K(或91 ),探究一,探究二,探究一,探究二,变式训练1电灯泡内充有氦氩混合气体,如果要使电灯泡内的混合气体在500 时的压强不超过一个大气压,则在20 的室温下充气,电灯泡内气体压强至多能充到多大? 解析:由于电灯泡容积不变,故气体为等容变化,设500 时压强为p1,t2=20 时的压强为p2。 由题意可知:T1=(500+273)K=773 K p1=1 atm T2=(20+273)K=293 K p2=?答案:0.38 atm,1,2,3,4,5,1. 对于一定质量的气体,在体积不变时,压强增大到原来的2倍,则气体温度的变化情况是 ( ) A.气体的摄氏
9、温度升高到原来的2倍 B.气体的热力学温度升高到原来的2倍 C.气体的摄氏温度降为原来的一半 D.气体的热力学温度降为原来的一半 解析:一定质量的气体体积不变时,压强与热力学温度成正比,即答案:B,1,2,3,4,5,2. 图中描述一定质量的气体做等容变化的图线是( )解析:由查理定律知,一定质量的气体,在体积不变时,其压强和热力学温度成正比,选项C正确,选项A、B错误;在p-t图象中,直线与横轴的交点表示热力学温度的零度,选项D正确。 答案:CD,1,2,3,4,5,3. 图示为0.3 mol的某种气体的压强和温度关系的p-t图线。p0表示标准大气压,则在状态B时气体的体积为( ) A.5.
10、6 L B.3.2 L C.1.2 L D.8.4 L,解析:此气体在0 时,压强为标准大气压,所以它的体积应为22.40.3 L=6.72 L,根据图线所示,从0 到A状态的127 ,气体是等容变化,则A状态的体积为6.72 L。从A状态到B状态的等压变化,A状态的温度为127 K+273 K=400 K,B状态的温度为227 K+273 K=500 K,根据盖吕萨克定律 =8.4 L,D项正确。 答案:D,1,2,3,4,5,4. 一定质量的某种气体自状态A经状态C变化到状态B,这一过程如图所示,则( ) 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
11、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:气体在过程AC中发生等温变化,由pV=C(恒量)可知,体积减小,压强增大,故选项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 (恒量)可知,温度升高,压强增大,故选项B错误。综上所述,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,故选项C错误,选项D正确。 答案:AD,1,2,3,4,5,5.如图所示,质量M=10 kg的透热汽缸内用面积S=100 cm2 的活塞封有一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁无摩擦且不漏气。现将弹簧一端固定在天花板上,另一端与活塞相连将汽缸悬起,当活塞位于汽缸正中间时,整个装置都处于静止状态,此时缸内气体的温度为27 。已知大气压恒为p0=1.0105 Pa,重力加速度g取10 m/s2,忽略汽缸和活塞的厚度。求:(1)缸内气体的压强p1; (2)若外界温度缓慢升高,活塞恰好静止在汽缸缸口处时,缸内气体的摄氏温度。,1,2,3,4,5,解析:(1)以汽缸为研究对象(不包括活塞),列受力平衡方程p1S+Mg=p0S 解得:p1=9104 Pa (2)外界温度缓慢升高的过程中,缸内气体为等压变化。所以T2=2T1=600 K 故t2=(600-273)=327 。 答案:(1)9104 Pa (2)327 ,
