2019-2020年高中物理選修（3-3）《氣體的等容變化和等壓變化》word教案.doc

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2019-2020年高中物理選修（3-3）《氣體的等容變化和等壓變化》word教案 目標(biāo)導(dǎo)航 1、 知道什么是等容變化，什么是等壓變化。 2、 掌握查理定律，蓋呂薩克定律的內(nèi)容和公式表達(dá)。 3、 理解p-T圖上等容變化的圖線及物理意義。 4、 理解V-T圖上等壓變化的圖線及物理意義。 5、 會(huì)用查理定律、蓋呂薩克定律解決有關(guān)問題。 誘思導(dǎo)學(xué) 1、概念：（1）等容變化：氣體在體積不變的情況下發(fā)生的狀態(tài)變化叫等容變化。 （2）等壓變化：氣體在壓強(qiáng)不變的情況下發(fā)生的狀態(tài)變化叫等壓變化。 2、查理定律：（1）內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比。（2）公式：=C 或 = 點(diǎn)撥： ①查理定律是實(shí)驗(yàn)定律，由法國(guó)科學(xué)家查理發(fā)現(xiàn) ②成立條件：氣體質(zhì)量一定，體積不變 ③一定質(zhì)量的氣體在等容變化時(shí)，升高（或降低）相同的溫度增加（或減?。┑膲簭?qiáng)是相同的，即= ④解題時(shí)，壓強(qiáng)的單位要統(tǒng)一 ⑤C與氣體的種類、質(zhì)量和體積有關(guān) 3、蓋呂薩克定律：（1）內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，體積與熱力學(xué)溫度成正比。（2）公式：=或=C 點(diǎn)撥：①蓋呂薩克定律是通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的 ②成立條件：氣體質(zhì)量一定，壓強(qiáng)不變 ③一定質(zhì)量的氣體在等壓變化時(shí)，升高（或降低）相同的溫度增加（或減?。┑捏w積是相同的 ④C與氣體的種類、質(zhì)量和壓強(qiáng)有關(guān) 4、等容線： （1）等容線：一定質(zhì)量的氣體在等容變化過程中，壓強(qiáng)P與熱力學(xué)溫度T成正比關(guān)系，在p—T直角坐標(biāo)系中的圖象叫等容線 （2）一定質(zhì)量的氣體的p—T圖線其延長(zhǎng)線過原點(diǎn)，斜率反映體積的大小 點(diǎn)撥：等容線的物理意義： ① 圖象上每一點(diǎn)表示氣體一個(gè)確定的狀態(tài)。同一等容線上，各氣體的體積相同 ② 不同體積下的等溫線，斜率越大，體積越小（見圖8.2—1） 5、等壓線：（1）定義：一定質(zhì)量的氣體在等壓變化過程中，體積V與熱力學(xué)溫度T成正比關(guān)系，在V—T直角坐標(biāo)系中的圖象叫等壓線 （2）一定質(zhì)量的氣體的V—T圖線其延長(zhǎng)線過原點(diǎn) 點(diǎn)撥：等壓線的物理意義： ① 圖象上每一點(diǎn)表示氣體一個(gè)確定的狀態(tài)。同一等壓線上，各氣體的壓強(qiáng)相同 ②不同壓強(qiáng)下的等壓線，斜率越大，壓強(qiáng)越?。ㄒ妶D8.2—2） [探究] 1、 查理定律的另一種表達(dá)式； 設(shè)溫度為0℃時(shí)，一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)為p0，此時(shí)T=273K；當(dāng)溫度為t℃時(shí)，氣體壓強(qiáng)為p，則有 p0/273=p/（273+t） 即p= p0（1+t/273） 同樣對(duì)蓋呂薩克定律：V= V0（1+t/273） 典型探究 例1．一定質(zhì)量的氣體在0℃時(shí)壓強(qiáng)為p0，在27℃時(shí)壓強(qiáng)為p，則當(dāng)氣體從27℃升高到28℃時(shí)，增加的壓強(qiáng)為 A.1/273 p0 B.1/273p C.1/300p0 D.1/300p 【解析】本題只要靈活應(yīng)用查理定律的各種表達(dá)式即可求得。 根據(jù)p/T=C可得pt=p0（1+t/273），所以p=p0（1+27/273），p′=p0(1+28/273), ∴△p=p′－p=1/273 p0 根據(jù)p1/T1=p2/T2得p1/（273+27）=p′/（273+28）從而p′=301/300p ∴△p=p′－p=1/300p 故正確答案為A、D 例2、如圖8.2—3所示，兩端封閉的粗細(xì)均勻的、豎直放置的玻璃管內(nèi)有一長(zhǎng)為h的水銀柱，將管內(nèi)氣體分為兩部分，已知l2=2l1，開始兩部分氣體溫度相同， 若使兩部分氣體同時(shí)升高相同的溫度，管內(nèi)水銀柱將如何運(yùn)動(dòng)？ 【解析】判斷兩容器間液柱移動(dòng)方向常用“假設(shè)法” 先假設(shè)水銀柱不移動(dòng)，即假設(shè)兩端空氣柱體積不變， 用查理定律分別對(duì)上、下兩部分氣體列式，求得兩氣柱升高溫 度前后壓強(qiáng)的增量△p1和△p2.若△p1=△p2，則水銀柱不移動(dòng)； 若△p1<△p2，則水銀住下移，若△p1>△p2，則水銀住上移 由△p1=p1，△p2=p2，以及p1>p2可得△p1>△p2，所以水銀柱上移。 例3.容積為2L的燒瓶，在壓強(qiáng)為1.0105Pa時(shí)，用塞子塞住，此時(shí)溫度為27℃，當(dāng)把它加熱到127℃時(shí)，塞子被打開了，稍過一會(huì)兒，重新把蓋子塞好，停止加熱并使它逐漸降溫到27℃，求： （1） 塞子打開前的最大壓強(qiáng) （2） 27℃時(shí)剩余空氣的壓強(qiáng) 【解析】塞子打開前，瓶?jī)?nèi)氣體的狀態(tài)變化為等容變化。塞子打開后，瓶?jī)?nèi)有部分氣體會(huì)逸出，此后應(yīng)選擇瓶中剩余氣體為研究對(duì)象，再利用查理定律求解。 （1）塞子打開前：選瓶中氣體為研究對(duì)象， 初態(tài)：p1=1.0105Pa，T1=273+27=300K 末態(tài)：p2=？，T2=273+127=400K 由查理定律可得：p2=T2/T1 p1=400/300 1.0105 Pa≈1.33105Pa （3） 塞子塞緊后，選瓶中剩余氣體為研究對(duì)象。 初態(tài)：p1′=1.0105Pa，T1′=400K 末態(tài)：p2′=？ T2′=300K 由查理定律可得：p2′=T2′/T1′p1′=300/400 1.0105≈0.75105Pa 例4. 一定質(zhì)量的理想氣體的P—t圖象，如圖8.2—4所示，在狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程中，體積： A.一定不變 B.一定減小 C.一定增加 D.不能判定怎樣變化 【解析】正確答案是D。很多同學(xué)錯(cuò)選C。原因是他們“死記”等容線通過原點(diǎn)，因此連接OA、OB得兩條等容線，∵斜率大而V小，故VA8.15106Pa 所以已漏氣。 2、 解析：選管內(nèi)氣體為研究對(duì)象，L為油柱離管口的距離， 初狀態(tài)：V1=360+2=362cm3 T1=298K 末狀態(tài)：V2=360+L0.2 T2=？ 由蓋呂薩克定律，V1/T1=V2/T2 T2= V2 T1/V1=298（360+L0.2）/36 ΔT=T2-T1=2980.2（L-10）/362=2980.2ΔL/362 ΔT與ΔL成正比，刻度均勻。 當(dāng)L=0時(shí) T=298360/362=296.4K 當(dāng)L=20時(shí) T=298364/362=299.6K 測(cè)量范圍為；23.4℃～26.6℃ 3、解析：（1）A→B過程中為等壓變化，壓強(qiáng)不變：0.4/TA=0.6/300 TA=200K=-730C （2）B→C過程中為等容變化，pB/TB=pC/TC ， pC=2105Pa 圖略 。 多維鏈接 1、解釋下列現(xiàn)象： （1）、炎熱的夏天，打了氣的自行車胎，在日光爆曬下，有時(shí)會(huì)脹破。解釋這個(gè)現(xiàn)象。 解析：自行車胎在炎熱的夏天被日光爆曬，車胎里氣體的溫度上升，車胎里的氣在打足了之后已不能再大。由查理定律，氣體壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比，氣體的壓強(qiáng)將增大。當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到車胎能承受的最大壓強(qiáng)時(shí)，溫度再高車胎就會(huì)脹破。 （2）、乒乓球擠癟后，放在熱水里泡一會(huì)，有時(shí)會(huì)重新鼓起來(lái)。解釋這個(gè)現(xiàn)象。 解析：擠癟的乒乓球放在熱水里泡時(shí)，乒乓球內(nèi)空氣溫度升高，在一極短的時(shí)間內(nèi)可認(rèn)為體積不變，由查理定律，球內(nèi)空氣的壓強(qiáng)增大，當(dāng)球內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到一定值時(shí)，乒乓球就會(huì)鼓起一點(diǎn)，溫度再高，會(huì)再鼓起一點(diǎn)，……一會(huì)乒乓球就會(huì)重新鼓起來(lái)。 2、判斷兩容器間液柱移動(dòng)方向的問題。 問題 如圖8.2—12所示，兩端封閉，粗細(xì)均勻的玻璃管豎直放置，管內(nèi)的空氣被一段水銀柱隔成兩部分，A部分長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，B部分長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，它們溫度相等，并且處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)將兩部分空氣的溫度都升高200C，忽略水銀柱和管的熱膨脹，則水銀柱向哪一個(gè)方向移動(dòng)？ A、向上移動(dòng) B、向下移動(dòng) C、不移動(dòng) D、條件不足，移動(dòng)方向不能判斷 解析：（1）假設(shè)法：解決這類問題的一般思路是先假定水銀柱不動(dòng)，看條件變化后（如溫度升高后）水銀柱兩邊的壓力哪個(gè)變的較大，于是液柱就向壓力較小的方向移動(dòng)，以求得新的平衡。由于管的內(nèi)徑均勻，只需看條件變化后液柱兩邊的壓強(qiáng)哪個(gè)變的較大，液柱就向壓強(qiáng)小的方向移動(dòng)。 先假定水銀柱暫時(shí)不動(dòng)，A，B兩部分空氣都做等容變化，由查理定律，有 pA/TA=ΔpA/ΔTA，pB/TB=ΔpB/ΔTB，得ΔpA=ΔTA pA/ TA，ΔpB=ΔTBpB/ TB，依題意得，TA=TB，ΔTA=ΔTB=200C。但ΔpB>ΔpA,即溫度升高后，B部分氣體增加的壓強(qiáng)較A大，故水銀柱向上移動(dòng)，選A項(xiàng)正確。 （2）極限法：由于上部氣體壓強(qiáng)pA較小，設(shè)想pA=0，即上部幾乎是真空，于是立即得到T增大時(shí)，水銀柱上移。 3、一個(gè)瓶子里裝有某種氣體，瓶上一個(gè)小孔跟外面的大氣相通，瓶中原來(lái)氣體的溫度為150C，如果把它加熱到2070C，瓶中氣體的質(zhì)量是原來(lái)質(zhì)量的幾分之幾？ 解析：選原瓶中氣體為研究對(duì)象， T1=288K V1=V T2=480K V2=？ 由蓋呂薩克定律，V1/T1=V2/T2 得V2=480V/288 在2070C時(shí)，氣體各部分密度一樣，處于同一狀態(tài)，其密度為ρ， m*/m=V/V2=60% 關(guān)鍵搞清瓶中氣體末狀態(tài)下與總體積的多少。 4、課本做一做：此裝置還可演示壓強(qiáng)不變時(shí)熱脹冷縮的實(shí)驗(yàn)。方法是用雙手握住燒瓶，瓶?jī)?nèi)氣體膨脹，油柱右移；用冷濕毛巾包住燒瓶，瓶?jī)?nèi)氣體收縮，油柱左移，為增加可見度，油柱應(yīng)帶顏色。