【物理】2019届二轮复习气体实验定律学案（全国通用）

【物理】2019届二轮复习气体实验定律学案（全国通用）

‎ 4.1　气体实验定律 ‎ ‎1.知道描述气体状态的三个参量.‎ ‎2.知道玻意耳定律、查理定律、盖·吕萨克定律的内容和公式,体会控制变量法是物理学研究问题的重要方法.‎ ‎3.知道气体实验定律的适用条件,并能应用它们解决气体的简单问题,解释生活中的有关现象.在解决实际问题的过程中体会图象在处理物理问题中的作用和方法.‎ ‎1.气体的状态及参量 ‎(1)状态参量:研究气体的性质,一般用　　　　、　　　　、　　　　三个物理量描述气体的状态,叫做气体的状态参量. ‎ ‎①温度:在国际单位制中,用热力学温标表示的温度,叫做　　　　　温度.用符号　　　表示,它的单位是　　　　,简称为　　　　,符号是　　　　.热力学温度与摄氏温度的数量关系是T=t+　　　　. ‎ ‎②体积:在国际单位制中,其单位是　　　　　,符号　　　　.体积的单位还有升(L)、毫升(mL),1 L=　　　　m3,1 mL=　　　　m3. ‎ ‎③压强:在国际单位制中,压强的单位是　　　　,符号　　　　.气体压强常用的单位还有标准大气压(atm)和毫米汞柱(mmHg),1 atm≈　　　　Pa=　　　　　mmHg. ‎ ‎2.玻意耳定律 ‎(1)内容:一定质量的气体,在温度不变的情况下,压强p与体积V成　　　　. ‎ ‎(2)表达式:　　　　或者p1V1=p2V2(其中p1 、V1和p2、V2分别表示气体在1、2两个不同状态下的压强和体积). ‎ ‎(3)条件:气体的　　　　一定,保持　　　　不变. ‎ ‎3.查理定律 ‎(1)内容:一定质量的气体,在体积保持不变的条件下,压强与热力学温度成　　　　. ‎ ‎(2)表达式:　　　或者=(其中p1 、T1和p2、T2分别表示气体在1、2两个不同状态下的压强和温度). ‎ ‎(3)条件:气体的　　　　一定,保持　　　　不变. ‎ ‎4.盖·吕萨克定律 ‎(1)内容:一定质量的某种气体,在压强保持不变的情况下,体积与热力学温度成　　　　. ‎ ‎(2)表达式:　　　　或者=(其中V1 、T1和V2、T2分别表示气体在1、2两个不同状态下的体积和温度). ‎ ‎(3)条件:气体的　　　　一定,保持　　　　不变. ‎ ‎5.气体的实验定律适用条件 气体实验定律都是在压强　　　　、温度　　　　的情况下总结出来的,当压强　　　　或温度　　　　时气体的实验定律就不再适用了.  ‎ 主题1:探究气体压强与温度的关系 问题:阅读教材第55页实验与探究“气体压强与体积的关系”的内容,思考并回答下列问题.‎ ‎(1)本实验在探究一定质量的气体保持温度不变,压强与体积的关系时:①怎样保证气体的质量是一定的?②怎样保证气体的温度是一定的?‎ ‎(2)用教材图4-4实验装置完成实验.根据数据检验压强是否和体积成反比,为什么通过p-图象而不是p-V图象?根据教材图4-5描述的p-图线,可以得出什么实验结论?‎ ‎(3)在一个空饮料瓶中放一个气球,用气球口覆盖住饮料瓶口,试一试用嘴吹气球,看能不能把气球吹起来;如果在饮料瓶的底部穿一个小孔,再吹气球,看看有什么情况发生.同样的气球为什么第一次吹不起来,而另一次能吹起来?‎ 学 ‎ 主题2:探究气体压强与温度的关系 情景:做一做这样的实验: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,过一段时间会看到什么现象?再把瓶子放在冰水混合物中,拔一拔塞子,会有什么不一样的感觉?‎ 问题:阅读教材第57页“查理定律”的内容,回答下列问题.‎ ‎(1)分析上述情景,思考封闭气体分别放在热水和冰水混合物中,橡皮塞为什么会具有不同的“动作”. ‎ ‎(2)一个瘪了的乒乓球,只有外皮没损坏,我们还有办法把它修复.请问有什么办法?如何用气体实验定律来解释?‎ 主题3:探究气体体积与温度的关系 情景:做小实验:用橡皮帽堵住注射器前端的小孔,再用活塞封闭一部分空气在注射器中,然后把注射器竖直放入热水中,如图所示.观察注射器的活塞会发生什么变化.‎ 问题:阅读教材第58 59页“盖·吕萨克定律”的内容,试解释所看到的现象.‎ 一、封闭气体压强的计算 例1　如图所示,一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置.金属圆板A的上表面是水平的,下表面是倾斜的,下表面与水平面的夹角为θ,圆板的质量为M.不计圆板与容器内壁之间的摩擦.若大气压强为p0,则被圆板封闭在容器中的气体的压强p等于(　　)‎ A.　　　　　　　　B.+‎ C.p0+ D.p0+‎ 二、玻意耳定律的实验探究 例2　用DIS研究一定质量的气体在温度不变时,‎ 压强与体积关系的实验装置如图甲所示,实验步骤如下:‎ ‎①把注射器活塞移至注射器中间位置,将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接;‎ ‎②移动活塞,记录注射器的刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p;‎ ‎③用V-图象处理实验数据,得出如图乙所示图线.‎ ‎(1)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是　　　　　　　. ‎ ‎(2)为了保持封闭气体的温度不变,实验中采取的主要措施是　　　　　　和　　　　　.  学 ]‎ ‎(3)如果实验操作规范正确,但如图所示的图线不过原点,则代表　　　　　　　　. ‎ 三、气体变化中的变质量问题 例3　容积为5×10-3 m3的容器内盛有气体,若用最大容积为0.1×10-3 m3的活塞抽气筒抽气,在温度不变的情况下抽气10次,容器内剩余气体的压强是开始压强的多少倍?‎ 四、查理定律的应用 例4　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.该手表出厂时给出的参数为:27 ℃时表内气体压强为1.0×105 Pa(常温下的大气压强值),当内外压强差超过6.0×104 Pa时表盘玻璃将爆裂.当时登山运动员携带的温度计的读数是-21 ℃,表内气体体积的变化可忽略不计.‎ ‎(1)通过计算判断手表的表盘玻璃是向外爆裂还是向内爆裂.‎ ‎(2)当时外界的大气压强为多少?‎ 五、盖·吕萨克定律的应用 例5　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,以后按顺序往上排列,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,求其测量范围.‎ 六、动态问题分析 例6　如图所示,容器A和B分别盛有氢气和氧气,用一段水平细玻璃管连通,管内有一段水银柱将两种气体隔开.当氢气的温度为0 ℃、氧气温度为20 ℃时,水银柱保持静止.‎ 判断两气体均升高20 ℃情况下,水银柱将(　　)‎ A.向右移动 B.向左运动 C.不会移动 D.无法确定 ‎1.对于一定质量的气体,下列过程可能发生的是(　　)‎ A.气体的温度变化,但压强、体积保持不变 B.气体的温度、压强保持不变,而体积发生变化 C.气体的温度保持不变,而压强、体积发生变化 D.气体的温度、压强、体积都发生变化 ‎2.下列有关热力学温度与摄氏温度的关系的说法中,正确的是(　　)‎ A.10 ℃用热力学温度表示是10 K B.10 ℃用热力学温度表示是283 K C.升高10 ℃用热力学温度表示是升高10 K D.升高10 ℃用热力学温度表示是升高283 K ‎3.在冬季,当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,其主要原因是(　　)‎ A.白天时气温升高,大气压强变大 B.软木塞受潮膨胀,体积增大 C.暖水瓶的瓶口因温度降低而收缩变小 D.瓶内气体因温度降低而压强减小,软木塞受到瓶外大气压的作用而不易拔出 ‎4.在下列各图中,p表示压强,V表示体积,T表示热力学温度,则能正确描述一定质量的气体做等压变化的规律是(　　)‎ ‎ 4.1　气体实验定律 ‎ ‎1.重点难点 教学重点:气体的三个实验定律.‎ 教学难点:利用气体实验定律解决实际问题.‎ ‎2.高考前瞻 本节知识属于高考中经常考查的内容.命题往往从状态参量、气体等温变化、等容变化、等压变化的角度来考查,有时也与分子动理论、热力学定律综合考查,试题难度较低.‎ ‎3.教学建议 教师可以引导学生分组对不同规律进行自主探究,通过鼓励学生自己完成探究的每一个过程,并进行交流、合作,从而进一步培养学生的 学探究能力和创新精神.‎ 要告诉学生,气体实验定律是在压强不太大,温度不太低的情况下总结出来的.‎ 在压强很大,或温度很低的情况下,气体定律是不适用的.‎ 参考答案:‎ ‎1.(1)温度　体积　压强 ‎①热力学　T　开尔文　开　K　273　‎ ‎②立方米　m3　10-3　10-6　‎ ‎③帕斯卡　Pa　1.0×105　760　‎ ‎2.(1)反比　(2)p∝　(3)质量　温度　‎ ‎3.(1)正比　(2)p∝T　(3)质量　体积　‎ ‎4.(1)正比　(2)V∝T　(3)质量　压强　‎ ‎5.不太大　不太低　很大　很低 ‎1.解答:(1)①注射器活塞上涂抹凡士林,既可以减小摩擦,又能密封气体,同时下端橡皮套要套紧,以防止漏气.②改变气柱长度时,应缓慢移活塞,同时筒不与手接触,使密闭气体温度大致等于环境温度.‎ ‎(2)如气体等温变化时压强与体积成反比,则p-图线为一条过原点倾斜的直线,使判断直观、简洁.而p-V图象是不是双曲线是难以直接判断的.‎ 教材图4-5表明:一定质量的气体,在温度不变的条件下,根据实验数据描出的p-图象为一条过原点倾斜的直线,则可判断压强p与体积V成反比.‎ ‎(3)用气球把饮料瓶密封出一定质量的气体,当用嘴吹气球时,气球内气体体积减小,压强增大,所以很难把气球吹起来.如果在饮料瓶的底部穿出一个小孔,则压强不会增大,很容易把气球吹起来.‎ ‎2.解答:(1)一定质量的气体,保持体积不变,当温度升高时,气体的压强增大;当温度降低时,气体的压强减小.气体初始压强等于大气压,放在热水中,封闭气体压强增大,大于大气压强,所以塞子飞出.放在冰水混合物中,封闭气体温度降低,压强减小,小于大气压强,所以拔掉塞子时会比平时费力.‎ ‎(2)把瘪了的乒乓球投入热水中,乒乓球会复原.原因:一定质量的气体,在温度升高时,如果体积不变,就会使压强增大,内部气体较大的压强会使乒乓球的外壳受到向外的力作用而恢复原状,这个过程中温度升高,压强增大,体积增大.‎ ‎3.解答:实验中会看到活塞向上升起.在实验过程中,封闭的气体压强保持不变.当注射器放入热水中时,气体的温度升高,要保持压强不变,根据盖·吕萨克定律可知,气体的体积增大.所以活塞会向上升起.‎ 研究气体变化时,要注意一定质量气体的三个状态参量的变化情况,即压强、体积和温度是增大、减小,还是不变.‎ ‎ 学 ]‎ 一、封闭气体压强的计算 例1　D ‎【解析】以金属圆板为研究对象进行受力分析,如图所示.‎ 其中 S'=‎ 由竖直方向受力平衡可得:‎ pS'cos θ=Mg+p0S 联立可得 p=p0+.‎ ‎【点拨】气体压强的计算是利用三个气体实验定律解决问题的基础,一般有活塞封闭气体和液柱封闭气体两种情况.‎ ‎①在求解活塞封闭气体的压强时,活塞或汽缸中任意一个均可作为研究对象.一般取受力简单并且其中一个力为气体压力的物体进行.根据运动情况列出平衡方程或牛顿第二定律方程进行求解.‎ ‎②对于液柱封闭的气体,要灵活地应用初中物理介绍的连通器原理.‎ 二、玻意耳定律的实验探究 例2　见解析 ‎【解析】(1)用润滑油凃活塞.‎ ‎(2)慢慢抽动活塞,不能用手握住注射器封闭气体部分.‎ ‎(3)根据p (V+V0)=C,C为定值,则V=-V0.体积读数值比实际值大V0,即注射器与压强传感器连接部分气体的体积.‎ ‎【点拨】认真动手完成实验是实验题正确作答的必要前提,弄清实验中每个步骤的目的和意义,根据实验原理,分析产生误差的原因及减小误差的方法. ‎ 三、气体变化中的变质量问题 例3　0.82‎ ‎【解析】设容器中原有气体的压强为p0,体积为V0,抽气筒的容积为ΔV 第一次抽气:p0V0=p1(V0+ΔV)‎ 第二次抽气:p1V0=p2(V0+ΔV)‎ 第三次抽气:p2V0=p3(V0+ΔV)‎ ‎……‎ 第十次抽气:p9V0=p10(V0+ΔV)‎ 整理得 p10=()10p0‎ 所以 =()10=()10≈0.82.‎ ‎【点拨】本题是一道变质量问题,我们必须转化成质量一定的问题.怎样转化呢?因为每次抽出的气体压强不一样,但可把抽气等效成容器与体积为ΔV的真空抽气筒相通.所以每次抽气可视为质量一定的气体增大体积ΔV.‎ 四、查理定律的应用 例4　(1)手表的表盘玻璃向外爆裂 ‎(2)2.4×104 Pa ‎【解析】(1)以表内气体为研究对象,初状态的压强为p1=1.0×105 Pa,温度为T1=273+27=300 K 其末状态的压强为p2,温度为T2=273-21=252 K 根据气查理定律有:=‎ 解得:p2=8.4×104 Pa 如果手表的表盘玻璃是向内爆裂的,则外界的大气压强为:‎ p0=p2+Δp=8.4×104 Pa+6.0×104 Pa=1.44×105 Pa 解得的值大于山脚下的大气压强(即常温下的大气压强),这显然是不可能的,所以可判断手表的表盘玻璃是向外爆裂.‎ ‎(2)当时外界的大气压强p0=p2-6.0×104 Pa=2.4×104 Pa.‎ ‎【点拨】①应用查理定律时,对系统初、末状态参量的确定非常关键,特别是压强的确定,有时要用到力学中的有关规律,如牛顿运动定律、共点力的平衡等.‎ ‎②应用查理定律时,温度单位应统一成国际单位K.‎ 五、盖·吕萨克定律的应用 例5　能　-5.7 ℃ 47.8 ℃‎ ‎【解析】因为管口和大气相通,所以球内气体的体积随温度的升高而膨胀,在外界大气压基本不变的情况下,气体是等压变化,根据盖·吕萨克定律:V∝T,知ΔV∝ΔT ‎ 温度的增加与体积的增加成正比,所以可以用来测量温度.‎ 测量温度的范围应该为气体的体积从V1=100 cm3等压变化到V2=100 cm3+100×0.2 cm3=120 cm3,这个范围所对应的气体温度在T1 T2之间,根据题意,当T0=273 K+5 K=278 K时,气体的体积为:‎ V0=(100+20×0.2)cm3=104 cm3‎ 根据盖·吕萨克定律:=‎ 解得:T1== K=267.3 K 又 =‎ 解得:T2== K=320.8 K 又267.3 K=-5.7 ℃,320.8 K=47.8 ℃‎ 所以能测量温度的范围是:-5.7 ℃ 47.8 ℃.‎ ‎【点拨】①应用气体实验定律时,最好采用热力学温度.‎ ‎②本题中分析气体体积时,不要漏掉空心球的体积.‎ 六、动态问题分析 例6　A ‎【解析】由查理定律=得:==‎ 即Δp=p1‎ 在图示中,氢气和氧气的初压相同,设为p0.当温度变化时,先假设水银柱不动,由公式Δp=p1分别求出两部分气体的Δp值,再加以比较进行判断 ΔpA=p0>0,ΔpB=p0>0‎ 可知ΔpA>ΔpB,故水银柱向右移动.‎ ‎【点拨】判断液柱(活塞)如何移动时,常用的方法是假设法,即假设液柱(活塞)不动,当气体状态变化时,分析液柱(活塞)的受力情况如何变化,进而得出液柱(活塞)的移动方向. 学 ]‎ 一、玻意耳定律 ‎1.探究气体等温变化的规律 ‎(1)温度控制 等温变化本身已明确了控制变量的研究方法,做实验时要缓慢进行,避免做功升温,不要用手直接接触有气体那部分玻璃管,从而避免体温影响.‎ ‎(2)实验数据处理 采用p-处理数据,变曲线为直线,便于观察规律和图线描绘,这也是物理学研究问题的方法之一.‎ ‎2.玻意耳定律 内容:一定质量的气体,在温度不变的情况下,压强p与体积V成反比.‎ 二、查理定律 内容:一定质量的气体,在体积保持不变的条件下,压强与热力学温度成正比.‎ 三、盖·吕萨克定律 内容:一定质量的某种气体,在压强保持不变的情况下,体积与热力学温度成正比.‎ 四、气体的实验定律适用条件 气体实验定律都是在压强不太大、温度不太低的情况下总结出来的,当压强很大或温度很低时气体的实验定律就不再适用了.‎ 五、应用气体的实验定律解题的基本步骤 ‎1.明确研究对象 ]‎ 根据题意确定所研究的气体,质量不变.当气体的质量发生变化时,需通过设想,把变质量问题转化为一定质量问题.‎ ‎2.明确状态参量 找出气体的温度、压强、体积三个物理量什么保持不变,什么发生了变化,变化前后的数值是多少.‎ ‎3.列方程、求解 因为是比例式,计算中只需使相应量的单位统一,不一定用国际单位制中的单位.‎ ‎4.检验结果 有时列方程求解会得到两个结果,应通过合理性的检验决定取舍.‎ ‎1.CD　【解析】气体状态发生变化时,体积、压强、温度三个状态参量都发生变化或两个发生变化.不存在只有一个参量变化的过程.‎ ‎2.BC　【解析】热力学温度与摄氏温度只是起点不同,它们的分度值还是相同的,即Δ1 ℃=Δ1 K.‎ ‎3.D　【解析】在热水瓶中封闭了半瓶一定质量的气体,气体的体积保持不变,冬季夜晚温度降低,则瓶内压强减小,外部压强大于内部压强,软木塞受到瓶外大气压的作用而不易拔出.‎ ‎4.AD　【解析】A图象压强保持不变,故正确;B、C图象的压强均发生变化,故错误;D图象描述气体的体积跟热力学温度成正比,可判断其压强保持不变,故选项D正确.‎ ‎　　(见活页《金太阳导学测评六》)‎ ‎　　(见《课程纲要》课程评价表格)‎