1、選修選修3-3選修選修3-3第八章第八章 氣體氣體第八章第八章 氣體氣體課課 題題第第1節節 氣體的等溫變化氣體的等溫變化第第2節節 氣體的等容和等壓變化氣體的等容和等壓變化1、溫度、溫度熱力學溫度熱力學溫度T:開爾文開爾文T=t+273K2、體積、體積一、氣體的狀態參量一、氣體的狀態參量3、壓強、壓強體積體積V單位單位:L、mL壓強壓強p單位單位:Pa（帕斯卡）（帕斯卡）問題問題:一定質量的氣體一定質量的氣體,它的它的溫度、體積和壓強溫度、體積和壓強三個量三個量之間變化是相互對應的。我們之間變化是相互對應的。我們如何確定三個量之間的如何確定三個量之間的關系關系呢呢?二、氣體狀態變化的研究方法

2、二、氣體狀態變化的研究方法 控制變量的方法控制變量的方法 在物理學中在物理學中,當需要研究三個物理量之間的關系當需要研究三個物理量之間的關系時時,往往采用往往采用“保持一個量不變，研究其它兩個量之間保持一個量不變，研究其它兩個量之間的關系，然后綜合起來得出所要研究的幾個量之間的的關系，然后綜合起來得出所要研究的幾個量之間的關系關系”。二、氣體狀態變化的研究方法二、氣體狀態變化的研究方法前面的學習中前面的學習中,曾經采用過曾經采用過“控制變量的方法控制變量的方法”來研究來研究三個變量之間的關系三個變量之間的關系,如如:1、牛頓第二定律（、牛頓第二定律（、F、m）2、電阻定律、歐姆定律、電阻定律、

3、歐姆定律如何研究氣體三個狀態參量如何研究氣體三個狀態參量T、V 、 p之間的關系之間的關系?研究研究1:溫度（溫度（ T ）保持不變時）保持不變時,體積（體積（ V ）和壓強）和壓強（ p ）之間的關系。）之間的關系。研究研究2:體積（體積（ V）保持不變時）保持不變時,壓強（壓強（ p ）和溫度）和溫度（ T）之間的關系。）之間的關系。研究研究3：壓強（壓強（ p ）保持不變時，體積（）保持不變時，體積（ V ）和溫）和溫度（度（ T ）之間的關系。）之間的關系。 控制變量的方法控制變量的方法 得出規律得出規律二、氣體狀態變化的研究方法二、氣體狀態變化的研究方法等壓變化等壓變化等溫變化等溫變

4、化等容變化等容變化2021/3/267 實驗研究實驗研究氣體的等溫變化氣體的等溫變化（1）實驗目的）實驗目的:在溫度保持不變時在溫度保持不變時,研究一定質量氣體研究一定質量氣體的壓強和體積的關系。的壓強和體積的關系。演示實驗演示實驗（看課本）（看課本）研究的是哪一部分氣體研究的是哪一部分氣體? 怎樣保證怎樣保證 T 不變不變?如何測如何測 V ?如何改變如何改變 p ?（2）實驗裝置實驗裝置1 實驗裝置實驗裝置2思考思考:1、英國科學家玻意耳和法國科學家馬略特各自通過、英國科學家玻意耳和法國科學家馬略特各自通過實驗發現實驗發現:一定質量的氣體一定質量的氣體,在溫度不變的情況下在溫度不變的情況下

5、,壓強壓強p與體積與體積v成成 。這個規律叫做玻意耳定。這個規律叫做玻意耳定律。律。反比反比2、玻意耳定律的表達式、玻意耳定律的表達式: 或或 。式 中式 中 p1 、 V1和和 p2、 V2表 示 氣 體 在表 示 氣 體 在 的壓強和體積。的壓強和體積。兩個不同狀態兩個不同狀態pV =Cp1V1=p2V23、一定質量的氣體發生等溫變化時的、一定質量的氣體發生等溫變化時的p-V圖象如圖圖象如圖所示。圖線的形狀為所示。圖線的形狀為 。由于它描述的是。由于它描述的是溫度不變時的溫度不變時的p -V關系關系,故稱它為故稱它為 線。線。 雙曲線雙曲線等溫線等溫線Vp0*在在A、B兩個注射器中分別封閉

6、兩個注射器中分別封閉1105Pa、300mL和和1105Pa、400mL的空氣的空氣,在相同的環境溫度下在相同的環境溫度下,將它將它們的體積緩慢的壓縮一半，其壓強分別為多少們的體積緩慢的壓縮一半，其壓強分別為多少? 思考與討論思考與討論解析解析: 對對A系統系統初態初態:PapA5101mLVA300末態末態:?ApmLVA150AATTAAAAVpVpAAAAVVppPaPa55102150300101*在在A、B兩個注射器中分別封閉兩個注射器中分別封閉1105Pa、300mL和和1105Pa、400mL的空氣的空氣,在相同的環境溫度下在相同的環境溫度下,將它將它們的體積緩慢的壓縮一半，其壓

7、強分別為多少們的體積緩慢的壓縮一半，其壓強分別為多少? 思考與討論思考與討論解析解析: 同理同理,對對B系統系統初態初態:PapB5101mLVB400末態末態:?BpmLVB200BBTTBBBBVpVpBBBBVVppPaPa5510220400101問題問題:請在上面分析的基礎上請在上面分析的基礎上,用玻意耳定律計算不同用玻意耳定律計算不同體積氣體的壓強體積氣體的壓強,完成下列表格，并在同一個完成下列表格，并在同一個p-V坐標坐標中分別作出中分別作出A、B的的p-V圖象，比較圖線的區別，并解圖象，比較圖線的區別，并解釋原因。釋原因。 思考與討論思考與討論VA/mL300250200150

8、100pA/105PaVB/mL400300200150100pB/105Pa1 1.2 1.5 2 31 1.3 2 2.7 40p/10 5PaV/mLV/mL1231002003004004VA/mL300250200150100pA/105PaVB/mL400300200150100pB/105Pa1 1.2 1.5 2 31 1.3 2 2.7 4解釋原因解釋原因:因為因為A、B氣體初始壓氣體初始壓強、溫度均相同強、溫度均相同,A體積小于體積小于B,所所以以A氣體的質量小于氣體的質量小于B。相同溫度下的等溫變化相同溫度下的等溫變化p-V圖象圖象不同不同,是因為封閉氣體的質量不同。是因

9、為封閉氣體的質量不同。質量越大質量越大,pV乘積越大。乘積越大。課本課本P19:一定質量的氣體在不同溫度下的等溫線是不一定質量的氣體在不同溫度下的等溫線是不同的。如圖中有三條等溫線同的。如圖中有三條等溫線,你能判斷哪條表示溫度你能判斷哪條表示溫度較高時的情形較高時的情形?你是根據什么做出判斷的你是根據什么做出判斷的? 思考與討論思考與討論Vp1230V3V2V1 pV=C p1V1=C1p2V2=C2p3V3=C3 C3C2C1結論結論: t3t2t1取取: p3 = p2 = p13、一定質量的氣體發生等溫變化時的、一定質量的氣體發生等溫變化時的p-V圖象如圖圖象如圖所示。圖線的形狀為所示。

10、圖線的形狀為 。由于它描述的是。由于它描述的是溫度不變時的溫度不變時的p-V關系關系,故稱它為故稱它為 線。線。 雙曲線雙曲線等溫線等溫線（2）相同溫度相同溫度下下,不同質量不同質量氣體的等溫線也是氣體的等溫線也是 的。的。質質量越大量越大,pV乘積乘積 。（1）一定質量一定質量的氣體的氣體,不同溫度不同溫度下的等溫線是下的等溫線是 的。的。溫溫度越高度越高,pV乘積乘積 。 （3）一定質量的氣體一定質量的氣體的的 圖象圖象,圖線的形狀是圖線的形狀是 ,圖圖線的斜率與溫度的關系是線的斜率與溫度的關系是 。越大越大越大越大不同不同不同不同Vp1過原點過原點的直線的直線斜率越大溫度越高斜率越大溫度

11、越高3、一定質量的氣體發生等溫變化時的、一定質量的氣體發生等溫變化時的p-V圖象如圖圖象如圖所示。圖線的形狀為所示。圖線的形狀為 。由于它描述的是。由于它描述的是溫度不變時的溫度不變時的p-V關系關系,故稱它為故稱它為 線。線。 雙曲線雙曲線等溫線等溫線Vp0p1/V0（1）玻意耳定律是）玻意耳定律是（2）研究對象）研究對象: （3）適用條件）適用條件: （4）適用范圍）適用范圍:（5）式中）式中C與哪些因素有關與哪些因素有關? 4、注意、注意: 一定質量的氣體一定質量的氣體 溫度保持不變溫度保持不變 T不太低不太低 p不太大不太大 理想氣體理想氣體與氣體的與氣體的種類種類、質量質量、溫度溫度

12、有關有關實驗定律。實驗定律。1、一個足球的體積是、一個足球的體積是2.5L。用打氣筒給這個足球打氣。用打氣筒給這個足球打氣,每一次每一次都把體積為都把體積為125mL,壓強與大氣壓相同的氣體打進球內。如果在壓強與大氣壓相同的氣體打進球內。如果在打氣前足球已經是球形并且里面的壓強與大氣壓相同，打了打氣前足球已經是球形并且里面的壓強與大氣壓相同，打了20次后，足球內部空氣的壓強是大氣壓的多少倍次后，足球內部空氣的壓強是大氣壓的多少倍?你在得出結論時你在得出結論時考慮到了什么前提考慮到了什么前提?實際打氣時能滿足你的前提嗎？實際打氣時能滿足你的前提嗎？典型例題典型例題參考答案參考答案:（1）2p0（

13、2）打氣過程氣體溫度應保持不變）打氣過程氣體溫度應保持不變實際打氣過程溫度會有一些變化實際打氣過程溫度會有一些變化壓縮氣體做功壓縮氣體做功,氣體內能增大氣體內能增大2、水銀氣壓計中混入一個氣泡、水銀氣壓計中混入一個氣泡,上升到水銀柱的上方上升到水銀柱的上方,使水銀柱使水銀柱上方不再是真空。當實際大氣壓相當于上方不再是真空。當實際大氣壓相當于768mm高的水銀柱產生高的水銀柱產生的壓強時，這個水銀氣壓計的讀數只有的壓強時，這個水銀氣壓計的讀數只有750mm，此時管中水銀，此時管中水銀面到管頂的距離為面到管頂的距離為80mm。當這個氣壓計的讀數為。當這個氣壓計的讀數為740mm水銀水銀柱時，實際的

14、大氣壓是多少柱時，實際的大氣壓是多少?設溫度保持不變設溫度保持不變。典型例題典型例題參考答案參考答案:756mmHg3、在驗證玻意耳定律的實驗中、在驗證玻意耳定律的實驗中,實驗小組記錄了一系列數據。實驗小組記錄了一系列數據。但是但是,僅就以下表格中的兩組數據來看，小王和小李卻有完全不僅就以下表格中的兩組數據來看，小王和小李卻有完全不同的看法同的看法:小王認為，這兩組數據很好地體現了玻意耳定律的規小王認為，這兩組數據很好地體現了玻意耳定律的規律，因為兩組數據律，因為兩組數據p和和V的乘積幾乎相等，說明的乘積幾乎相等，說明p與與V成反比成反比;小小李卻認為，如果把這兩組數據在縱坐標為李卻認為，如果

15、把這兩組數據在縱坐標為p，橫坐標為，橫坐標為1/V的坐的坐標系中描點，這兩點連線的延長線將不經過坐標原點，因此這標系中描點，這兩點連線的延長線將不經過坐標原點，因此這兩組數據沒有反映玻意耳定律的規律。對此你有什么看法兩組數據沒有反映玻意耳定律的規律。對此你有什么看法?典型例題典型例題數據序號數據序號均勻玻璃管內均勻玻璃管內空氣柱長度空氣柱長度l/cm空氣柱的壓強空氣柱的壓強p/105Pa139.81.024240.30.998小王小王:只用兩組數據得出結論只用兩組數據得出結論,不科學不科學小李小李:只用兩組數據作圖線只用兩組數據作圖線,不科學不科學1、玻意耳定律、玻意耳定律三、氣體實驗三定律三

16、、氣體實驗三定律2、查理定律、查理定律3、蓋、蓋呂薩克定律呂薩克定律正比正比1、法國科學家、法國科學家查理查理發現發現,一定質量一定質量的氣體在的氣體在體積不變體積不變時時,各種氣體各種氣體的的壓強與溫度之間都有線性關系壓強與溫度之間都有線性關系。 從圖甲可以看出，在等容過程中，壓強從圖甲可以看出，在等容過程中，壓強p與攝氏溫度與攝氏溫度t是一次是一次函數關系，不是簡單的函數關系，不是簡單的 關系。關系。氣體壓強為零時其溫度為零氣體壓強為零時其溫度為零熱力學溫度的零度熱力學溫度的零度,即絕對零度即絕對零度 如果把圖甲直線如果把圖甲直線AB延長至與橫軸相延長至與橫軸相交交,把交點當做坐標原點。建

17、立新的坐標把交點當做坐標原點。建立新的坐標系系,如圖乙所示，那么這時的壓強與溫度如圖乙所示，那么這時的壓強與溫度的關系就是正比例關系了。圖乙坐標原點的關系就是正比例關系了。圖乙坐標原點的意義為的意義為 。 可以證明，當氣體的壓強不太大，溫可以證明，當氣體的壓強不太大，溫度不太低時，坐標原點代表的溫度就是度不太低時，坐標原點代表的溫度就是 。PT/KO A B273.15乙乙POABt/0c甲甲2、查理定律的內容、查理定律的內容:一定質量的某種氣體一定質量的某種氣體,在體積不變的情況下在體積不變的情況下,壓強壓強p與熱力學溫度與熱力學溫度T成成 。正比正比CTp2211TpTp3、公式、公式:

18、或或 。注意注意:p與熱力學溫度與熱力學溫度T成正比成正比,不與攝氏溫度成正比不與攝氏溫度成正比,但壓強的變化但壓強的變化 p與攝氏溫度與攝氏溫度 t的變化成正比。的變化成正比。 一定質量的氣體在等容變化時一定質量的氣體在等容變化時,升高（或降低）相同的溫度升高（或降低）相同的溫度,所所增加（或減小）的壓強是相同增加（或減小）的壓強是相同的。的。1212TTpp112112TTTppp如何理解如何理解?2、查理定律的內容、查理定律的內容:一定質量的某種氣體一定質量的某種氣體,在體積不變的情況下在體積不變的情況下,壓強壓強p與熱力學溫度與熱力學溫度T成成 。正比正比CTp2211TpTp4 、

19、一 定 質 量 的 氣 體 發 生 等 容 變 化 時 的、 一 定 質 量 的 氣 體 發 生 等 容 變 化 時 的 p - T 圖 象 稱圖 象 稱為為 。圖線的形狀為。圖線的形狀為 線。線。 3、公式、公式: 或或 。等容線等容線過原點的直過原點的直V3V2V1OP T V1V2V3如圖所示是一定質量的某種氣體在不同體如圖所示是一定質量的某種氣體在不同體積下的幾條等容線積下的幾條等容線,其體積的大小關系其體積的大小關系是是 。斜率越大斜率越大,體積越小體積越小.1、某種氣體在狀態時壓強、某種氣體在狀態時壓強2105Pa,體積為體積為1m3,溫度為溫度為200K。（1）它在）它在等溫過程

20、等溫過程中由狀態中由狀態A變為狀態變為狀態B，狀態，狀態B 的體積為的體積為2m3，求狀態求狀態B 的壓強。的壓強。（2）隨后，又由狀態）隨后，又由狀態B 在在等容過程等容過程中變為狀態中變為狀態C ，狀態，狀態C 的溫的溫度為度為300K，求狀態，求狀態C 的壓強。的壓強。典型例題典型例題A B C解析解析: 容器中氣體為研究對象容器中氣體為研究對象A狀態狀態:PapA510231mVAB狀態狀態:C狀態狀態:KTA200?Bp32mVBABTT ?CpBCVV KTC3001、某種氣體在狀態時壓強、某種氣體在狀態時壓強2105Pa,體積為體積為1m3,溫度為溫度為200K。（1）它在等溫過

21、程中由狀態）它在等溫過程中由狀態A變為狀態變為狀態B，狀態，狀態B 的體積為的體積為2m3，求狀態求狀態B 的壓強。的壓強。典型例題典型例題A B C解析解析: 容器中氣體為研究對象容器中氣體為研究對象A狀態狀態:PapA510231mVAB狀態狀態:C狀態狀態:KTA200?Bp32mVBABTT ?CpBCVV KTC300BBAAVpVpBAABVVppPaPa551021102（1）氣體由狀態）氣體由狀態A 變為狀態變為狀態B 的過程的過程遵從玻意耳定律遵從玻意耳定律:1、某種氣體在狀態時壓強、某種氣體在狀態時壓強2105Pa,體積為體積為1m3,溫度為溫度為200K。（2）隨后，又由

22、狀態）隨后，又由狀態B 在等容過程中變為狀態在等容過程中變為狀態C ，狀態，狀態C 的溫的溫度為度為300K，求狀態，求狀態C 的壓強。的壓強。典型例題典型例題A B C解析解析: 容器中氣體為研究對象容器中氣體為研究對象A狀態狀態:PapA510231mVAB狀態狀態:C狀態狀態:KTA200?Bp32mVBABTT ?CpBCVV KTC300（2）氣體由狀態）氣體由狀態B變為狀態變為狀態C的過程的過程遵從查理定律遵從查理定律:ccBBTpTpBCBCTTpp PaPa55105 . 1200300102、查理定律的內容、查理定律的內容:一定質量的某種氣體一定質量的某種氣體,在體積不變的情

23、況下在體積不變的情況下,壓強壓強p與熱力學溫度與熱力學溫度T成成 。正比正比CTp2211TpTp4、一定質量的氣體發生等容變化時的、一定質量的氣體發生等容變化時的p-T圖象稱為圖象稱為 。圖線的形狀為圖線的形狀為 線。線。 3、公式、公式: 或或 。等容線等容線過原點的直過原點的直OPTV1V2V3（1）查理定律）查理定律:實驗定律。實驗定律。（2）研究對象）研究對象:一定質量的氣體一定質量的氣體（3）適用條件：）適用條件：體積不變體積不變（4）適用范圍：）適用范圍：溫度不太低、壓強不太高溫度不太低、壓強不太高（5）式中的）式中的C與哪些因素有關與哪些因素有關?氣體的種類、質量、體積氣體的種

24、類、質量、體積5、注意點、注意點斜率越大斜率越大,體積越小。體積越小。1、蓋、蓋呂薩克定律內容呂薩克定律內容:一定質量的某種氣體一定質量的某種氣體,在壓強不變的情況在壓強不變的情況下下,體積體積V與熱力學溫度與熱力學溫度T成成 比。比。2、公式、公式: 或或 。3、一定質量的氣體發生等壓變化時、一定質量的氣體發生等壓變化時,表示變化過程的表示變化過程的V-T圖象稱圖象稱為為 。等壓線是等壓線是 線。線。如圖所示如圖所示,是一定質量的某種氣體在不同壓強下的幾條等壓線，是一定質量的某種氣體在不同壓強下的幾條等壓線，其壓強的大小關系是其壓強的大小關系是 。 正比正比CTV2211TVTV等壓線等壓線

25、過原點的直過原點的直OVTP1P2P3p3p2p1斜率越大斜率越大,壓強越小。壓強越小。1、蓋、蓋呂薩克定律內容呂薩克定律內容:一定質量的某種氣體一定質量的某種氣體,在壓強不變的情況在壓強不變的情況下下,體積體積V與熱力學溫度與熱力學溫度T成成 比。比。2、公式、公式: 或或 。3、一定質量的氣體發生等壓變化時、一定質量的氣體發生等壓變化時,表示變化過程的表示變化過程的V-T圖象稱圖象稱為為 。等壓線是等壓線是 線。線。正比正比CTV2211TVTV等壓線等壓線過原點的直過原點的直OVTP1P2P3（1）蓋）蓋呂薩克定律是呂薩克定律是實驗定律。實驗定律。（2）研究對象）研究對象:一定質量的氣體

26、一定質量的氣體（3）適用條件）適用條件:壓強不變壓強不變（4）適用范圍：）適用范圍：溫度不太低、壓強不太高溫度不太低、壓強不太高（5）式中的）式中的C與哪些因素有關與哪些因素有關?氣體的種類、質量、壓強氣體的種類、質量、壓強4、注意點、注意點1、盛有氧氣的鋼瓶、盛有氧氣的鋼瓶,在在170C的室內測得氧氣的壓強是的室內測得氧氣的壓強是9.31106pa。當鋼瓶搬到。當鋼瓶搬到-130C的工地上時的工地上時,瓶內氧氣的壓強變瓶內氧氣的壓強變為為8.15106pa。鋼瓶是不是漏氣。鋼瓶是不是漏氣?為什么為什么?典型例題典型例題解析解析: 鋼瓶中氧氣為研究對象鋼瓶中氧氣為研究對象初態初態:Pap611

27、031. 9VV 1末態末態:KT)1715.273(1Pap621015. 8VV 2KT)1315.273(2K290K260等容變化等容變化鋼瓶若不漏氣鋼瓶若不漏氣,則瓶內氧氣應遵循查理定律則瓶內氧氣應遵循查理定律,即即:2211TpTp2601015. 82901031. 966代入題中給出數據代入題中給出數據,得得故鋼瓶漏氣故鋼瓶漏氣2、如圖所示、如圖所示,向一個空的鋁制飲料罐（即易拉罐）中插入一根透向一個空的鋁制飲料罐（即易拉罐）中插入一根透明吸管明吸管,接口用蠟密封，在吸管內引入一小段油柱（長度可以忽接口用蠟密封，在吸管內引入一小段油柱（長度可以忽略）。如果不計大氣壓的變化，這就

28、是一個簡易略）。如果不計大氣壓的變化，這就是一個簡易“氣溫計氣溫計”。已知鋁罐的容積是已知鋁罐的容積是360cm3，均勻吸管內部的橫截面積為，均勻吸管內部的橫截面積為0.2cm2，吸管的有效長度為吸管的有效長度為20cm，當溫度為，當溫度為250C時，油柱離管口時，油柱離管口10cm。（1）吸管上標刻溫度值時，刻度）吸管上標刻溫度值時，刻度 是否應該均勻是否應該均勻?（2）估算這個氣溫計的測量范圍。）估算這個氣溫計的測量范圍。典型例題典型例題2、如圖所示、如圖所示,向一個空的鋁制飲料罐（即易拉罐）中插入一根透向一個空的鋁制飲料罐（即易拉罐）中插入一根透明吸管明吸管,接口用蠟密封，在吸管內引入一小段油柱（長度可以忽接口用蠟密封，在吸管內引入一小段油柱（長度可以忽略）。如果不計大氣壓的變化，這就是一個簡易略）。如果不計大氣壓的變化