物理選擇性必修 第三冊(cè)2 氣體的等溫變化學(xué)案

這是一份物理選擇性必修 第三冊(cè)2 氣體的等溫變化學(xué)案，共7頁。學(xué)案主要包含了氣體的狀態(tài)參量，．玻意耳定律，氣體等溫變化的pV圖象等內(nèi)容，歡迎下載使用。

1、知道什么是等溫變化；
2、知道玻意耳定律是實(shí)驗(yàn)定律；掌握玻意耳定律的內(nèi)容和公式；知道定律的適用條件；
3、理解氣體等溫變化的 p-V 圖象的物理意義；
4、知道用分子動(dòng)理論對(duì)玻意耳定律的定性解釋；
5、會(huì)用玻意耳定律計(jì)算有關(guān)的問題。
知識(shí)點(diǎn)一、氣體的狀態(tài)參量
用來描述氣體狀態(tài)的體積、壓強(qiáng)、溫度三個(gè)物理量叫氣體的狀態(tài)參量。
(1)體積：氣體的體積是指氣體分子所充滿容器的容積，即氣體所能到達(dá)的空間。
單位：米3(m3)，1 m3＝103 dm3(L)＝106 cm3(mL)。
(2)溫度：表示物體的冷熱程度。從分子動(dòng)理論來看，標(biāo)志著物體內(nèi)部分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。
單位：開爾文(K)，熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系：T＝t＋273.15 K。
(3)壓強(qiáng)：氣體的壓強(qiáng)是氣體分子頻繁地碰撞器壁而產(chǎn)生的。
單位：帕斯卡(Pa)，一個(gè)大氣壓約為1.01×105 Pa。
一定質(zhì)量的氣體，它的體積、壓強(qiáng)、溫度的變化是相互聯(lián)系的，對(duì)于一定質(zhì)量的氣體來說，這三個(gè)量不變，我們就說氣體處于一定的狀態(tài)中；如果三個(gè)量中有兩個(gè)改變或三個(gè)都發(fā)生改變，我們就說氣體狀態(tài)發(fā)生了變化。
知識(shí)點(diǎn)二、．玻意耳定律
(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)p與體積V成反比，即pV＝常量，或p1V1＝p2V2。其中p1、V1和p2、V2分別表示氣體在1、2兩個(gè)不同狀態(tài)下的壓強(qiáng)和體積。
(2)研究對(duì)象：一定質(zhì)量的氣體，且這一部分氣體保持溫度不變。
(3)適用條件：①壓強(qiáng)不太大(與大氣壓相比)，溫度不太低(與室溫相比)。②被研究的氣體質(zhì)量不變，溫度不變。
(4)數(shù)學(xué)表達(dá)式：eq \f(p1,p2)＝eq \f(V2,V1)，或p1V1＝p2V2，或pV＝C(常量)。
知識(shí)點(diǎn)三、氣體等溫變化的pV圖象
在pV坐標(biāo)系上，每一個(gè)點(diǎn)表示氣體的一個(gè)狀態(tài)，一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時(shí)，其壓強(qiáng)隨體積的變化而變化的規(guī)律，在pV直角坐標(biāo)系上，是一條被稱為等溫線的曲線(如圖甲所示)。
若將橫坐標(biāo)改為eq \f(1,V)，則在peq \f(1,V)直角坐標(biāo)系中，表示等溫變化的圖線變?yōu)橥ㄟ^坐標(biāo)原點(diǎn)的斜直線(如圖乙所示)。
(1)在pV圖中，等溫線是以兩坐標(biāo)軸為漸近線的一簇雙曲線(反比例函數(shù))，每一條雙曲線表示一個(gè)等溫變化過程，由定質(zhì)量理想氣體狀態(tài)方程pV＝C(常量)可知：過等溫線上任意一點(diǎn)作兩坐標(biāo)軸的平行線圍成的“矩形面積”，表示該狀態(tài)下的pV值，“面積”越大，pV值就越大，對(duì)應(yīng)的T值也越大，在圖甲所示中，T2＞T1。
(2)定質(zhì)量氣體的等溫變化過程，也可以用peq \f(1,V)圖象來表示，如圖乙所示。
等溫線是通過原點(diǎn)的直線，由于氣體的體積不能無窮大，所以靠近原點(diǎn)附近處應(yīng)用虛線表示，該直線的斜率k＝p/eq \f(1,V)＝pV∝T，即斜率越大，氣體做等溫變化的溫度越高。
1．如圖所示，容器A的容積V1=9 L，內(nèi)部充滿空氣，壓強(qiáng)p1=1.0×106 Pa，真空容器B的容積 V2=10 L，由一個(gè)帶閥門K的細(xì)管與A相通?，F(xiàn)打開閥門K一會(huì)兒，關(guān)閉后容器A中的壓強(qiáng)降到p2=6.0×105Pa，已知兩容器導(dǎo)熱性能良好，此過程中環(huán)境溫度保持不變，求容器B中空氣壓強(qiáng)P3多大？
【答案】
【詳解】
將容積A中的氣體等溫變到壓強(qiáng)，體積為，由玻意耳定律有
將的氣體等溫裝入容器B，壓強(qiáng)為，由玻意耳定律有
解得
2．小明在一個(gè)帶刻度的玻璃瓶口上，裝上帶細(xì)管的瓶塞，用它來測量泳池池水的深度。入水前，蓋緊瓶塞，封閉細(xì)管；瓶子到達(dá)池底時(shí)，瓶口向下，打開細(xì)管，讓水流入瓶中（瓶中氣體不外溢），穩(wěn)定后再次封閉細(xì)管，此時(shí)瓶中液面如圖（b）所示，將瓶旋轉(zhuǎn)，瓶口朝上，此時(shí)瓶中液面如圖（c）所示，已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)p0=1.0×105Pa，水的密度p=10×103kg/m3，重力加速度g取10m/s2，玻璃瓶刻度單位為mL，忽略環(huán)境溫度變化，則：
（1）由圖（b）、（c）可知圖（c）中氣體體積是多少？并請(qǐng)推算瓶子的總體積V；
（2）該泳池的池水深度是多少？
【答案】（1）200mL；300mL（2）5m
【詳解】
（1）由圖（b）、（c）可知圖（c）中氣體體積因水的體積為100mL，則瓶子的總體積V=300mL；
（2）在水面氣體的壓強(qiáng)p=p0=1.0×105Pa
在水中時(shí)氣體的壓強(qiáng)
由玻意耳定律可知
聯(lián)立解得h=5m
1．容積V=10L的鋼瓶充滿氧后，壓強(qiáng)p=20atm，打開鋼瓶蓋閥門，讓氧氣分別裝到容積為V0=5L的小瓶子中去，若小瓶子已抽成真空，分裝到小瓶子中的氧氣壓強(qiáng)均為p0=2atm。在分裝過程中無漏氣現(xiàn)象，且溫度保持不變，那么最多可裝的瓶數(shù)是（ ）
A．2瓶B．18瓶C．0.10瓶D．20瓶
【答案】B
【詳解】
由玻意耳定律得pV=p1V1
即20atm×10L=2atm×V1
解得V1=100L
最多可裝的瓶數(shù)是瓶
故選B。
2．一定質(zhì)量的理想氣體溫度不變，體積為V時(shí)，壓強(qiáng)為P，當(dāng)體積變成2V時(shí)，壓強(qiáng)為（ ）
A．2PB．C．4PD．
【答案】B
【詳解】
由波意耳定律可得
解得
故選B。
3．一個(gè)足球的容積是2.5 L。用打氣筒給這個(gè)足球打氣，每打一次都把體積為125 mL、壓強(qiáng)與大氣壓相同的氣體打進(jìn)球內(nèi)。如果在打氣前足球就已經(jīng)是球形并且里面的壓強(qiáng)與大氣壓相同，設(shè)打氣過程中溫度不變，打了10次后，足球內(nèi)部空氣的壓強(qiáng)是大氣壓的（ ）
A．1.5倍B．2倍C．2.5倍D．3倍
【答案】A
【詳解】
設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0，打了10次，共打進(jìn)的氣體體積為
設(shè)足球體積為V，由玻意爾定律得
代入數(shù)據(jù)解得
則足球內(nèi)部空氣的壓強(qiáng)是大氣壓的1.5倍，故A正確，BCD錯(cuò)誤。
故選A。
4．如圖所示，一根玻璃管倒扣插入水銀槽中（開口向下），內(nèi)部封有一定質(zhì)量的理想氣體，管內(nèi)水銀面低于管外液面 h，要使內(nèi)外液面差變大，下列操作一定可行的是（ ）

A．保持溫度不變，玻璃管稍向下插入一些
B．保持溫度不變，玻璃管稍向上拔出一些
C．溫度升高的同時(shí)玻璃管稍向上拔出一些
D．溫度降低的同時(shí)玻璃管稍向下插入一些
【答案】A
【詳解】
設(shè)外界大氣壓為p0，水的密度為，則內(nèi)部氣體的壓強(qiáng)
要使內(nèi)外液面差h變大，則內(nèi)部氣體的壓強(qiáng)變大。
A．保持溫度不變，玻璃管稍向下插入一些，內(nèi)部氣體壓強(qiáng)增大，h增大，故A正確；
B．保持溫度不變，玻璃管稍向上拔出一些，氣體壓強(qiáng)減小，h減小，故B錯(cuò)誤；
C．溫度升高時(shí)氣體壓強(qiáng)增大，玻璃管稍向上拔出一些氣體壓強(qiáng)減小，所以無法判斷內(nèi)部氣體實(shí)際壓強(qiáng)的變化，無法確定h的變化，故C錯(cuò)誤；
D．溫度降低時(shí)內(nèi)部氣體壓強(qiáng)減小，玻璃管稍向下插入一些時(shí)內(nèi)部氣體壓強(qiáng)增大，所以無法判斷內(nèi)部氣體實(shí)際壓強(qiáng)的變化，無法確定h的變化，故D錯(cuò)誤。
故選A。
5．噴霧器內(nèi)有10 L的農(nóng)藥水，利用打氣筒打氣使上部封閉有2atm的空氣3L．現(xiàn)打開噴霧閥門，對(duì)果樹噴灑藥水，噴霧過程中封閉氣體可以看成等溫膨脹．當(dāng)上部封閉的空氣壓強(qiáng)變?yōu)?.2atm時(shí)，噴霧器內(nèi)剩下農(nóng)藥水的體積為________．（填選項(xiàng)前的編號(hào)）
A．8LB．7LC．5LD．2L
【答案】A
【詳解】
已知?dú)怏w體積初狀態(tài)：p1=2atm，V1=3L
末狀態(tài)：p2=1.2atm
氣體體積為V2，氣體為等溫變化，由波意耳定律知：p1V1=p2V2
代入數(shù)據(jù)解得：V2=5L
氣體體積增加了2L，即液體體積減少了2L，噴霧器內(nèi)剩下農(nóng)藥水的體積為8L．
A．8L，與計(jì)算結(jié)果相符，故A正確；
B．7L，與計(jì)算結(jié)果不符，故A錯(cuò)誤；
C．5L，與計(jì)算結(jié)果不符，故A錯(cuò)誤；
D．2L，與計(jì)算結(jié)果不符，故A錯(cuò)誤．
6．如圖所示，粗細(xì)均勻的 U 形管豎直放置，管內(nèi)有水銀柱封住一段空氣柱，如果沿虛線所示的位置把開口一側(cè)的部分截掉，保持彎曲部分管子位置不動(dòng)，則封閉在管內(nèi)的空氣柱將( )
A．體積不變B．體積變大
C．壓強(qiáng)變大D．壓強(qiáng)不變
【答案】C
【詳解】
設(shè)玻璃管兩側(cè)水銀面高度差是h，大氣壓為p0，封閉氣體壓強(qiáng)p=p0-h
沿虛線所示的位置把開口一側(cè)的部分截掉，h變小，封閉氣體壓強(qiáng)p=p0-h
變大，氣體溫度不變，壓強(qiáng)變大，由玻意耳定律可知，封閉氣體體積變小。
AB.體積變小，故AB錯(cuò)誤。
CD. 壓強(qiáng)變大，故C正確D錯(cuò)誤。
7．如圖所示，上端封閉的玻璃管，開口向下，豎直插在水銀槽內(nèi)，管內(nèi)長度為h的水銀柱將一段空氣柱封閉，現(xiàn)保持槽內(nèi)水銀面上玻璃管的長度l不變，將管向右傾斜30°，若水銀槽內(nèi)水銀面的高度保持不變，待再次達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，則下列說法中不正確的是 ( )
A．管內(nèi)水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)變大B．管內(nèi)水銀柱的長度變大
C．管內(nèi)空氣柱的密度變大D．管內(nèi)空氣柱的壓強(qiáng)變大
【答案】A
【詳解】管內(nèi)水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)為p水銀=ρghcsθ，則將管向右傾斜，可知管內(nèi)水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)變??；管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p=p0-p水銀可知管內(nèi)空氣柱的壓強(qiáng)變大；根據(jù)pV=C可知管內(nèi)氣體的體積減小，管內(nèi)氣體的密度變大，水銀柱的長度變大，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，BCD正確；此題選擇不正確的選項(xiàng)，故選A.
8．地面附近有一正在上升的空氣團(tuán)，它與外界的熱交熱忽略不計(jì).已知大氣壓強(qiáng)隨高度增加而降低，則該氣團(tuán)在此上升過程中（不計(jì)氣團(tuán)內(nèi)分子間的勢能）（ ）
A．體積減小，溫度降低B．體積減小，溫度不變
C．體積增大，溫度降低D．體積增大，溫度不變
【答案】C
【詳解】
該氣團(tuán)在此上升過程中，高度增大，壓強(qiáng)減小，體積增大，氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減小，溫度降低。
故選C。