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第二章 氣體、固體和液體
第3節(jié) 氣體的等圧變化和等容變化
1、炎熱的夏天，給汽車輪胎充氣時(shí)，一般都不充得太足。給自行車輪胎打氣時(shí)，也不能打得太足。這是什么原因呢？
2、冬季，裝有半瓶水的暖瓶經(jīng)過一個(gè)夜晚，第二天拔瓶口的軟木塞時(shí)會(huì)覺得很緊，不易拔出來。這是什么原因？
1.掌握查理定律和蓋—呂薩克定律的內(nèi)容、表達(dá)式及適用條件.
2.理解p－T圖象與V－T圖象的物理意義.
3.熟練掌握查理定律和蓋—呂薩克定律，并能靈活運(yùn)用其解決實(shí)際問題.
燒瓶上通過橡膠塞連接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱。用手捂住燒瓶，會(huì)觀察到水柱緩慢向外移動(dòng)，這說明了什么？
等壓變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，體積隨溫度的升高而增大。
一、氣體的等壓變化
氣體的等壓變化演示實(shí)驗(yàn)
蓋·呂薩克（1778—1850年）法國(guó)化學(xué)家、物理學(xué)家.
一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，體積V與熱力學(xué)溫度T成正比.
蓋·呂薩克定律:
V=CT
或
公式表述：
或
公式推論：
兩種不同溫標(biāo)下的等壓變化圖像：
熱力學(xué)溫標(biāo)下的圖像
攝氏溫標(biāo)下的圖像
0K和-273.15℃附近用虛線，
熱力學(xué)絕對(duì)零度不可能達(dá)到。
3.V－t圖象：在等壓變化過程中，體積V與攝氏溫度t是一次函數(shù)關(guān)系，不是簡(jiǎn)單的正比例關(guān)系，如圖所示，等壓線是一條延長(zhǎng)線通過橫軸上－273.15 ℃的傾斜直線，且斜率越大，壓強(qiáng)越小.圖象縱軸的截距V0是氣體在0 ℃時(shí)的體積.
1.一定質(zhì)量的氣體的V—T圖線其延長(zhǎng)線過坐標(biāo)原點(diǎn)（過原點(diǎn)的傾斜直線），斜率反映壓強(qiáng)大小。 不同壓強(qiáng)下的等壓線，斜率越大，壓強(qiáng)越小（同一溫度下，體積大的壓強(qiáng)小）。
2.圖線上每一個(gè)點(diǎn)表示氣體一個(gè)確定的狀態(tài)，同一根等壓線上各狀態(tài)的壓強(qiáng)相同。
P2（2）在 V/Ｔ=C 中的C與氣體的種類、質(zhì)量、壓強(qiáng)有關(guān)．
（1）適用條件：氣體質(zhì)量一定，壓強(qiáng)不變．
注意： V正比于T而不正比于t，但 V t
（3）一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等壓變化時(shí)，升高（或降低）相同的溫度，增加（或減小）的體積是相同的．
（4）解題時(shí)前后兩狀態(tài)的體積單位要統(tǒng)一．
幾點(diǎn)說明：
應(yīng)用蓋－呂薩克定律解題的一般步驟：
(1)確定研究對(duì)象，即被封閉的一定質(zhì)量的氣體.
(2)分析被研究氣體在狀態(tài)變化時(shí)是否符合定律的適用條件：
質(zhì)量一定，壓強(qiáng)不變.
(3)確定初、末兩個(gè)狀態(tài)的溫度、體積.
(4)根據(jù)蓋－呂薩克定律列式求解.
(5)求解結(jié)果并分析、檢驗(yàn).
1、等容變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變時(shí)，壓強(qiáng)隨溫度的變化.
在等容變化中，氣體的壓強(qiáng)與溫度可能存在著什么關(guān)系？
二、氣體的等容變化
2、查理定律
表述：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T成正比.
p =CT
或
公式：
（1）適用條件：氣體質(zhì)量一定，體積不變．
3. 幾點(diǎn)說明
（2）在p/T=C中的C與氣體的種類、質(zhì)量、體積有關(guān)．
（3）一定質(zhì)量的氣體在等容時(shí)，升高（或降低）相同的溫度，所增加（或減小）的壓強(qiáng)是相同的．
（4）解題時(shí)前后兩狀態(tài)壓強(qiáng)的單位要統(tǒng)一．
注意：p與熱力學(xué)溫度T成正比，不與攝氏溫度成正比,但壓強(qiáng)的變化 p與攝氏溫度 t的變化成正比．
4. 查理定律的圖象——等容線
①p－T圖像中的等容線是一條過原點(diǎn)的直線
②p－t圖像中的等容線不過原點(diǎn)，但反向延長(zhǎng)線交t 軸于－273.15 ℃.
一定質(zhì)量氣體的等容線的物理意義：
①圖線上每一個(gè)點(diǎn)表示氣體一個(gè)確定的狀態(tài)，同一根等容線上各狀態(tài)的體積相同。
②不同體積下的等容線，斜率越大，體積越小（同一溫度下，壓強(qiáng)大的體積小）如圖所示，V2③p－t圖像：壓強(qiáng)p與攝氏溫度t 是一次函數(shù)關(guān)系，不是簡(jiǎn)單的正比例關(guān)系，如圖乙所示，等容線是一條延長(zhǎng)線通過橫軸上－273.15 ℃的傾斜直線，且斜率越大，體積越小.圖像縱軸的截距p0是氣體在0 ℃時(shí)的壓強(qiáng).
應(yīng)用查理定律解題的一般步驟：
(1)確定研究對(duì)象，即被封閉的一定質(zhì)量的氣體.
(2)分析被研究氣體在狀態(tài)變化時(shí)是否符合定律的適用條件：
質(zhì)量一定，體積不變.
(3)確定初、末兩個(gè)狀態(tài)的溫度、壓強(qiáng).
(4)根據(jù)查理定律列式求解.
(5)求解結(jié)果并分析、檢驗(yàn).
1、定義：在任何溫度、任何壓強(qiáng)下都嚴(yán)格遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體叫做“理想氣體”。
（1）理想氣體實(shí)際不存在，是一種理想模型.
（2）在常溫常壓下（不低于負(fù)幾十?dāng)z氏度,壓強(qiáng)不超過大氣壓的幾倍時(shí)）,大多數(shù)實(shí)際氣體,尤其是那些不易液化的氣體如氫氣、氧氣、氮?dú)狻⒑獾榷伎梢越频乜闯衫硐霘怏w。在溫度不太低,壓強(qiáng)不太大時(shí)實(shí)際氣體都可看成是理想氣體.
（3）嚴(yán)格遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律及理想氣體狀態(tài)方程.
2、理想氣體的特點(diǎn)
（4）理想氣體每個(gè)分子可看成彈性小球,分子本身的大小與分子間的距離相比可以忽略不計(jì)，分子可視為質(zhì)點(diǎn)．(從分子動(dòng)理論的角度，理想氣體忽略分子的自身體積（大小）和分子間相互作用力)
三、理想氣體
從微觀上說：分子間以及分子和器壁間，除碰撞外無其他作用力，分子本身沒有體積，即它所占據(jù)的空間認(rèn)為都是可以被壓縮的空間。
從能量上說：理想氣體的微觀本質(zhì)是忽略了分子力，沒有分子勢(shì)能，理想氣體的內(nèi)能只有分子動(dòng)能。
（5）理想氣體分子除碰撞外，無相互作用的引力和斥力，故無分子勢(shì)能，理想氣體的內(nèi)能等于所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能之和，一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，與氣體的體積無關(guān).故一定質(zhì)量的理想氣體，溫度是內(nèi)能的標(biāo)志.
內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種理想氣體在從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)時(shí)，盡管p、V、T都可能改變，但是壓強(qiáng)跟體積的乘積與熱力學(xué)溫度的比值保持不變。
2. 公式：
或
與物體的質(zhì)量和種類有關(guān)，即與物質(zhì)的量有關(guān)（C=nR），與p、V、T無關(guān).
4. 單位：溫度T必須是熱力學(xué)溫度，公式兩邊中壓強(qiáng)p和體積V單位必須統(tǒng)一，但不一定是國(guó)際單位制中的單位.
3. 適用條件：一定質(zhì)量的理想氣體
5. 注意：狀態(tài)方程只表示氣體在狀態(tài)變化過程中的不變，與過程無關(guān)，但與變化過程相關(guān)的過程量如做功、傳遞的熱量等是與過程有關(guān)的
四、理想氣體的狀態(tài)方程
6. 理想氣體狀態(tài)方程和三個(gè)氣體實(shí)驗(yàn)定律的關(guān)系
氣體的三大定律都是實(shí)驗(yàn)定律，由實(shí)驗(yàn)歸納總結(jié)得到。
1.玻意耳定律的微觀解釋：
一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度保持不變，體積減小時(shí)，分子數(shù)的密度增大，單位時(shí)間內(nèi)、單位面積上碰撞器壁的分子數(shù)就多，氣體的壓強(qiáng)增大。
五、氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋
2.蓋-呂薩克定律的微觀解釋：
一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度升高時(shí)，只有氣體的體積同時(shí)增大，使分子數(shù)的密度減小，才能保持壓強(qiáng)不變。
3.查理定律的微觀解釋：
一定質(zhì)量的某種理想氣體，體積保持不變時(shí)，分子的數(shù)密度保持不變。在這種情況下，溫度升高時(shí)，氣體的壓強(qiáng)增大。
1、(多選）下列圖中，可能反映理想氣體經(jīng)歷了等壓變化→等溫變化→等容變化后，又回到原來狀態(tài)的有(　　)
AC
2、如圖所示，某同學(xué)用封有氣體的玻璃管來測(cè)絕對(duì)零度，當(dāng)容器中水溫是30 ℃時(shí)，空氣柱的長(zhǎng)度為30 cm，當(dāng)水溫是90 ℃時(shí)，空氣柱的長(zhǎng)度是36 cm，則該同學(xué)測(cè)得的絕對(duì)零度相當(dāng)于(　　)
A.－273 ℃ B.－270 ℃ C.－268 ℃ D.－271 ℃
B
3.一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的情況下，溫度由0 ℃升高到10 ℃時(shí)，其壓強(qiáng)的增加量為Δp1，當(dāng)它由100 ℃升高到110 ℃時(shí)，其壓強(qiáng)的增加量為Δp2，則Δp1與Δp2之比是(　　)
A．10∶1　　　　　　 B．373∶273
C．1∶1 D．383∶283
C
任何溫度和任何壓強(qiáng)下都能嚴(yán)格地遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體
氣體的等容變化
對(duì)V-T圖像（等壓曲線）的理解
氣體的等壓變化和等容變化
氣體的等壓變化
適用條件：壓強(qiáng)不太大，溫度不太低；氣體的質(zhì)量和壓強(qiáng)都不變
理想氣體
對(duì)p-T圖像（等容曲線）的理解
蓋—呂薩克定律: V＝CT (其中C是常量)，或
查理定律：p＝CT (C是常量)，或
適用條件：壓強(qiáng)不太大，溫度不太低；氣體的質(zhì)量和體積都不變。
理想氣體狀態(tài)方程：(C是常量)
氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋

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