高考物理学霸复习讲义气体实验定律-第一部分 气体实验定律——玻意耳定律

第八章气体课前预习一、气体定律1．玻意耳定律：一定质量的某种气体，在不变的情况下，与成反比。

公式为或P1V1= 。

2．查理定律：一定质量的某种气体，在不变的情况下，与成正比。

公式为P= 或P1/P2= 。

2．盖—吕萨克定律：一定质量的某种气体，在不变的情况下，与成正比。

公式为V= 或V1/V2= 。

二、理想气体状态方程1．理想气体：在和下都能遵从气体实验定律的气体。

理想气体是一种的模型；其分子间作用力，分子势能为。

2．理想气体状态方程一定质量的某种理想气体在从一个状态变化到另一个状态，尽管压强、温度、体积都可能改变，但是跟的乘积与的比值保持不变。

公式为：三、气体定律的微观解释1．玻意耳定律的微观解释：一定的气体，温度保持不变时，分子的是一定的。

在这种情况下，体积减小时，分子的增大，气体的就增大。

2．查理定律的微观解释：一定质量的气体，保持不变时，分子的密集程度保持不变。

在这种情况下，温度升高时，分子的增大，增大，气体的压强就增大。

3．盖—吕萨克定律的微观解释：一定质量的气体，温度升高，分子的平均动能增大。

只有气体的同时增大，使分子的密集程度，才能保持压强不变。

例1、如图，粗细均匀、两端开口的U形管竖直放置，两管的竖直部分高度为20cm，内径很小，水平部分BC长14cm。

一空气柱将管内水银分隔成左右两段。

大气压强P0＝76cmHg。

当空气柱温度为T0＝273K、长为L0＝8cm时，BC管内左边水银柱长2cm，AB管内水银柱长也为2cm。

求：（1）右边水银柱总长是多少？（2）当空气柱温度升高到多少时，左边的水银恰好全部进入竖直管AB内？（3）为使左、右侧竖直管内的水银柱上表面高度差最大，空气柱温度至少要升高到多少？例2.水平放置，粗细均匀，两侧都封闭的细长玻璃管中，有一段水银柱将管中气体分为两部分如图所示，将玻璃管温度均匀升高的过程中，水银柱将（）A、向右移动B、向左移动C．始终不动 D、以上三种情况都有可能例3、如图所示，活塞质量为M，横截面积为S，上表面水平，下表面与水平成α角，摩擦不计，外界大气压为po，被封闭气体的压强为（）A、po—Mgcosα/S B、p o cosα—Mg/SC、po —Mg/S D、po—Mgcos2α/S图8—14练习1:一定质量的理想气体经历一等温膨胀过程，这一过程可以用p－V图上的曲线来表示，如图所示．由此可知，当气体的体积V1＝5 L时，气体的压强p1＝________Pa；当气体的体积V2＝10L时，气体的压强p2＝________Pa；当气体的体积V3＝15 L时，气体的压强p3＝________Pa.2：为了将空气装入气瓶内，现将一定质量的空气等温压缩，空气可视为理想气体．下列图象能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是．3.下面图中描述一定质量的气体做等容变化的过程的图线是（）4、如图8—19所示，是一定质量的气体从状态A经B到状态C的V—T图象，由图象可知（）A、PA＞PBB、PC＜PBC、PA＞PCD、PC＞PB5、如图8—20所示，是一定质量的气体从状态A经B到状态C的P—T图象，由图象可知（）A、VA＝VBB、VB＝VCC、VB＜VCD、VA＞VCPTOPTOPTOPOt/0C-273A B C DVOTABCTABC6.如图为竖直放置的上细下粗的密闭细管，水银柱将气体分隔成A、B两部分，初始温度相同。

高中物理中的气体实验定律在高中物理的学习中，气体实验定律是一个重要的知识点。

它不仅帮助我们理解气体的性质和行为，还为解决许多实际问题提供了理论基础。

首先，我们来了解一下玻意耳定律。

玻意耳定律指出，在温度不变的情况下，一定质量的气体，其压强与体积成反比。

简单来说，如果把气体压缩到更小的体积，压强就会增大；反之，如果让气体体积增大，压强就会减小。

这就好比给一个气球吹气，气球内的气体体积增加，压强就减小了；而如果我们把气球捏紧，让气体体积变小，压强就会增大。

为了更直观地理解这个定律，我们可以通过实验来验证。

假设我们有一个带有活塞的密闭气缸，里面装有一定质量的气体。

当我们缓慢推动活塞，减小气缸的体积，此时我们会发现气体的压强逐渐增大，这是因为相同数量的气体分子在更小的空间内碰撞容器壁的频率增加了。

反之，当我们向外拉动活塞，增大气缸的体积，气体压强则会逐渐减小。

接下来是查理定律。

查理定律表明，一定质量的气体，在体积不变时，其压强与热力学温度成正比。

也就是说，当给气体加热，温度升高时，气体的压强会增大；而当气体冷却，温度降低时，压强会减小。

想象一下一个密封的罐子，里面充满了气体，如果我们把这个罐子放在火上加热，罐子内气体的压强就会增加，因为气体分子的热运动变得更加剧烈，撞击罐壁的力量更大了。

然后是盖·吕萨克定律。

该定律指出，一定质量的气体，在压强不变时，其体积与热力学温度成正比。

比如，给一个充满气体的气球加热，在压强不变的情况下，气球的体积会增大，这是因为温度升高使得气体分子的平均动能增大，它们需要更大的空间来活动。

这些气体实验定律在日常生活和工业生产中有着广泛的应用。

比如在汽车发动机中，燃料燃烧会使气缸内气体的温度和压强迅速升高，根据这些定律，我们可以设计出更加高效的发动机结构。

在空调和冰箱的制冷系统中，制冷剂的状态变化也遵循着这些定律，从而实现热量的转移和温度的调节。

在解题时，我们需要灵活运用这些定律。

气体的等温变化、玻意耳定律一、气体的状态参量1、温度T 热力学温度：开尔文（K）T = t＋ 273 K2、体积V 就是气体所充满的容器的体积 .单位：有m3、升(L) 、毫升(mL)等 1 m3＝103升= 106 毫升3、压强p产生：气体分子频繁碰撞容器壁而产生的容器单位面积上的压力.单位：Pa（帕斯卡）、大气压、 mmHg柱等1大气压=760 mmHg柱=1.013× 105 Pa二、气体的等温变化:在物理学中，当需要研究三个物理量之间的关系时，往往采用“控制变量法”——保持一个量不变，研究其它两个量之间的关系，然后综合起来得出所要研究的几个量之间的关系。

1、等温变化：当温度(T)保持不变时,体积(V)和压强(p)之间的关系。

2、玻意耳定律：一定质量的某种气体,在温度保持不变的情况下，压强p与体积V成反比.或压强p与体积V的乘积保持不变，即pV=常量三、气体压强的微观意义气体压强是由于大量的气体分子频繁的碰撞器壁而产生的，气体的压强就是大量的气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。

气体压强和单位时间内、单位面积上的分子的碰撞次数有关，次数越多，产生的压强越大，而碰撞次数多，需单位体积内的分子数多，所以和单位体积内的分子数有关；还和碰撞的强弱有关，气体的温度越高，分子热运动越剧烈，气体的平均速率越大,对器壁的撞击越强，压强越大。

四、玻意耳定律的微观解释一定质量（m）的理想气体，其分子总数（N）是一个定值，当温度（T）保持不变时，则分子的平均速率（v）也保持不变，当其体积（V）增大几倍时，则单位体积内的分子数（n）变为原来的几分之一，因此气体的压强也减为原来的几分之一；反之若体积减小为原来的几分之一，则压强增大为原来的几倍，即压强与体积成反比。

这就是玻意耳定律。

7、如图4所示，开口向上竖直放置的玻璃管中，两段水银柱封闭着两段气体，它们的体积分别为V1、V2，两段水银柱的高度分别为h1、h2，且V1>V2，h1<h2。

高中物理：气体的等温变化，玻意耳定律1、玻意耳定律及应用（1）等温变化一定量的气体，在温度不变时其压强随体积的变化叫做等温变化．（2）玻意耳定律的内容一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强P与体积V成反比．（3）玻意耳定律的公式PV＝常量或者P1V1＝P2V2（4）玻意耳定律的适用条件一定质量的某种气体温度保持不变．（5）应用玻意耳定律解题的步骤首先确定研究对象，即一定质量的气体，再确定气体的两个状态，并写出状态参量，然后由玻意耳定律列出方程进行求解，注意单位统一．2、压强的计算在应用玻意耳定律解决实际问题时，对选定的研究对象，即一定质量的气体，无论是液体封闭还是固体活塞封闭，是平衡，还是变速运动，都要以液柱或活塞为研究对象，进行受力情况分析，画出受力图．（1）平衡时，列出力的平衡方程．若为液柱封闭，列出压强平衡方程．（2）做变速运动时：对封闭气体的相关液柱或固体进行研究，列出相应的动力学方程，然后求解．3、P—V曲线的应用（1）一定质量的气体，其等温线是双曲线，双曲线上的每一个点，均表示一定质量的气体在该温度下的一个状态，而且同一条等温线上每个点对应的P、V坐标的乘积都是相等的．（2）一定质量的气体在不同温度下的等温线是不同的，如图所示的两条等温线，分别是一定质量气体在较低温度T1和较高温度T2时的等温线，气体的温度越高，它的等温线离坐标原点越远．例1、一个气泡从水底升到水平面上，它的体积增大到原来的3倍，设水的密度为＝1.0×103kg／m3，一个大气压强为1.0×105 Pa，水底与水面温差不计，求水的深度（g＝lO m／s2）解析：气泡在水底时，气泡内气体的压强等于水面上大气压强与水的压强之和，当气泡升到水平面上时，气泡内气体的压强减小为大气压强，因此体积增大，由于水底与水面温度相同，气泡内气体经历的是一个等温变化的过程．气泡在水底时：V1＝V气泡在水面时：V2＝3V P2＝P0由玻意耳定律：解得：水深h＝20 m答案：20 m例2、固定在水平地面上的气缸内的气体如图所示，设气缸的活塞面积为S，活塞所受重力为G，活塞可无摩擦地沿器壁自由滑动，现用一弹簧秤水平拉住活塞，其读数为F，大气压强为P0，求气缸内气体的压强．解析：如图对于活塞，在水平方向上只受气缸内气体的压力，大气压力和弹簧的拉力的作用，处于平衡状态，根据平衡条件可得，答案：例3、如图所示，一定质量的理想气体，由状态A沿直线AB变化到B，在此过程中气体温度的变化情况是（）A. 一直升高B. 一直降低C. 先升高后降低D. 先降低后升高解析：由于同一等温线上的各点PV乘积相同而PV乘积较大的点所在的双曲线离坐标原点较远，因而对应的温度也较高。

气体实验定律一、气体实验定律1.玻意耳定律（1）内容: 一定质量的气体, 在温度不变的情况下, 它的压强跟体积成反比；或者说压强跟体积的乘积是不变的。

玻意耳定律是实验定律, 不论什么气体, 只要符合压强不太大（和大气压比较）、温度不太低（和室温比较）的条件, 都近似地符合这个定律。

（2）数学表达式: p1V1=p2V2或pV=恒量（3）等温线（P-V图像如图）:2.查理定律（1）内容: 体积不变时, 一定质量气体的压强与热力学温度成正比。

查理定律是个实验定律。

不论什么气体, 只要符合压强不太大（和大气压比较）、温度不太低（和室温比较）的条件, 都近似地符合这个定律。

（2）数学表达式:（3）等容线（P-T图像）:2.盖·吕萨克定律（1）内容: 压强不变时, 一定质量气体的体积与热力学温度成正比。

盖·吕萨克定律是个实验定律。

不论什么气体, 只要符合压强不太大（和大气压比较）、温度不太低（和室温比较）的条件, 都近似地符合这个定律。

（2）数学表达式:（3）等压线（V-T图像）:【典型例题】例 1.一个气泡从水底升到水面时, 它的体积增大为原来的3倍, 设水的密度为ρ=1×103kg/m3, 大气压强p0=1.01×105Pa, 水底与水面的温度差不计, 求水的深度. 取g=10m/s2.例2.要求瓶内氢气在500℃时的压强不超过1atm, 则在20℃下对瓶子充气时, 瓶内压强最多为多少？瓶子的热膨胀不计.例 3.内壁光滑的导热气缸竖直浸放在盛有冰水混合物的水槽中, 用不计质量的活塞封闭压强为1.0×l05Pa、体积为2.0×l0-3m3的理想气体. 现在活塞上方缓缓倒上沙子, 使封闭气体的体积变为原来的一半, 然后将气缸移出水槽, 缓慢加热, 使气体温度变为127℃.(1)求气缸内气体的最终体积；(2)在p－V图上画出整个过程中气缸内气体的状态变化. (大气压强为1.0×l05Pa)【反馈练习】1.两个半球壳拼成的球形容器内部已抽成真空, 球形容器的半径为R, 大气压强为p, 使两个半球壳沿图中箭头方向互相分离, 应施加的力F至少为[]A.4πR2pB.2πR2pC.πR2pD.πR2p2、一个气泡从水面下40m深处升到水面上, 假定水的温度一定, 大气压强为76cmHg, 则气泡升到水面时的体积约为原来的[]A.3倍B.4倍C.5倍D.5.5倍3、密闭容器中装有某种理想气体, 当温度从t1=50℃升到t2=100℃时, 气体的压强从p1变化到p2, 则[]A.p2/p1=2B.p2/p1=1/2C.p2/p1=1D.1＜p2/p1＜24、一定质量的气体, 处于平衡状态I, 现设法使其温度降低而压强增大, 达到平衡状态II, 则[ ]A.状态I时气体的密度比状态II时的大B.状态I时分子的平均动能比状态lI时的入C.状态I时分子间的平均距离比状态II时的大D.状态I时每个分子的动能都比状态II时的分子的平均动能大5、竖直的玻璃管, 封闭端在上, 开口端在下, 中间有一段水银, 若把玻璃管稍倾斜一些, 但保持温度不变, 则：[ ]A.封闭在管内的气体压强增大B、封闭在管内的气体体积增大C.封闭在管内的气体体积减小D.封闭在管内的气体体积不变6.如图所示, 两端开口的U形玻璃管中, 左右两侧各有一段水银柱, 水银部分封闭着一段空气, 己知右侧水银还有一段水平部分, 则:(1)若向右侧管中再滴入少许水银, 封闭气体的压强将.(2)若向左侧管中再滴入少许水银, 封闭气体的压强将, 右侧水银的水平部分长度变7、(1)下图中甲、乙均匀玻璃管中被水银封闭的气体压强分别为P1.P2.P3, 己知大气压为76cmHg, hl=2cm, h2=3cm, 求P1、P2、P3各为多少?(2)如图设气缸的质量为M, 横截面为S, 活塞的质量为m, 当气缸搁于地上时, 里面气体的压强为____. 当通过活塞手柄提起气缸时, 被封闭的气体的压强为____. (已知大气压强为p0)8、盛有氧气的钢瓶, 在室内(17℃)测得瓶内氧气的压强是9.31×106Pa当把钢瓶搬到温度是-13℃的室外时, 测得瓶内氧气的压强变为8.15×106Pa. 试问钢瓶是否漏气？为什么？9、如图所示, 截面积S=0.01m2的气缸内有一定质量的气体被光滑活塞封闭. 已知外界大气压p0=105Pa, 活塞重G=100N. 现将气缸倒过来竖直放置, 设温度保持不变, 气缸足够长. 求气缸倒转后气体的体积是倒转前的几倍？10、如图所示, 一端封闭横截面积均为S、长为b的细管弯成L形, 放在大气中, 管的竖直部分长度为a, 大气压强为P0, 现在开口端轻轻塞上质量为m, 横截面积也为S的小活塞。

气体试验定律一、气体实验定律概述1. 玻意耳定律- 内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比。

- 表达式：pV = C（C是常量，与气体的种类、质量、温度有关）。

- 适用条件：气体质量一定且温度不变。

例如，用注射器封闭一定质量的空气，缓慢推动或拉动活塞改变体积，同时测量压强，会发现压强与体积的乘积近似为定值。

2. 查理定律- 内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T 成正比。

- 表达式：(p)/(T)=C（C是常量，与气体的种类、质量、体积有关）。

- 适用条件：气体质量一定且体积不变。

将一定质量的气体密封在一个刚性容器（如烧瓶）中，对容器加热或冷却，测量不同温度下的压强，会发现压强与温度的比值近似为定值。

这里的温度必须是热力学温度（T = t+273.15K，t为摄氏温度）。

3. 盖 - 吕萨克定律- 内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T 成正比。

- 表达式：(V)/(T)=C（C是常量，与气体的种类、质量、压强有关）。

- 适用条件：气体质量一定且压强不变。

例如，将一个带有活塞且活塞可自由移动的容器中的气体加热，保持压强不变（活塞可自由移动以平衡外界压强），测量不同温度下的体积，会发现体积与温度的比值近似为定值。

二、图像表示1. 玻意耳定律图像- 在p - V图像中，一定质量温度不变的气体的图像是双曲线的一支。

因为pV = C，p=(C)/(V)，这是反比例函数的形式。

- 在p-(1)/(V)图像中，是过原点的直线，因为p = C×(1)/(V)，斜率k = C。

2. 查理定律图像- 在p - T图像中，一定质量体积不变的气体图像是过原点的直线，因为(p)/(T)=C，p = C× T，斜率k = C。

3. 盖 - 吕萨克定律图像- 在V - T图像中，一定质量压强不变的气体图像是过原点的直线，因为(V)/(T)=C，V = C× T，斜率k = C。

高中物理中的气体实验定律总结在高中物理的学习中，气体实验定律是一个重要的知识点。

理解和掌握这些定律对于我们解决与气体相关的问题至关重要。

下面就让我们一起来深入探讨一下高中物理中常见的气体实验定律。

一、玻意耳定律玻意耳定律描述了一定质量的气体，在温度不变的情况下，其压强与体积之间的关系。

简单来说，如果气体的温度保持不变，当气体的体积增大时，压强就会减小；反之，当体积减小时，压强就会增大。

我们可以用数学表达式来表示玻意耳定律：pV ＝常量（其中 p 表示压强，V 表示体积）。

为了更好地理解这个定律，我们可以想象一个注射器。

当我们缓慢地往外拉注射器的活塞，使注射器内气体的体积增大，这时我们会感觉到气体的压强变小。

同样，如果我们用力将活塞往里推，气体的体积减小，压强就会增大。

玻意耳定律在实际生活中有很多应用。

比如，汽车轮胎的充气就是一个典型的例子。

在充气过程中，如果轮胎内气体的温度不变，随着充入气体的增多，轮胎内气体的体积增大，压强也会相应增大，直到达到轮胎所能承受的最大压强。

二、查理定律查理定律研究的是一定质量的气体，在体积不变的情况下，压强与温度之间的关系。

当气体的体积固定不变时，温度升高，压强增大；温度降低，压强减小。

其数学表达式为：p/T ＝常量（其中 p 表示压强，T 表示热力学温度）。

举个例子，冬天的时候我们会觉得自行车轮胎的气瘪了一些，这是因为温度降低，在轮胎体积不变的情况下，轮胎内气体的压强减小了。

在工业生产中，查理定律也有着重要的应用。

例如，在一些需要控制气体压强的设备中，通过调节气体的温度，可以达到控制压强的目的。

三、盖吕萨克定律盖吕萨克定律关注的是一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积与温度之间的关系。

当压强保持不变时，温度升高，体积增大；温度降低，体积减小。

数学表达式为：V/T ＝常量（其中 V 表示体积，T 表示热力学温度）。

我们可以想象一个热气球，当热气球内气体的压强不变时，加热气体使其温度升高，气体的体积就会膨胀，从而使热气球上升。

§1-2 气体实验定律1．2．1、玻意耳定律一定质量的气体，当温度保持不变时，它的压强和体积的乘积是一个常数C PV =，式中常数C 由气体的种类、质量和温度决定。

抽气与打气问题的讨论。

简单抽气机的构造由图1-2-1示意，它由一个活塞和两个阀门组成。

当活塞向上提升时，a 阀门打开，贮气筒与抽气机相通，气体膨胀减压，此时b 阀门被关闭。

当活塞向下压缩时，b 阀门打开，a 阀门关闭，抽气机内的气体被压出抽气机，完成一次抽气。

贮气筒被抽气的过程，贮气筒内气体质量不断在减小，气体压强也不断减小。

设第一次抽气后贮气筒内气压1p ，第n 次抽气后贮气筒内气压n p ，则有：)(1V V p pV ∆+= )(21V V p V p ∆+= )(1V V p p nn ∆+=- 整理得 p V V V p n n )(∆+=简单压气机与抽气机的结构相似，但作用相反。

图1-2-2示意，当活塞上提时，a 阀门打开，b 阀门关闭，外界空气进入压气机中，活塞下压时，压气机内空气被压入贮气筒，而此时阀门a是关闭的，这就完成了一次压气过程。

每次压气机压入贮气筒的气体是V p ∆⋅0，故0p V V n p p n ∆⋅+= 1．2．2、盖—吕萨克定律图 1-2-1图1-2-2一定质量的气体，当压强保持不变时，温度每升高1℃，其体积的增加量等于0℃时体积的2731。

若用0V 表示0℃时气体的体积，V 表示t ℃的体积，则)2731(0l V V +=。

若采用热力学温标，则273+t 为摄氏温度t ℃。

所对应的热力学温度T ，273为0℃所对应的热力学温度0T 。

于是，盖—吕萨克定律可写成00T T V V =。

若温度为T 时，体积为1V ；温度为2T 时，体积为2V ，则有2211T V T V =或C T V =。

故盖—吕萨克定律也可表达为：一定质量的气体，当压强保持不变时，它的体积与热力学温标成正比。

1．2．3、查理定律一定质量的气体，当体积保持不变时，它的压强与热力学温度成正比C T P =式中常数C 由气体的种类、质量和体积决定。