氣體的等溫變化 (1)

1、氣體的等溫變化氣體的等溫變化1、溫度、溫度2、體積、體積3、壓強(qiáng)、壓強(qiáng)熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度T ：開爾文開爾文 T = t 273 K體積體積 V單位：有單位：有L、mL等等壓強(qiáng)壓強(qiáng) p單位：單位：Pa（帕斯卡）帕斯卡）氣體的狀態(tài)參量氣體的狀態(tài)參量問題問題 一定質(zhì)量的氣體，它的溫度、體積一定質(zhì)量的氣體，它的溫度、體積和壓強(qiáng)三個量之間變化是相互對應(yīng)的。我和壓強(qiáng)三個量之間變化是相互對應(yīng)的。我們?nèi)绾未_定三個量之間的關(guān)系呢？們?nèi)绾未_定三個量之間的關(guān)系呢？方法研究方法研究 在物理學(xué)中，當(dāng)需要研究三個物理量在物理學(xué)中，當(dāng)需要研究三個物理量之間的關(guān)系時，往往采用之間的關(guān)系時，往往采用“保持一個量不保持一個量不

2、變，研究其它兩個量之間的關(guān)系，然后綜變，研究其它兩個量之間的關(guān)系，然后綜合起來得出所要研究的幾個量之間的關(guān)合起來得出所要研究的幾個量之間的關(guān)系系”， 控制變量的方法控制變量的方法問題問題 我們在以前的學(xué)習(xí)中，也曾經(jīng)采用過我們在以前的學(xué)習(xí)中，也曾經(jīng)采用過“控控制變量的方法制變量的方法”來研究三個變量之間的關(guān)系：來研究三個變量之間的關(guān)系：牛頓第二定律（牛頓第二定律（、F、m）；）；引言引言 今天，我們便來研究氣體的三個狀態(tài)參量今天，我們便來研究氣體的三個狀態(tài)參量T、V、p之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。 首先，我們來研究：當(dāng)溫度（首先，我們來研究：當(dāng)溫度（ T ）保持不變）保持不變時，體積（時，體積（ V

3、 ）和壓強(qiáng)（）和壓強(qiáng)（ p ）之間的關(guān)系。）之間的關(guān)系。氣體的等溫變化氣體的等溫變化2 實驗研究（1）實驗?zāi)康模海嶒災(zāi)康模?在溫度保持不變時，研究一定質(zhì)量在溫度保持不變時，研究一定質(zhì)量氣體的壓強(qiáng)和體積的關(guān)系氣體的壓強(qiáng)和體積的關(guān)系（2）實驗數(shù)據(jù)的測量及分析）實驗數(shù)據(jù)的測量及分析.我們的研究對象是什么我們的研究對象是什么?.實驗需要測量的物理量實驗需要測量的物理量?.怎樣保證實驗過程溫度不變怎樣保證實驗過程溫度不變?.怎樣保證氣體質(zhì)量不變怎樣保證氣體質(zhì)量不變?.注射器內(nèi)一定質(zhì)量的氣體注射器內(nèi)一定質(zhì)量的氣體.壓強(qiáng)、體積（體積的變化與空氣壓強(qiáng)、體積（體積的變化與空氣柱的長度有關(guān)）柱的長度有關(guān)）.變化

4、過程十分緩慢變化過程十分緩慢、容器透熱容器透熱、環(huán)環(huán)境恒溫；境恒溫；手不要握住注射器的外管。手不要握住注射器的外管。.柱塞上涂上凡士林密封柱塞上涂上凡士林密封探究探究氣體氣體等溫變化的規(guī)律等溫變化的規(guī)律1.實驗裝置（一）實驗裝置（一）課本實驗課本實驗.壓強(qiáng)增大，體積減?。粔簭?qiáng)增大，體積減?。?在溫度不變時，在溫度不變時，壓強(qiáng)壓強(qiáng)p p和體積和體積V V成反比。成反比。結(jié)結(jié)論論實驗結(jié)論實驗結(jié)論玻意耳定律玻意耳定律2、公式表述：、公式表述：pV=常數(shù)常數(shù) 或或p1V1=p2V23、圖像表述：、圖像表述：p1/V0Vp0AA1、文字表述：、文字表述：一定質(zhì)量一定質(zhì)量某種氣體，在某種氣體，在溫度不溫度

5、不變變的情況下，壓強(qiáng)的情況下，壓強(qiáng)p與體積與體積V成反比。成反比。 需要注意的問題需要注意的問題 研究對象研究對象:一定質(zhì)量的氣體一定質(zhì)量的氣體 適用條件適用條件:溫度保持不變化溫度保持不變化 適用范圍：溫度不太低，壓強(qiáng)不太大適用范圍：溫度不太低，壓強(qiáng)不太大說說明明思考與討論思考與討論 同一氣體，不同溫度下等溫線是不同的，同一氣體，不同溫度下等溫線是不同的，你能判斷那條等溫線是表示溫度較高的情形你能判斷那條等溫線是表示溫度較高的情形嗎？你是根據(jù)什么理由作出判斷的？嗎？你是根據(jù)什么理由作出判斷的？結(jié)論結(jié)論:t3t2t1Vp12301.確定研究對象被封閉的氣體確定研究對象被封閉的氣體(滿足質(zhì)量不變

6、的條件滿足質(zhì)量不變的條件)；2.寫出氣體狀態(tài)的初態(tài)和末態(tài)狀態(tài)參量寫出氣體狀態(tài)的初態(tài)和末態(tài)狀態(tài)參量(p1，V1，T1)和和 ( p2，V2，T2)數(shù)字或表達(dá)式；數(shù)字或表達(dá)式；3.根據(jù)氣體狀態(tài)變化過程的特點，列出相應(yīng)的氣體公式根據(jù)氣體狀態(tài)變化過程的特點，列出相應(yīng)的氣體公式(本節(jié)課中就是玻意耳定律公式本節(jié)課中就是玻意耳定律公式)；4.將將2種各量代入氣體公式中，求解未知量；種各量代入氣體公式中，求解未知量；5.對結(jié)果的物理意義進(jìn)行討論對結(jié)果的物理意義進(jìn)行討論用氣體定律解題的步驟類型類型1.液體密封氣體液體密封氣體2.容器密封氣體容器密封氣體3.氣缸密封氣體氣缸密封氣體氣體壓強(qiáng)計算氣體壓強(qiáng)計算: :思

7、路思路方法方法步驟步驟1.定對象定對象2.分析力分析力3.用規(guī)律用規(guī)律整體整體部分部分缸體缸體活塞活塞密封氣體密封氣體靜態(tài)靜態(tài)F外外=0動態(tài)動態(tài)F外外=ma1 .計算的主要依據(jù)是液體靜止力學(xué)知識。計算的主要依據(jù)是液體靜止力學(xué)知識。液面下液面下h深處的壓強(qiáng)為深處的壓強(qiáng)為p= gh。液面與外界大氣相接觸。則對與大氣接觸的液柱或液面與外界大氣相接觸。則對與大氣接觸的液柱或者活塞受力分析，列方程。者活塞受力分析，列方程。帕斯卡定律：加在密閉靜止液體（或氣體）上的壓帕斯卡定律：加在密閉靜止液體（或氣體）上的壓強(qiáng)能夠大小不變地由液體（或氣體）向各個方向傳強(qiáng)能夠大小不變地由液體（或氣體）向各個方向傳遞（注意

8、：適用于密閉靜止的液體或氣體）遞（注意：適用于密閉靜止的液體或氣體） 連通器原理連通器原理：在連通器中，同一種液體（中間液體在連通器中，同一種液體（中間液體不間斷）的同一水平面上的壓強(qiáng)是相等的。不間斷）的同一水平面上的壓強(qiáng)是相等的。氣體壓強(qiáng)的計算方法（一）氣體壓強(qiáng)的計算方法（一）參考液片法參考液片法2.計算的方法步驟計算的方法步驟選取假想的一個液體薄片（其自重不計）為研究對選取假想的一個液體薄片（其自重不計）為研究對象象分析液體兩側(cè)受力情況，建立力的平衡方程，消去分析液體兩側(cè)受力情況，建立力的平衡方程，消去橫截面積，得到液片兩面?zhèn)鹊膲簭?qiáng)平衡方程橫截面積，得到液片兩面?zhèn)鹊膲簭?qiáng)平衡方程解方程，求得

9、氣體壓強(qiáng)解方程，求得氣體壓強(qiáng) 靜止靜止1234h已知大氣壓已知大氣壓P0，水銀柱長均為，水銀柱長均為h氣體壓強(qiáng)的計算方法（二）氣體壓強(qiáng)的計算方法（二）平衡條件法平衡條件法 求用固體（如活塞等）封閉在靜止容求用固體（如活塞等）封閉在靜止容器內(nèi)的氣體壓強(qiáng)，應(yīng)對固體（如活塞等）器內(nèi)的氣體壓強(qiáng)，應(yīng)對固體（如活塞等）進(jìn)行受力分析。然后根據(jù)平衡條件求解。進(jìn)行受力分析。然后根據(jù)平衡條件求解。567m SMMm SMm S 已知大氣壓已知大氣壓P0，水銀柱長均為，水銀柱長均為h氣體壓強(qiáng)的計算方法（三）氣體壓強(qiáng)的計算方法（三）運用牛頓定律計算氣體的壓強(qiáng)運用牛頓定律計算氣體的壓強(qiáng) 當(dāng)封閉氣體的所在的系統(tǒng)處于力學(xué)非

10、平衡當(dāng)封閉氣體的所在的系統(tǒng)處于力學(xué)非平衡狀態(tài)時，欲求封閉氣體壓強(qiáng)，首先要選擇狀態(tài)時，欲求封閉氣體壓強(qiáng)，首先要選擇 恰恰當(dāng)?shù)膶ο螅ㄈ缗c氣體相關(guān)的液體、活塞等）當(dāng)?shù)膶ο螅ㄈ缗c氣體相關(guān)的液體、活塞等）并對其進(jìn)行正確的受力分析（特別注意分析并對其進(jìn)行正確的受力分析（特別注意分析內(nèi)外的壓力）然后應(yīng)用牛頓第二定律列方程內(nèi)外的壓力）然后應(yīng)用牛頓第二定律列方程求解。求解。不計一切摩擦不計一切摩擦89 FmSM自由下滑自由下滑已知大氣壓已知大氣壓P0，水銀柱長均為，水銀柱長均為h【例例1 1】如圖如圖8-3-18-3-1所示的所示的( (甲甲) )、( (乙乙) )、( (丙丙) )、( (丁丁) )中中玻璃管

11、中都灌有水銀，分別求出四種情況被封閉氣體玻璃管中都灌有水銀，分別求出四種情況被封閉氣體A A的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)( (設(shè)大氣壓強(qiáng)為設(shè)大氣壓強(qiáng)為76cmHg)76cmHg)圖8-3-1有關(guān)壓強(qiáng)的計算有關(guān)壓強(qiáng)的計算【例例2 2】如圖所示，固定在水平地面上的氣缸如圖所示，固定在水平地面上的氣缸內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的氣體，活塞與氣缸內(nèi)壁接內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的氣體，活塞與氣缸內(nèi)壁接觸光滑且不漏氣，活塞的橫截面積觸光滑且不漏氣，活塞的橫截面積S=100cmS=100cm2 2，受到受到F F1 1=200N=200N水平向左的推力而平衡，此時，水平向左的推力而平衡，此時，缸內(nèi)氣體對活塞的平均壓力為缸內(nèi)氣體對活塞的平均壓

12、力為F F2 2=1200N=1200N，則缸，則缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p=( )Pap=( )Pa，缸外大氣壓強(qiáng)，缸外大氣壓強(qiáng)p p0 0=( )Pa.=( )Pa.圖8-3-2【解析解析】選擇活塞作為研究對象，分析受力，選擇活塞作為研究對象，分析受力，如圖所示，在豎直方向，活塞受重力和氣缸的如圖所示，在豎直方向，活塞受重力和氣缸的彈力平衡，在水平方向，活塞受到向左的推力彈力平衡，在水平方向，活塞受到向左的推力F F1 1和大氣壓力和大氣壓力F F0 0，向右受到被封閉氣體的壓力，向右受到被封閉氣體的壓力F F2 2. .圖8-3-3根據(jù)壓強(qiáng)的定義，缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)根據(jù)壓強(qiáng)的定義，缸內(nèi)氣體壓

13、強(qiáng) p=Fp=F2 2/S=1200/(100/S=1200/(1001010-4-4)Pa=1.2)Pa=1.210105 5Pa.Pa.由活塞受力平衡得由活塞受力平衡得F F2 2=p=p0 0S+FS+F1 1. . 大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng) p p0 0=(F=(F2 2-F-F1 1)/S)/S =(1200-200)/(100 =(1200-200)/(1001010-4-4)Pa=1.0)Pa=1.010105 5Pa.Pa.例例3 3 均勻均勻U U形玻璃管豎直放置，用水銀將一些空氣封形玻璃管豎直放置，用水銀將一些空氣封在在A A管內(nèi)，當(dāng)管內(nèi)，當(dāng)A A、B B兩管水銀面相平時，大氣壓強(qiáng)

14、支持兩管水銀面相平時，大氣壓強(qiáng)支持72cmHg72cmHgA A管內(nèi)空氣柱長度為管內(nèi)空氣柱長度為10cm10cm，現(xiàn)往，現(xiàn)往B B管中注管中注入水銀，當(dāng)兩管水銀面高度差為入水銀，當(dāng)兩管水銀面高度差為18 cm18 cm時，時，A A管中空管中空氣柱長度是多少？注入水銀柱長度是多少？氣柱長度是多少？注入水銀柱長度是多少？分析：如圖所示，由于水銀是不可分析：如圖所示，由于水銀是不可壓縮的，所以壓縮的，所以A A管水銀面上升高度管水銀面上升高度x x時時，B B管原水銀面下降同樣高度管原水銀面下降同樣高度x x那么，那么，當(dāng)當(dāng)A A、B B兩管水銀面高度差為兩管水銀面高度差為18cm18cm時，時，

15、在在B B管中需注入的水銀柱長度應(yīng)為管中需注入的水銀柱長度應(yīng)為(18+2x)cm(18+2x)cm7210s=（72+18）（10-x）s利用：利用：P1V1=P2V2問題與練習(xí)問題與練習(xí)一個足球的容積是一個足球的容積是2.5L,用打氣筒給這個足用打氣筒給這個足球打氣球打氣,每打一次就把每打一次就把1atm的空氣打進(jìn)去的空氣打進(jìn)去125ml,如果足球在打氣前就已是球形，內(nèi)部如果足球在打氣前就已是球形，內(nèi)部空氣壓強(qiáng)為空氣壓強(qiáng)為1atm,打了打了20次以后次以后,足球內(nèi)部空足球內(nèi)部空氣的壓強(qiáng)為氣的壓強(qiáng)為? 例例4. 某個容器的容積是某個容器的容積是10L，所裝氣體，所裝氣體的壓強(qiáng)是的壓強(qiáng)是20105Pa。如果溫度保持不。如果溫度保持不變，把容器的開關(guān)打開以后，容器里剩變，把容器的開關(guān)打開以后，容器里剩下的氣體是原來的百分之幾？設(shè)大氣壓下的氣體是原來的百分之