2020-2021學(xué)年高中人教版物理選修3-3學(xué)案8.1氣體的等溫變化

第章氣

體〔情景切入〕空氣是地球上的動(dòng)植物生存的必要條件。動(dòng)物呼吸、植物光合作用都離不開空氣；大氣層可以使地球上的溫度保持相對(duì)穩(wěn)定，如果沒有大氣層，白天溫度會(huì)很高，而夜間溫度會(huì)很低；風(fēng)、云、雨、雪的形成都離不開大氣。假設(shè)沒有空氣，我們的地球上將是一片荒蕪的沙漠，沒有一絲生機(jī)。為更好地認(rèn)識(shí)我們賴以生存的空氣就需要掌握氣體的性質(zhì)和變化規(guī)律。〔知識(shí)導(dǎo)航〕本章知識(shí)是熱學(xué)部分的重要內(nèi)容，研究的是氣體實(shí)驗(yàn)三定律、理想氣體狀態(tài)方程以及對(duì)氣體熱現(xiàn)象的微觀解釋。本章可分為兩個(gè)單元：第一單元為前三節(jié)，介紹理想氣體的三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律和在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出的理想氣體狀態(tài)方程。第二單元為第四節(jié)，學(xué)習(xí)用分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律進(jìn)行具體和比較詳細(xì)的解釋。本章重點(diǎn)：理想氣體狀態(tài)方程。本章難點(diǎn)：氣體熱現(xiàn)象的微觀意?！矊W(xué)法指導(dǎo)〕本章的學(xué)習(xí)內(nèi)容，是分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)的一次具體應(yīng)用。學(xué)習(xí)本章知識(shí)，要注重兩個(gè)方面：一是通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)氣體的宏觀規(guī)律，并能靈活應(yīng)用這些規(guī)律解決氣體的狀態(tài)變化問題；二是能用分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)解釋這些規(guī)律。同時(shí)，對(duì)理想氣體這種理想化模型也要能從宏觀、微觀兩個(gè)角度加深理解?！舅仞B(yǎng)目標(biāo)定位】※※※【素養(yǎng)思維脈絡(luò)】

第節(jié)氣體等變掌握玻意耳定律的內(nèi)容、表達(dá)式及適用條件了解－圖象的物理意義

課預(yù)反知識(shí)點(diǎn)等溫變化．氣體的狀態(tài)參量研究氣體的性質(zhì)時(shí)常用氣體的溫___強(qiáng)和體積，這三個(gè)參量來(lái)描氣體的狀態(tài)。．等溫變化一定質(zhì)量的氣體，在_度不的條件下其壓強(qiáng)__體變化時(shí)的關(guān)系。知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)：探究等溫化的規(guī)律．實(shí)驗(yàn)器材如圖所示，有鐵架臺(tái)，帶壓力表的注射器、鐵夾等。．研究對(duì)象注射器內(nèi)__被封閉的一段空氣__．?dāng)?shù)據(jù)收集空氣柱的壓強(qiáng)p上方的_壓力表_讀出，積V用刻度尺上讀出的空氣柱長(zhǎng)度l乘以氣柱的__截面積S計(jì)算。用手把柱塞向下或向上拉，讀出體積與壓強(qiáng)的幾組值。．?dāng)?shù)據(jù)處理1以_壓強(qiáng)p__為縱坐標(biāo)，__體積的倒數(shù)__橫坐標(biāo)作出－圖。V．實(shí)驗(yàn)結(jié)論若p圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線。說(shuō)明壓跟體積的倒數(shù)正比，也就說(shuō)明壓跟V體積成_反_比。

1212知識(shí)點(diǎn)玻意耳定律．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)體積V成反__比。．公式＝或V＝__p__．適用條件氣體的質(zhì)量一定，溫度不變。知識(shí)點(diǎn)氣體等溫變化的－圖象為了直觀地描述壓強(qiáng)p跟積的系，通常建_－V坐標(biāo)系，如圖所示。圖線的形狀為_雙曲線。由于它描述的是溫度不變時(shí)的－關(guān)，因此稱它等溫線_一定質(zhì)量的氣體，不同溫度下的等溫線__同__。辨思『判一判』(1)玻意耳定律是英國(guó)科學(xué)家玻意和法國(guó)科學(xué)家馬略特各自通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的√)(2)公式C中的是量，指當(dāng)pV變時(shí)的不變?！?3)對(duì)于溫度不同、質(zhì)量不同、種不同的氣體值相同的()(4)在探究氣體的等溫變化實(shí)驗(yàn)中氣柱體積變化快慢對(duì)實(shí)驗(yàn)沒有影響×)(5)氣體等溫變化的p－圖是一條傾斜的直線。()(6)一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度持不變的情況下，壓強(qiáng)體積V成正比()『選一選』(多選)下列圖中，表壓強(qiáng)，表體積T為力學(xué)溫度，各圖中正確描述一定質(zhì)量的氣體是等溫變化的()解析：BCDA『想一想』

A0hA0hA0A0hA0hA0hA0hBh借助鉛筆，把氣球塞進(jìn)一只瓶子里，并拉出氣球的吹氣口，反扣在瓶口上，如圖所示，然后給氣球吹氣，無(wú)論怎么吹，氣球不過(guò)大了一點(diǎn)，想把氣球吹大，非常困難，為什么？答案：由題意“吹氣口反扣在瓶上”可知瓶?jī)?nèi)封閉著一定質(zhì)量的空氣。當(dāng)氣球稍吹大時(shí)，瓶?jī)?nèi)空氣的體積縮小，根據(jù)氣體壓強(qiáng)、體積的關(guān)系，空氣的壓強(qiáng)增大，阻礙了氣球的膨脹，因而再要吹大氣球是很困難的。課互探探究封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算┃┃思考討論__如圖所示玻管中都灌有水銀水銀柱都處在平衡狀態(tài)氣壓相當(dāng)于76cm高水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)。(1)靜止或勻速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中氣體的強(qiáng)，一般采用什么方法求解？(2)圖中被封閉氣體A的強(qiáng)各是多少？提示選與封閉氣體接觸的(或活塞、汽)為研究對(duì)象進(jìn)行受力分列衡方程求氣體壓強(qiáng)。(2)①p＝p－＝②p＝p－＝③p＝p＋＝(76×sin30°)cmHg④p＝p－＝＝－＝66┃┃歸納總結(jié)_■．容器靜止時(shí)求封氣體的壓強(qiáng)(1)求由液體封閉的氣體壓強(qiáng)，應(yīng)擇最低液面列壓強(qiáng)平衡方程。(2)在考慮與氣體接觸的液柱所產(chǎn)的附加壓強(qiáng)時(shí)別意液柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)中h是表示豎直高度(不是傾斜長(zhǎng)度)。(3)連通器原理：在連通器中同一中間液體不間斷)的同一水平液面上壓強(qiáng)相等的。求固體封閉(如缸或活塞封閉氣的壓強(qiáng)，應(yīng)對(duì)此固體氣或活塞)進(jìn)受力分

00000000析，列合力平衡方程。．容器加速時(shí)求封氣體的壓強(qiáng)恰當(dāng)?shù)剡x擇研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析，然后依據(jù)牛頓第二定律列式求封閉氣體的壓強(qiáng)，把求解壓強(qiáng)問題轉(zhuǎn)化為動(dòng)力學(xué)問題求解。特別提醒┃┃典例剖析_■典例山東省淄川中學(xué)高二下學(xué)期段如圖所示，一個(gè)橫截面積為S的筒形容器豎直放置，金屬圓板的上表面是水平的，下表面是傾斜的，下表面與水平面的夾角為θ，圓板的質(zhì)量為M，不計(jì)圓板與容器內(nèi)壁的摩擦。若大氣壓強(qiáng)p，被圓板封閉在容器中的氣體的壓強(qiáng)等于D)＋MgθAScosθC．＋0

MgB．＋θθMgD．p＋0解題指導(dǎo)當(dāng)液體或固體活塞)封閉一部分氣體，而且處平衡狀態(tài)時(shí)，確定氣體的壓強(qiáng)，可以以封閉氣體的液體或固定為研究對(duì)象，分析其受力情況，由平衡條件列出方程，從而求得氣體的壓強(qiáng)。解析：S·cosMgpSθMg0S┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練_■如圖所的是醫(yī)院用于靜脈滴注的裝置示意圖，倒置的輸液瓶上方有一氣室A，密封的瓶口處的軟木塞上插有兩根細(xì)管中管與大氣相通為輸液軟管間又有一氣室，

A0BAABBA1A0BAABBA1221122而其c端通過(guò)針頭接人體靜脈。若室A、B中壓強(qiáng)分別為p、p則們與外界大氣壓強(qiáng)間的大關(guān)系應(yīng)為>p__當(dāng)液瓶懸掛高度與輸液軟管內(nèi)徑確定的情下，藥液滴注的速度是__恒定_填“越滴越快”、“越滴越慢”或“恒定)解析<pp>p>p>p(2)a探究玻意耳定律┃┃思考討論__在一個(gè)恒溫池中，一串串氣泡由池底慢慢升到水面，有趣的是氣泡在上升過(guò)程中，體積逐漸變大，到水面時(shí)就會(huì)破裂。請(qǐng)思考：(1)上升過(guò)程中，氣泡內(nèi)氣體的溫發(fā)生改變嗎？(2)上升過(guò)程中，氣泡內(nèi)氣體的壓怎么改變？(3)氣泡在上升過(guò)程中體積為何會(huì)大？提示：(1)為在恒溫池中，所以氣泡內(nèi)氣體的溫度保持不變。(2)變小。(3)由玻意耳定律pV＝C可，壓強(qiáng)變小，氣體的體積增大。┃┃歸納總結(jié)_■．表達(dá)式V＝，VpV。V122式中，p，V和p，V分表示一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時(shí)處于不同的兩個(gè)狀態(tài)中的壓強(qiáng)和體積。

2112111．適用條件(1)一定質(zhì)量的氣體，且氣體保持度不變。(2)壓強(qiáng)不太大，溫度不太低。．氣體等溫變化的種圖象兩種圖象內(nèi)容圖象特點(diǎn)物理意義

p圖象V一定質(zhì)量的氣體，溫度不變時(shí)pV＝恒量p與V成比p與就成正比，在V－圖的等溫線應(yīng)是過(guò)原點(diǎn)的直線V

p圖一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下p與V成比，因此等溫過(guò)程的－V圖是雙曲線的一支一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，氣溫度高低

直線的斜率為V的積越，體壓與體積的乘積必然越大，乘越大，溫度就越高，圖中T在pV圖的等溫線就越高中TT利用玻耳定律解題的基本思路(1)明確研究對(duì)象根據(jù)題意確定所研究的氣體，質(zhì)量不變，溫度不變，有時(shí)氣體的質(zhì)量發(fā)生變化時(shí)，需通過(guò)設(shè)想，把變質(zhì)量轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量，才能應(yīng)用玻意耳定律。(2)明確狀態(tài)參量即找出氣體狀態(tài)變化前后的兩組、值(3)列方程、求解因?yàn)槭潜壤剑?jì)算中只需使相應(yīng)p、p及V、的單位統(tǒng)一，不一定用國(guó)際單位制的單位。檢結(jié)果，在等溫變化中，有時(shí)列方程求解會(huì)得到兩個(gè)結(jié)果，應(yīng)通過(guò)合理性的檢驗(yàn)決定取舍。┃┃典例剖析_■典例農(nóng)常用來(lái)噴射農(nóng)藥的壓縮噴霧器的結(jié)構(gòu)如圖所示的積為L(zhǎng)裝入藥液后，藥液上方體積為L(zhǎng)，關(guān)閉閥門K，打氣筒每打進(jìn)105求：

的氣250cm

。

000100110001010000100110001010(1)要使藥液上方氣體的壓強(qiáng)為4×10

Pa，打氣筒活塞應(yīng)打幾？(2)當(dāng)A中4Pa的氣后，打開閥門K可射藥液，直到不能噴射時(shí)，噴射器剩余多少體積的藥液。解題指導(dǎo)：向噴霧器容器A中打氣，是一個(gè)等溫壓縮過(guò)程。按實(shí)際情況，在A中入藥液后，藥液上方必須留有空間，而已知有5的空氣1.5L，把這部分空氣和歷次打入的空氣一起作為研究對(duì)象，變質(zhì)量問題便轉(zhuǎn)化成了定質(zhì)量問題。向A中入空氣后，打開閥門K噴射藥液中氣則經(jīng)歷了一個(gè)等溫膨脹過(guò)程根據(jù)兩過(guò)程中氣體的初、末狀態(tài)量，運(yùn)用玻意耳定律，便可順利求解本題。解析(1)AAnAV)pp105×250×10(2)KAVV′×105V′×LL105V′7.5L1.5L答案：(1)18L┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練_■．湖北省部分重點(diǎn)高中高二下學(xué)期期)如圖，水平放置的導(dǎo)熱氣缸導(dǎo)熱活塞隔成左右兩部分兩分氣體和b為種理想氣體活靜止時(shí)到左右兩側(cè)的距離之比為∶，活塞質(zhì)量為、面積為S，活塞可無(wú)摩擦左右移動(dòng)。在把氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)度在上、在下，結(jié)果活塞正好在氣缸中間。已知?dú)怏w溫度始終不變，求開始時(shí)氣體a的強(qiáng)是多少？答案：

1111解析apbmgba22d3pSdpbpS·2pS1222p12核素提探究氣體等溫變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)．保證氣體質(zhì)量不變的方法：實(shí)驗(yàn)前在柱塞上涂好潤(rùn)滑油，以免漏氣。．保證氣體溫度不變的方法：(1)改變氣體體積時(shí)，要緩慢進(jìn)行(2)實(shí)驗(yàn)操作時(shí)不要觸摸注射器的氣柱部分。．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：用－圖處理數(shù)據(jù)時(shí)，得到的圖線是雙曲線；用p圖象處理數(shù)V據(jù)時(shí)，得到的圖線是過(guò)原點(diǎn)的直線，圖線的斜率等于pV，且保持不變。案例(2020·上市建平中學(xué)高二下學(xué)期期用DIS究一定質(zhì)量氣體在溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)與體積關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)步驟如下：把射器活塞移至注射器中間位置，將注射器與壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)逐一連接。(2)移動(dòng)活塞，記錄注射器的刻度，時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的由計(jì)算機(jī)顯示的氣體壓強(qiáng)值。(3)用V－圖象理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出如圖乙所示的圖線。①為了保持封閉氣體的質(zhì)量不變，實(shí)驗(yàn)中采取的主要措施是在射器活塞上涂潤(rùn)滑油。②為了保持封閉氣體的溫度不變，實(shí)驗(yàn)中采取的主要措施是移活塞要緩慢__和_能用手握住注射器封閉氣體部。(3)如果實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范正確但如圖示的－圖線過(guò)原點(diǎn)V代_注射器與壓強(qiáng)0

001010221001010221121傳感器連接部位的氣體體__解析：(1)(3)課鞏達(dá)．湖北省武漢市高二下學(xué)期期中聯(lián)如圖，豎直放置、開口向下的試管內(nèi)用水銀封閉一段氣體，若試管自由下落，管內(nèi)氣()A壓強(qiáng)增大，體積增大B壓強(qiáng)增大，體積減小C．強(qiáng)減小，體積增大D．強(qiáng)小，體積減小解析：GSpSGpSpSp>>B．山東省昌樂二中高二下學(xué)期檢)如圖所示，由導(dǎo)熱材料制成的氣和活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在氣缸內(nèi)，活塞與氣缸壁之間無(wú)摩擦，活塞上方存有少量液體。將一細(xì)管插入液體，由于虹吸現(xiàn)象，活塞上方液體緩慢流出，在此過(guò)程中，大氣壓強(qiáng)與外界的溫度保持不變。下列各個(gè)描述理想氣體狀態(tài)變化的圖象中與上述過(guò)程相符合的D)

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