【高中物理】氣體的等溫變化 高中物理同步備課（人教版2019選擇性必修第三冊）

第2節(jié)氣體的等溫變化第二章

人教版

選擇性必修第三冊探究氣體等溫變化的規(guī)律01氣體的等溫變化規(guī)律02典例分析03新課導入在慶典活動中放飛的氣球，會飛到我們看不見的地方。隨著氣球的升空，大氣壓在減小，溫度在降低，氣球在膨脹......看來，一定質量的氣體的壓強、體積和溫度三個狀態(tài)參量之間是有聯(lián)系的。那么，它們會有怎樣的聯(lián)系呢？想一想熱氣球、輪胎中氣體的壓強、體積、溫度三個物理量之間會有聯(lián)系嗎？復習：氣體的狀態(tài)參量（P、V、T）3、溫度2、體積1、壓強熱力學溫度T：開爾文T=t＋273K體積V單位：有m3、L、mL等壓強p單位：Pa（帕斯卡）多變量問題，如何研究？——控制變量法

探究氣體等溫變化的規(guī)律PART01等溫變化01（2）說明：氣體的狀態(tài)參量（P、V、T），三個量中有兩個或三個都發(fā)生了變化，氣體狀態(tài)就發(fā)生了改變。（1）定義：一定質量的氣體，在溫度不變的條件下其壓強與體積的變化。我們把這種變化叫做等溫變化。（m不變；T不變）想一想三個狀態(tài)參量中可以只變化一個嗎？PV=nRT（克拉伯龍方程）P:atmV:LR=0.082P:PaV:m3R=8.31探究氣體等溫變化的規(guī)律02（1）定性研究健身球自然放地面上時，手摸球的觸感——很軟；一個人壓在健身球上面，手摸球的觸感——很硬。能吹起氣球嗎？將針筒的細口堵上，用力向里壓柱塞，越往里壓會有什么感覺？結論：質量一定的氣體，體積越小，壓強越大?！緦嶒炈悸贰浚?）定量研究針對氣體的研究，我們可以先選定一個熱力學系統(tǒng)，比如一定質量的空氣，在溫度不變的情況下，測量氣體在不同體積時的壓強，再分析氣體壓強與體積的關系。利用注射器選取一段空氣柱為研究對象，如圖,注射器下端的開口有橡膠套，它和柱塞一起把一段空氣柱封閉。在實驗過程中，一方面讓空氣柱內氣體的質量不變;另一方面，讓空氣柱的體積變化不要太快，保證溫度不發(fā)生明顯的變化。①讓空氣柱的體積變化不要太快（緩慢拉動活塞，容器透熱）1、選定一個熱力學系統(tǒng)：注射器內一定質量的氣體.①柱塞上涂上潤滑油（凡士林）②不能用手觸摸玻璃管，環(huán)境恒溫。2、實驗要求：⑴保證氣體質量一定——不漏氣。②注射器下端的開口有橡膠套⑵保證溫度不發(fā)生明顯的變化。（2）定量研究實驗實驗目的：在溫度保持不變時，研究一定質量氣體的壓強P和體積V的關系實驗方法：控制變量法實驗器材：鐵架臺、注射器、刻度尺、壓力表(壓強表)等，注射器下端用橡膠塞密封，上端用柱塞封閉一段空氣柱想一想①研究的是哪一部分氣體?注射器內一定質量的氣體.②怎樣保證氣體質量不變?柱塞上涂上潤滑油（凡士林）——主要是防止漏氣，不是為了減小摩擦，該裝置即使有摩擦，也不影響實驗結果。③如何保證封閉氣體的溫度不變?不能用手觸摸玻璃管，緩慢拉動活塞，環(huán)境恒溫，容器透熱④如何測V?測量空氣柱的長度L，V=空氣柱長度L×

空氣柱的橫截面積S⑤如何測量P？壓力表讀出,穩(wěn)定后再讀數(shù)物理量的測量從壓力表讀取。壓強p：因為橫截面積S一定，以空氣柱的長度l代表氣體的體積。體積V：讀數(shù)次數(shù)543初始26壓強（×105Pa）體積(單位體積)

2.001.002.250.851.521.29

1.251.651.002.002.500.80空氣柱的長度l可以通過刻度尺讀取，空氣柱的長度l與橫截面積S的乘積就是它的體積V?？諝庵膲簭妏可以從與注射器內空氣柱相連的壓力表讀取。實驗視頻數(shù)據(jù)分析溫度不變時壓強與體積的關系想一想1）在這個實驗中，為了找到體積與壓強的關系，是否一定要測量空氣柱的橫截面積？2）用刻度尺檢查可以發(fā)現(xiàn)，玻璃管外側的刻度盡管是均勻的，但并非準確的等于1cm,2cm,3cm……這對實驗結果的可靠性是否有影響？V1:V2=SL1:SL2=L1:L2無影響。因為刻度均勻，所以L1:L2即長度比就等于刻度標識的讀數(shù)比，不受影響由于注射器是圓柱形的，橫截面積不變，所以只需測出空氣柱的長度即可3)實驗中如何保證氣體溫度不變？①改變氣體體積時，要緩慢進行，等穩(wěn)定后再讀出氣體壓強，以防止氣體體積變化太快，氣體的溫度發(fā)生變化．②實驗過程中，不用手接觸注射器的圓筒以防止圓筒從手上吸收熱量，引起內部氣體溫度變化.思考與討論

理論分析：誤差來源：注射器與傳感器相連部分的體積沒有考慮。減小誤差的方法應該使用較大的注射器，在實驗過程中，氣體的體積不宜壓得太小，這樣使那一部分的體積可以忽略不計。實驗視頻氣體的等溫變化規(guī)律PART02玻意耳定律一定質量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強P跟體積V成反比。1、內容：2、表達式：

研究對象:一定質量的氣體適用條件:溫度保持恒定適用范圍:溫度不太低（與室溫相比），壓強不太大（與大氣壓相比）其中P1，V1和P2，V2分別表示氣體在1，2兩個狀態(tài)下的壓強和體積C與氣體的種類、質量、溫度有關。（

PV=C=nRT

）對一定質量的某種氣體：溫度不變，C不變；對一定質量的某種氣體：溫度越高，C越大．玻意耳定律又叫玻馬定律，英國物理學家玻意耳和法國物理學家馬略特各自通過實驗發(fā)現(xiàn)。相當于大氣壓幾倍的壓強都可以算作“壓強不太大”，零下幾十攝氏度的溫度也可以算作“溫度不太低”。P-V圖（等溫線）1.P-V圖：一定質量的理想氣體，在溫度不變的情況下P與V成反比，因此P-V圖像的形狀為雙曲線的一支。它描述的是溫度不變時的p

--V關系，稱為等溫線。面積：S=PV=C=nRTVp0等溫線對一定質量的某種氣體，溫度不變,C不變；溫度越高，C越大．T1T2特點：（1）每條等溫線上氣體各狀態(tài)溫度相同；（2）溫度越高等溫線離坐標軸或原點越遠（T1<T2）；（3）一定質量的氣體，不同溫度下的等溫線是不同的。【想一想】為什么體積相同，壓強大的溫度高?因為溫度高，分子運動劇烈，撞擊容器壁。

特點：（1）斜率越大，PV乘積越大，溫度越高。（2）一定質量氣體，不同溫度下的等溫線是不同的。T1T2p1/V0斜率：K=P/(1/V)=PV=C等溫線T1<T2氣體體積一定時，分子的數(shù)密度一定；溫度越高，分子無規(guī)則運動越劇烈，氣體壓強越大。所以T1<T2。做一做用傳感器探究氣體等溫變化的規(guī)律如圖，研究對象是注射器中的空氣柱。氣體壓強傳感器通過塑料管與注射器相連。由注射器壁上的刻度可以讀出氣體的體積V;由壓強.傳感器測得的壓強值p在計算機屏幕上可以實時顯示。這樣就可以獲得不同體積時氣體壓強的數(shù)值。由計算機作出氣體的p-V圖像，就可以判斷p與V是否具有反比例函數(shù)的關系。做一做用傳感器探究氣體等溫變化的規(guī)律實驗視頻實驗視頻數(shù)據(jù)分析讀數(shù)次數(shù)12345壓強/KPa體積/ml

1284.901472.806159.40

8124.8010101.10判一判(1)玻意耳定律是英國科學家玻意耳和法國科學家馬略特各自通過實驗發(fā)現(xiàn)的。 (

)(2)公式pV＝C中的C是常量，指當p、V變化時C的值不變。 (

)(3)對于溫度不同、質量不同、種類不同的氣體，C值是相同的。 (

)(4)在探究氣體的等溫變化實驗中空氣柱體積變化快慢對實驗沒有影響。

(

)(5)氣體等溫變化的p－V圖象是一條傾斜的直線。 (

)(6)一定質量的某種氣體，在溫度保持不變的情況下，壓強p與體積V成正比。 (

)√×××××做一做(多選)下列圖中，p表示壓強，V表示體積，T為熱力學溫度，各圖中正確描述一定質量的氣體是等溫變化的是(

)解析：氣體的等溫變化指的是一定質量的氣體在溫度不變的情況下，氣體壓強與體積成反比，BC正確，D錯誤；溫度不變，A正確。ABC

想一想借助鉛筆，把氣球塞進一只瓶子里，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，無論怎么吹，氣球不過大了一點，想把氣球吹大，非常困難，為什么？答案：由題意“吹氣口反扣在瓶口上”可知瓶內封閉著一定質量的空氣。當氣球稍吹大時，瓶內空氣的體積縮小，根據(jù)氣體壓強、體積的關系，空氣的壓強增大，阻礙了氣球的膨脹，因而再要吹大氣球是很困難的。思考與討論在一個恒溫池中，一串串氣泡由池底慢慢升到水面，有趣的是氣泡在上升過程中，體積逐漸變大，到水面時就會破裂。請思考：(1)上升過程中，氣泡內氣體的溫度發(fā)生改變嗎？(2)上升過程中，氣泡內氣體的壓強怎么改變？(3)氣泡在上升過程中體積為何會變大？提示：(1)因為在恒溫池中，所以氣泡內氣體的溫度保持不變。(2)變小。(3)由玻意耳定律pV＝C可知，壓強變小，氣體的體積增大。課堂小結氣體的等溫變化探究氣體等溫變化的規(guī)律定性研究定量研究氣體的等溫變化規(guī)律

T1T2Vp0典例分析PART03小試牛刀1．某同學用如圖所示裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律。關于該實驗的操作，下列說法正確的是（）A．柱塞上涂油的目的是為了減小摩擦，便于推拉柱塞B．柱塞與注射器之間的摩擦不影響壓強的測量C．為了方便推拉柱塞，應用手握緊注射器再推拉柱塞D．實驗中，為找到體積與壓強的關系，需要測量柱塞的橫截面積B小試牛刀2、如圖所示是一定質量的某種氣體狀態(tài)變化的p－V圖象，氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中，氣體分子平均速率的變化情況是(

)A.一直保持不變B.一直增大C.先減小后增大D.先增大后減小DC小試牛刀3、用注射器做“探究氣體等溫變化規(guī)律”的實驗中，取幾組p、V值后，用p作縱坐標，1/V作橫坐標，畫出p－1/V圖象是一條直線，把這條直線延長后未通過坐標原點，而與橫軸相交，如圖所示，可能的原因是()A．各組的取值范圍太小B．堵塞注射器小孔的橡膠套漏氣C．在實驗中用手握住注射器而沒能保持溫度不變D．壓強的測量值偏小D小試牛刀4、(多選)如圖所示為一定質量的氣體在不同溫度下的兩條p-圖線。由圖可知(

)A.一定質量的氣體在發(fā)生等溫變化時,其壓強與體積成正比B.一定質量的氣體在發(fā)生等溫變化時,其p-圖線的延長線經過坐標原點C.T1>T2D.T1<T2BD小試牛刀5、某同學用同一個注射器做了兩次驗證玻意耳定律的實驗，操作完全正確，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)卻在p、V圖上畫出了兩條不同的雙曲線如圖所示，造成這種情況的可能原因是（

）①兩次實驗中空氣質量不同②兩次實驗中溫度不同③兩次實驗中保持空氣質量、溫度相同，但所取的氣體壓強的數(shù)據(jù)不同④兩次實驗中保持空氣質量、溫度相同，但所取的氣體體積的數(shù)據(jù)不同A．①②B．②④C．②③D．①②④A小試牛刀6、如圖所示,一端開口、另一端封閉的玻璃管內用水銀柱封閉一定質量的氣體,保持溫度不變,把管子以封閉端為圓心,從開口向上的豎直位置逆時針緩慢轉到水平位置的過程中,可用來說明氣體狀態(tài)變化的p-V圖像是 (

)C小試牛刀7、(多選)如圖所示,p表示壓強,V表示體積,T為熱力學溫度,圖中正確描述一定質量的氣體發(fā)生等溫變化的是 (

)AB小試牛刀8、某個容器的容積是10L，所裝氣體的壓強是20×105Pa。如果溫度保持不變，把容器的開關打開以后，經過足夠長時間，容器里剩下的氣體是原來的百分之幾？設大氣壓是1.0×105Pa.解析：初態(tài)

p1=20×105PaV1=10LT1=T剩下的氣體為原來的分析：由題意可知，打開開關后氣體的壓強等于外界大氣壓。本題解題的關鍵不是氣體狀態(tài)的確定，而是研究對象的選取。末態(tài)

p2=1.0×105PaV2=？LT2=T由玻意耳定律

p1V1=p2V2得V2=200L就容器而言，里面氣體質量變了，但可視容器中氣