2022年人教版選修性必修第3冊(cè)高中物理同步講義：氣體的等溫變化（解析版）

第06講氣體的等溫變化

0目標(biāo)導(dǎo)航

課程標(biāo)準(zhǔn)課標(biāo)解讀

1.知道什么是等溫變化。

2.會(huì)測(cè)量氣體的壓強(qiáng)與體積，能作出氣體的p-V圖像、

1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解氣體實(shí)驗(yàn)定律。知道理P—；圖像，并通過(guò)圖像得出等溫情況下p、V的關(guān)系。

想氣體模型。

2.能用分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)解釋氣體壓3.知道玻意耳定律的內(nèi)容、表達(dá)式及適用條件。

強(qiáng)和氣體實(shí)驗(yàn)定律。4.能運(yùn)用玻意耳定律對(duì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析、計(jì)算。

5.了解p—「圖像、。一3圖像的物理意義。

冊(cè)”知識(shí)精講

知識(shí)點(diǎn)01實(shí)驗(yàn)：探究氣體等溫變化的規(guī)律

（一）等溫變化

一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，其壓強(qiáng)與體積變化時(shí)的關(guān)系.

（二）實(shí)驗(yàn)思路

在保證密閉注射器中氣體的質(zhì)量和溫度不變的條件下，通過(guò)改變密閉注射器中氣體的體積，由壓力表讀出

對(duì)應(yīng)氣體的壓強(qiáng)值，進(jìn)而研究在恒溫條件下氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系.

（三）實(shí)驗(yàn)器材

帶鐵夾的鐵架臺(tái)、注射器、柱塞（與壓力表密封連接）、壓力表、橡膠套、刻度尺.

（四）物理量的測(cè)量

1.如圖所示組裝實(shí)驗(yàn)器材.

2.利用注射器選取一段空氣柱為研究對(duì)象，注射器下端的開(kāi)口有橡膠套，它和柱塞一起把一段空氣柱封閉.

3.把柱塞緩慢地向下壓或向上拉，讀取空氣柱的長(zhǎng)度與壓強(qiáng)的幾組數(shù)據(jù).空氣柱的長(zhǎng)度1可以通過(guò)刻度尺

讀取，空氣柱的長(zhǎng)度1與橫截面積S的乘積就是它的體積V.空氣柱的壓強(qiáng)p可以從與注射器內(nèi)空氣柱相連

的壓力表讀取.

（五）數(shù)據(jù)分析

I.作P—V圖像

以壓強(qiáng)P為縱坐標(biāo)，以體積V為橫坐標(biāo)，用采集的各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，繪出等溫曲線，如圖所示.觀

察P—V圖像的特點(diǎn)看能否得出P、V的定量關(guān)系.

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2.作p一（圖像

以壓強(qiáng)P為縱坐標(biāo)，以（為橫坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn).如果P—；圖像中的各點(diǎn)位于過(guò)原點(diǎn)的同一條直線上,

就說(shuō)明壓強(qiáng)P跟"成正比，即壓強(qiáng)與體積成反比.如果不在同一條直線上，我們?cè)賴L試其他關(guān)系.

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V

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，其壓強(qiáng)與體積的倒數(shù)成正比.

（六）注意事項(xiàng)

1.改變氣體體積時(shí)，要緩慢進(jìn)行；

2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不要用手接觸注射器的外壁；

3.實(shí)驗(yàn)前要在柱塞上涂抹潤(rùn)滑油；

4.讀數(shù)時(shí)視線要與柱塞底面平行；

5.作p—；圖像時(shí)，應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)落在直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)均勻分布于直線兩側(cè)，偏離太大的點(diǎn)

應(yīng)舍棄掉。

【即學(xué)即練1】利用圖裝置驗(yàn)證氣體等溫變化實(shí)驗(yàn)規(guī)律，用一個(gè)帶兩根細(xì)管的橡皮塞塞緊燒瓶的瓶口，壓強(qiáng)

傳感器通過(guò)其中一根不帶閥門(mén)的細(xì)管連通燒瓶中的空氣，另一根帶閥門(mén)的細(xì)管連通注射器。開(kāi)始時(shí)閥門(mén)處

于關(guān)閉狀態(tài)，注射器針筒的最大刻度線到閥門(mén)之間充滿了水。實(shí)驗(yàn)時(shí)打開(kāi)閥門(mén)，緩慢推動(dòng)注射器活塞向燒

瓶?jī)?nèi)注入水。根據(jù)注射器刻度記錄注入水的體積匕同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)氣體的壓強(qiáng)/值，得到多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。利

用圖像法處理數(shù)據(jù)得到甲圖。

_______閥門(mén)____________

"［「丁丹/壓強(qiáng)傳感器］一）

數(shù)

據(jù)

采

集

器

甲乙

（1）甲圖中的縱坐標(biāo)為（填▽或十），利用甲圖中的數(shù)據(jù)可得燒瓶的體積為；

（2）通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的不斷完善，可準(zhǔn)確測(cè)出氣體的體積M,做出p—V圖像如圖乙，圖線在Vi、V2之間

所圍的面積的物理意義是；

（3）某同學(xué)在處理數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)乘積隨壓強(qiáng)p增大而變小，導(dǎo)致這個(gè)現(xiàn)象的原因是=

【答案】丫b氣體體積從V2減小到Vi過(guò)程中外界對(duì)氣體做的功的大?、傺b置出現(xiàn)漏氣，②環(huán)

境溫度降低

【解析】(1)口]設(shè)燒瓶的根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程

p(V0-V)=nRT

可得

V=V0-nRT-

P

則一定質(zhì)量的理想氣體發(fā)生等溫過(guò)程，丫-L圖像構(gòu)成線性函數(shù)，則甲圖中的縱坐標(biāo)為注入的體積V；

P

[2]圖像的縱截距表示燒瓶的體積，則

P

Vo=b

(2)[引由功的計(jì)算公式可知

W=Fl=pSl=pV

即py的乘積表示氣體體積變化時(shí)所做的功，圖線在打、上之間所圍的面積的物理意義表示：氣體體積從

L減小到山過(guò)程中外界對(duì)氣體做的功的大?。?/p>

(3)[4]某同學(xué)在處理數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)pM乘積隨壓強(qiáng)p增大而變小，即〃RT變小，導(dǎo)致這個(gè)現(xiàn)象的原因是①裝

置出現(xiàn)漏氣，②環(huán)境溫度降低。

知識(shí)點(diǎn)02氣體的等溫變化

玻意耳定律

1.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)P與體積v成反比；

2.公式：pV=C或pNi=p2V2

3.條件：氣體的質(zhì)量一定，溫度不變。

【知識(shí)拓展】

(一)封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算

1.取等壓面法

同種液體在同一深度向各個(gè)方向的壓強(qiáng)相等，在連通器中，靈活選取等壓面，利用同一液面壓強(qiáng)相等求解

氣體壓強(qiáng).如圖甲所示，同一液面C、D兩處壓強(qiáng)相等，故口=6+削；如圖乙所示，M、N兩處壓強(qiáng)相等，

從左側(cè)管看有PB=PA+Ph2,從右側(cè)管看，有PB=P?+Phl

z

A人

c

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A

自

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B

乙

甲

平衡法

2.力

壓強(qiáng)。

求氣體

件列式

平衡條

析，由

受力分

象進(jìn)行

研究對(duì)

液體為

汽缸或

活塞、

接觸的

閉氣體

選與封

定律

玻意耳

（二）

高,

度越

體，溫

的氣

質(zhì)量

一定

，對(duì)

有關(guān)

溫度

量、

類、質(zhì)

的種

氣體

C與

常量

C,該

P2V2=

l%=

義：P

的意

常量

1.

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越大

量C

則常

驟：

般步

的一

解題

定律

意耳

應(yīng)用玻

2.

件；

的條

定律

意耳

滿足玻

斷是否

并判

象，

究對(duì)

定研

（1）確

；

、V）

；pz

i、％

量（p

態(tài)參

及狀

狀態(tài)

、末

定初

（2）確

2

；

單位）

意統(tǒng)一

解.（注

程求

列方

定律

意耳

據(jù)玻

（3）根

。

說(shuō)明

斷和

的判

必要

作出

件，

含條

析隱

意分

（4）注

圖像

p—；

像或

-V圖

的p

變化

等溫

氣體

（三）

圖像

p-（

圖像

P-V

內(nèi)容

P

P

1

圖像

特點(diǎn)

0

0

V