高中 物理 必修第三冊 2 第二章 氣體、固體和液體《第2節(jié) 氣體的等溫變化》課件

物理第二章氣體、固體和液體第2節(jié)氣體的等溫變化01必備知識素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達標[學習目標]1．理解一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下壓強與體積的關(guān)系。2．學會通過實驗的方法研究問題，探究物理規(guī)律，學習用電子表格與圖像對實驗數(shù)據(jù)進行處理與分析，體驗科學探究過程。3．理解氣體等溫變化的p－V圖像的物理意義。4．學會用玻意耳定律計算有關(guān)問題。知識點1等溫變化一定質(zhì)量的氣體，在____________的條件下，其壓強與______變化時的關(guān)系。溫度不變體積知識點2實驗：探究氣體等溫變化的規(guī)律1．實驗器材如圖所示，有鐵架臺、帶壓力表的注射器、鐵夾等。2．研究對象注射器內(nèi)___________________________。3．數(shù)據(jù)收集空氣柱的壓強p由上方的_________讀出，

體積V用刻度尺上讀出的空氣柱的_______乘以空氣柱的_____________計算。用手把柱塞緩慢地向下或向上拉，讀出體積與壓強的幾組數(shù)據(jù)。被封閉的一段空氣柱壓力表長度l橫截面積S壓強p正反知識點3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p與體積V成___比。2．公式__＝C，式中C為常量，或p1V1＝______，其中p1、V1和p2、V2分別表示氣體在不同狀態(tài)下的壓強和體積。3．適用條件氣體的質(zhì)量一定，溫度不變。反pVp2V2[判一判]1．(1)在探究氣體的等溫變化實驗中空氣柱體積變化的快慢對實驗沒有影響。(

)(2)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。(

)(3)公式pV＝C中的C是常量，指當p、V變化時C的值不變。(

)(4)對于溫度不同、質(zhì)量不同、種類不同的氣體，C值是相同的。(

)×√××知識點4氣體等溫變化的p－V圖像為了直觀地描述壓強p跟體積V的關(guān)系，通常建立_____坐標系，如圖所示。圖線的形狀為_________。由于它描述的是溫度不變時的p－V關(guān)系,因此稱它為等溫線。一定質(zhì)量的氣體，不同溫度下的等溫線是______的。p－V雙曲線不同[判一判]2．(1)氣體等溫變化的p－V圖像是一條傾斜的直線。(

)(2)一定質(zhì)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。(

)××1．(封閉氣體壓強的計算)如圖所示，U形管封閉端內(nèi)有一部分氣體被水銀封住。已知大氣壓強為p0，封閉部分氣體的壓強p(以汞柱為單位)為(

)A．p0＋ph2

B．p0－ph1C．p0－(ph1＋ph2)D．p0＋(ph2－ph1)√√√√探究一探究氣體等溫變化的規(guī)律1．實驗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，通過改變密閉注射器中氣體的體積，由壓力表讀出對應(yīng)的氣體的壓強值，進而研究在恒溫條件下氣體的壓強與體積的關(guān)系。2．實驗器材帶鐵夾的鐵架臺、注射器、柱塞、壓力表、橡膠套、刻度尺。3．物理量的測量(1)如圖1所示組裝實驗器材。(2)利用注射器選取一段空氣柱為研究對象，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。(3)把柱塞緩慢地向下壓或向上拉,讀取空氣柱的長度與壓強的幾組數(shù)據(jù)?？諝庵拈L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(nèi)空氣柱相連的壓力表讀取。4．數(shù)據(jù)分析(1)作p－V圖像以壓強p為縱坐標，以體積V為橫坐標，用采集的各組數(shù)據(jù)在坐標紙上描點，繪出等溫曲線，如圖2所示，觀察p－V

圖像的特點看能否得出p、V的定量關(guān)系。(3)實驗結(jié)論：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，其壓強與體積的倒數(shù)成正比。【例1】某實驗小組用如圖所示的裝置探究氣體做等溫變化的規(guī)律。已知壓力表通過細管與注射器內(nèi)的空氣柱相連，細管隱藏在柱塞內(nèi)部未在圖中標明。壓力表中讀取空氣柱的壓強，從注射器旁的刻度尺中讀取空氣柱的長度。(1)為了保持封閉氣體的質(zhì)量不變，實驗中采取的主要措施是___________________________________________________________________________________________________________________________；(2)實驗過程中，下列說法正確的是________；A．推拉柱塞時，動作要快，以免氣體進入或漏出B．推拉柱塞時，手不可以握住整個注射器C．柱塞移至某位置時，應(yīng)迅速記錄此時注射器內(nèi)氣柱的長度和壓力表的示數(shù)√√[解析]

(1)為了保持封閉氣體的質(zhì)量不變，實驗中采取的主要措施是給柱塞涂上潤滑油防止漏氣。(2)若急速推拉柱塞，則有可能造成等溫條件不滿足的現(xiàn)象，所以應(yīng)緩慢推拉柱塞，故A錯誤；手握注射器會使溫度變化，故B正確；應(yīng)等狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄此時注射器內(nèi)氣柱的長度和壓力表的示數(shù)，故C錯誤。(3)圖像發(fā)生了彎曲，說明在實驗中溫度發(fā)生了變化，因圖像向上彎曲，故溫度升高了。[針對訓(xùn)練1]圖1為“研究一定質(zhì)量的氣體在溫度不變的情況下，壓強與體積的關(guān)系”實驗裝置,實驗步驟如下：√(4)若某同學整個過程操作正確，則隨著V的增加，p、V乘積會________(選填“變大”“不變”或“變小”)。解析：(1)為了保持封閉氣體的溫度不變，實驗中采取的主要措施是緩慢移動活塞和不用手握住注射器的封閉氣體部分，這樣能保證裝置與外界溫度一樣；答案：(1)緩慢移動活塞不用手握住注射器的封閉氣體部分(2)注射器與壓強傳感器連接部位的氣體體積(3)B

(4)變大探究二封閉氣體壓強的計算1．靜止或勻速運動系統(tǒng)中壓強的計算方法(1)參考液片法：選取假想的液體薄片(自身重力不計)為研究對象，分析液片兩側(cè)受力情況，建立受力平衡方程消去面積，得到液片兩側(cè)壓強相等，進而求得氣體壓強。例如，圖中粗細均勻的U形管中封閉了一定質(zhì)量的氣體A，在其最低處取一液片B，由其兩側(cè)受力平衡可知(pA＋ph0)S＝(p0＋ph＋ph0)S，即pA＝p0＋ph。(2)力平衡法：選取與封閉氣體接觸的液柱(或活塞、汽缸)為研究對象進行受力分析，由F合＝0列式求氣體壓強。(3)連通器原理：在連通器中，同一種液體(中間液體不間斷)的同一水平液面上的壓強相等，如圖中同一液面C、D處壓強相等，pA＝p0＋ph?！獭蘙針對訓(xùn)練2]有一段12cm長的汞柱，在均勻玻璃管中封住一定質(zhì)量的氣體，若開口向上將玻璃管放置在傾角為30°的光滑斜面上，在玻璃管下滑過程中被封氣體的壓強為(大氣壓強p0＝76cmHg)

(

)A．76cmHg

B．82cmHgC．88cmHg D．70cmHg√解析：水銀柱所處的狀態(tài)不是平衡狀態(tài)，因此不能用平衡條件來處理。水銀柱的受力分析如圖所示，因玻璃管和水銀柱組成的系統(tǒng)的加速度a＝gsinθ，所以對水銀柱由牛頓第二定律得：p0S＋mgsinθ－pS＝ma，故p＝p0＝76cmHg。[針對訓(xùn)練3]如圖所示，活塞的質(zhì)量為m，缸套的質(zhì)量為M，通過彈簧吊在天花板上，汽缸內(nèi)封住一定質(zhì)量的氣體，缸套和活塞間無摩擦，活塞面積為S，大氣壓強為p0，重力加速度為g，則封閉氣體的壓強為(

)√探究三玻意耳定律的應(yīng)用1．成立條件：玻意耳定律p1V1＝p2V2是實驗定律,只有在氣體質(zhì)量一定、溫度不變的條件下才成立。2．思路和方法(1)確定研究對象，并判斷其是否滿足玻意耳定律成立的條件。(2)確定始、末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1、V1、p2、V2)。(3)根據(jù)玻意耳定律列方程p1V1＝p2V2，代入數(shù)值求解(注意各狀態(tài)參量要統(tǒng)一單位)。(4)有時要檢驗結(jié)果是否符合實際，對不符合實際的結(jié)果要舍去?！纠?】如圖為氣壓式保溫瓶的原理圖，保溫瓶內(nèi)水面與出水口的高度差為h，瓶內(nèi)密封空氣體積為V，設(shè)水的密度為ρ，大氣壓強為p0，已知重力加速度為g，欲使水從出水口流出，瓶內(nèi)空氣壓縮量ΔV至少為多少？(設(shè)瓶內(nèi)彎曲管的體積不計，壓前水面以上管內(nèi)無水，溫度保持不變，各物理量的單位均為國際單位)【例5】如圖所示，一導(dǎo)熱良好、足夠長的汽缸豎直放置在水平地面上。汽缸質(zhì)量m＝5kg，汽缸內(nèi)一質(zhì)量M＝10kg、面積S＝20cm2的活塞與汽缸壁光滑密接。當活塞靜止時，活塞到汽缸底部的距離L0＝10cm。已知大氣壓強p0＝1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2?，F(xiàn)用一豎直向上的拉力F作用在活塞上，求：(1)當F＝50N時，活塞到汽缸底部的距離；(2)當F緩慢增大到使汽缸恰好離開地面時，活塞到汽缸底部的距離。[針對訓(xùn)練4]如圖甲所示，一端開口、長L＝45cm的玻璃管放在水平地面上，一段長為5cm的水銀柱恰好處在管口，保持環(huán)境溫度不變，現(xiàn)將玻璃管逆時針緩慢轉(zhuǎn)至豎直，穩(wěn)定后如圖乙所示。已知當?shù)卮髿鈮簆0＝75cmHg，試求玻璃管豎直穩(wěn)定后水銀柱上端到管口的距離。解析：設(shè)玻璃管豎直穩(wěn)定后水銀柱上端到管口的