氣體的等溫變化課件-高二下學(xué)期物理人教版選擇性

2.

氣體的等溫變化人教版（2019）物理（選擇性必修第三冊）第二章

氣體、固體和液體目錄素養(yǎng)目標(biāo)01課程導(dǎo)入02新課講解03總結(jié)歸納04課堂練習(xí)05正確教育素養(yǎng)目標(biāo)1.通過實驗知道氣體的等溫變化

2.了解玻意耳定律，能用氣體等溫變化規(guī)律求解簡單的實際問題

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(zhì)量的氣體的壓強(qiáng)、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？快要熱炸了為什么圖中的輪胎快要熱炸了？等溫變化正確教育氣體等溫變化的規(guī)律等溫變化等溫變化實驗

一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，其壓強(qiáng)與體積變化時的關(guān)系。我們把這種變化叫作氣體的等溫變化

一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，其壓強(qiáng)與體積變化時的關(guān)系。實驗?zāi)康模?/p>

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)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)系實驗原理：

鐵架臺、注射器、橡膠套、壓力表等。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，這段空氣柱就是實驗研究的對象實驗裝置：實驗過程視頻壓力表柱塞空氣柱橡膠套實驗數(shù)據(jù)的處理次數(shù)12345壓強(qiáng)（×105Pa）3.02.52.01.51.0體積

（L）1.31.62.02.74.0p/105PaV12301234能不能說明

p與

V

成反比？p-V

圖像是曲線不能實驗數(shù)據(jù)的處理次數(shù)12345壓強(qiáng)（×105Pa）3.02.52.01.51.0體積

（L）1.31.62.02.74.0p/105Pa1/V12300.20.40.60.81/V0.770.630.500.370.25結(jié)論：

在溫度不變時，壓強(qiáng)p和體積V的倒數(shù)成正比。即：壓強(qiáng)P跟體積V成反比p/105Pa1/V12300.20.40.60.8

注意事項（1）該實驗的條件

是氣體的質(zhì)量一定，溫度不變，體積變化時封閉氣體自身的溫度會發(fā)生變化，為保證溫度不變，應(yīng)給封閉氣體以足夠的時間進(jìn)行熱交換，以保證氣體的溫度不變。（2）改變氣體體積時，要緩慢進(jìn)行，防止氣體的體積變化太快，氣體的溫度發(fā)生變化；（3）實驗過程中，不要用手接觸注射器的外壁，防止注射器從手吸收熱量，引起內(nèi)部溫度發(fā)生變化；（4）實驗前要在柱塞上涂抹潤滑油，以防漏氣（5）讀數(shù)時視線要與柱塞底面平行正確教育玻意耳定律玻意耳定律1.內(nèi)容一定質(zhì)量的某種氣體，在

不變的情況下，壓強(qiáng)p與體積V成

。2.公式pV＝C或

。（C是常量）3.條件氣體的

一定，

不變。4.適用范圍：氣體質(zhì)量一定，溫度不太低，壓強(qiáng)不太大。p1V1＝p2V2反比質(zhì)量溫度溫度氣壓計等溫線的圖像P1/VPV根據(jù)壓強(qiáng)與體積成反比，可知同一條等溫線上每個點對應(yīng)的p、V坐標(biāo)的乘積都是相等的。PT豎直的等溫線傾斜的等溫線彎曲的等溫線p-V圖像pVOT1T2（1）特點：一定質(zhì)量的氣體，等溫變化的p-V圖像是雙曲線的一支，稱為“等溫線”（2）意義：①圖像反映了等溫情況下，一定質(zhì)量的氣體的壓強(qiáng)p與體積V成反比的規(guī)律；②圖像上的一個點的橫、縱坐標(biāo)表示一定質(zhì)量氣體的一組狀態(tài)參量，圖像上的一段圖線表示氣體由一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)的等溫過程，可直觀看出氣體壓強(qiáng)、體積的變化情況；③一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，氣體壓強(qiáng)和體積的乘積（pV）越大，在p-V圖像中的等溫線就離坐標(biāo)軸越遠(yuǎn)，即T2>T1兩種等溫變化圖像所比較離原點越遠(yuǎn)，溫度越高T2>T1斜率越大，溫度越高pVOT1T2陰影面積表示氣體從V1變化到V2過程中氣體對外界做的功V1V2玻意耳定律的理解及應(yīng)用①玻意耳定律成立的條件是什么？答案

一定質(zhì)量的氣體，且溫度不變②用p1V1＝p2V2解題時各物理量的單位必須是國際單位制中的單位嗎？答案

不必.只要同一物理量使用同一單位即可③玻意耳定律的表達(dá)式pV＝C中的C是一個與氣體無關(guān)的常量嗎？答案

pV＝C中的常量C不是一個普適恒量，它與氣體的種類、質(zhì)量、溫度有關(guān)，對一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，該常量越大.1.常量的意義：p1V1＝p2V2＝C，該常量C與氣體的種類、質(zhì)量、溫度有關(guān)，對一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，該常量C越大.2.應(yīng)用玻意耳定律解題的一般步驟(1)確定研究對象，并判斷是否滿足玻意耳定律的條件.(2)確定初、末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1、V1；p2、V2).(3)根據(jù)玻意耳定律列方程求解.(注意統(tǒng)一單位)(4)注意分析隱含條件，作出必要的判斷和說明.特別提醒確定氣體壓強(qiáng)或體積時，只要初、末狀態(tài)的單位統(tǒng)一即可，沒有必要都轉(zhuǎn)換成國際單位制.正確教育封閉氣體壓強(qiáng)的計算hABhDCp=p0+ρghp=p0-ρghp=p0-ρghh①等壓面法：在連通器中，同一中液體（中間不間斷且液體不流動時）同一深度處壓強(qiáng)相等。液體內(nèi)身h處的總壓強(qiáng)p=p0+ρgh，p0為液面上方的壓強(qiáng)容器靜止或勻速運動時封閉氣體壓強(qiáng)的計算hhhP=P0+ρghP=P0-ρghP=P0-ρgh連通器原理：根據(jù)同種液體在同一水平液面處壓強(qiáng)相等，在連通器內(nèi)靈活選取等壓面．由兩側(cè)壓強(qiáng)相等列方程求解壓強(qiáng)。例如圖中，同一液面C、D處壓強(qiáng)相等pA＝p0＋ph。②力平衡法：選取與氣體接觸的液柱（或活塞）為研究對象進(jìn)行受力分析，得到液柱（或活塞）的受力平衡方程，求得氣體的壓強(qiáng)汽缸橫截面積為S，活塞質(zhì)量為mhhhmMmSSm①hh②h③下列各圖裝置均處于靜止?fàn)顟B(tài)。設(shè)大氣壓強(qiáng)為P0，用水銀（或活塞）封閉一定量的氣體在玻璃管（或氣缸）中，求封閉氣體的壓強(qiáng)PP=ρghP=?cmHg（柱）P—帕h—米P=P0P=P0+ρghP=P0-ρgh求用固體（如活塞）封閉在靜止容器內(nèi)的氣體壓強(qiáng)，應(yīng)對固體進(jìn)行受力分析。然后根據(jù)平衡條件求解。GP0SPSPS=P0S+mgmSSmGPSP0S′S′PS=mg+P0S＇cosθPS=mg+P0SMmSMmS以活塞為研究對象以氣缸為研究對象mg+PS=P0SMg+PS=P0S③參考液片法：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，建立平衡方程消去面積，得到液片兩側(cè)壓強(qiáng)相等，進(jìn)而求得氣體壓強(qiáng)。例如，圖中粗細(xì)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。當(dāng)容器加速運動時，通常選與氣體相關(guān)聯(lián)的液柱、汽缸或活塞為研究對象，并對其進(jìn)行受力分析，然后由牛頓第二定律列方程，求出封閉氣體的壓強(qiáng)。拓展：容器加速時封閉氣體壓強(qiáng)的計算如圖所示，當(dāng)豎直放置的玻璃管向上加速運動時，對液柱受力分析有：

pS－p0S－mg＝ma用傳感器探究氣體等溫變化的規(guī)律經(jīng)典例題C2.如圖是一定質(zhì)量的某種氣體在p－V圖像中的等溫線，A、B是等溫線上的兩點，ΔOAD和ΔOBC的面積分別為S1和S2，則()A．S1＞S2B．S1＝S2C．S1＜S2D．無法比較經(jīng)典例題B經(jīng)典例題經(jīng)典例題3.一只輪胎容積為V＝10L，已裝有p1＝1atm的空氣?，F(xiàn)用打氣筒給它打氣，已知打氣筒的容積為V0＝1L，要使胎內(nèi)氣體壓強(qiáng)達(dá)到p2＝2.5atm，應(yīng)至少打多少次氣？(設(shè)打氣過程中輪胎容積及氣體溫度維持不變，大氣壓強(qiáng)p0＝1atm)()A．8次 B．10次C．12次 D．15次D答案：D解析：設(shè)至少需要打n次氣，氣體初態(tài)的體積和壓強(qiáng)分別為V1＝V＋nV0＝(10＋n)L，p1＝1atm，氣體末態(tài)的體積和壓強(qiáng)分別為V2＝V＝10L，p2＝2.5atm，打氣過程中輪胎容積及氣體溫度維持不變，根據(jù)玻意耳定律得p1V1＝p2V2，代入數(shù)據(jù)解得n＝15次，故A、B、C錯誤，D正確。經(jīng)典例題4.如圖為消毒滅菌用的噴霧器，若其內(nèi)有2L藥液，還有壓強(qiáng)為1atm的空氣0.5L，關(guān)閉噴霧閥門用打氣筒活塞每次可以打進(jìn)壓強(qiáng)為1atm、體積為50cm3的空氣。(設(shè)外界環(huán)境溫度一定，忽略打氣和噴藥過程溫度的變化)求：

（1）要使噴霧器內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大到2.5atm，打氣筒應(yīng)打氣的次數(shù)n；答案：15次解析：50cm3＝0.05L設(shè)應(yīng)打氣n次，則有

p1＝1atm，V1＝(0.5＋0.05n)Lp2＝2.5atm，V2＝0.5L根據(jù)玻意耳定律得p1V1＝p2V2解得

n＝15次。（2）若壓強(qiáng)達(dá)到2.5atm時停止打氣，并開始向外噴藥，那么當(dāng)噴霧器內(nèi)空氣的壓強(qiáng)降為1atm時，桶內(nèi)剩下的藥液的體積。答案：1.25L解析：(2)由題意可知p2＝2.5atm，V2＝0.5L，p3＝1atm根據(jù)玻意耳定律得p2V2＝p3V3解得V3＝1.25L剩下的藥液體積V＝2L＋0.5L－1.25L＝1.25L。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

p1V1=p2V2

（3）適用條件：氣體的質(zhì)量一定，溫度不變C不是一個普適恒量，與氣體的種類、質(zhì)量、溫度有關(guān)如圖所示，豎直靜止放置的U形管，左端開口，右端封閉，管內(nèi)有a、b兩段水銀柱，將A、B兩段空氣柱封閉在管內(nèi).已知水銀柱a長h1為10cm，水銀柱b兩個液面間的高度差h2為5cm，大氣壓強(qiáng)為75cmHg，求空氣柱A、B的壓強(qiáng)分別是多少.65cmHg

60cmHg答案：65cmHg

60cmHg設(shè)管的橫截面積為S，選a的下端面為參考液面，它受向下的壓力為(pA＋ph1)S，受向上的大氣壓力為p0S，由于系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，則(pA＋ph1)S＝p0S，所以pA＝p0－ph1＝(75－10)cmHg＝65cmHg，再選b的左下端面為參考液面，由連通器原理知：液柱h2的上表面處的壓強(qiáng)等于pB，則(pB＋ph2)S＝pAS，所以pB＝pA－ph2＝(65－5)cmHg＝60cmHg.如圖所示，豎直放置的導(dǎo)熱汽缸，活塞橫截面積為S＝0.01m2，可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動，汽缸側(cè)壁有一個小孔與裝有水銀的U形玻璃管相通，汽缸內(nèi)封閉了一段高為H＝70cm的氣柱(U形管內(nèi)的氣體體積不計).已知活塞質(zhì)量m＝6.8kg，大氣壓強(qiáng)p0＝1×105Pa，水銀密度ρ＝13.6×103kg/m3，g＝10m/s2.（1）求U形管中左管與右管的水銀面的高度差h1；5cm答案：5cm以活塞為研究對象，p0S＋mg＝p1S得而p1＝p0＋ρgh1所以有解得：如圖所示，豎直放置的導(dǎo)熱汽缸，活塞橫截面積為S＝0.01m2，可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動，汽缸側(cè)壁有一個小孔與裝有水銀的U形玻璃管相通，汽缸內(nèi)封閉了一段高為H＝70cm的氣柱(U形管內(nèi)的氣體體積不計).已知活塞質(zhì)量m＝6.8kg，大氣壓強(qiáng)p0＝1×105Pa，水銀密度ρ＝13.6×103kg/m3，g＝10m/s2.（2）若在活塞上加一豎直向上的拉力使U形管中左管水銀面高出右管水銀面h2＝5cm，求活塞平衡時與汽缸底部的高度為多少厘米(結(jié)果保留整數(shù)).80cm答案：80cm活塞上加一豎直向上的拉力，U形管中左管水銀面高出右管水銀面h2＝5cm封閉氣體的壓強(qiáng)p2＝p0