2020-2021学年高中人教版物理选修3-3学案8.1气体的等温变化

第章气

体〔情景切入〕空气是地球上的动植物生存的必要条件。动物呼吸、植物光合作用都离不开空气；大气层可以使地球上的温度保持相对稳定，如果没有大气层，白天温度会很高，而夜间温度会很低；风、云、雨、雪的形成都离不开大气。假设没有空气，我们的地球上将是一片荒芜的沙漠，没有一丝生机。为更好地认识我们赖以生存的空气就需要掌握气体的性质和变化规律。〔知识导航〕本章知识是热学部分的重要内容，研究的是气体实验三定律、理想气体状态方程以及对气体热现象的微观解释。本章可分为两个单元：第一单元为前三节，介绍理想气体的三个实验定律和在此基础上推导出的理想气体状态方程。第二单元为第四节，学习用分子动理论和统计观点对气体实验定律进行具体和比较详细的解释。本章重点：理想气体状态方程。本章难点：气体热现象的微观意。〔学法指导〕本章的学习内容，是分子动理论和统计观点的一次具体应用。学习本章知识，要注重两个方面：一是通过实验，发现气体的宏观规律，并能灵活应用这些规律解决气体的状态变化问题；二是能用分子动理论和统计观点解释这些规律。同时，对理想气体这种理想化模型也要能从宏观、微观两个角度加深理解。【素养目标定位】※※※【素养思维脉络】

第节气体等变掌握玻意耳定律的内容、表达式及适用条件了解－图象的物理意义

课预反知识点等温变化．气体的状态参量研究气体的性质时常用气体的温___强和体积，这三个参量来描气体的状态。．等温变化一定质量的气体，在_度不的条件下其压强__体变化时的关系。知识点实验：探究等温化的规律．实验器材如图所示，有铁架台，带压力表的注射器、铁夹等。．研究对象注射器内__被封闭的一段空气__．数据收集空气柱的压强p上方的_压力表_读出，积V用刻度尺上读出的空气柱长度l乘以气柱的__截面积S计算。用手把柱塞向下或向上拉，读出体积与压强的几组值。．数据处理1以_压强p__为纵坐标，__体积的倒数__横坐标作出－图。V．实验结论若p图象是一条过原点的直线。说明压跟体积的倒数正比，也就说明压跟V体积成_反_比。

1212知识点玻意耳定律．内容一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强体积V成反__比。．公式＝或V＝__p__．适用条件气体的质量一定，温度不变。知识点气体等温变化的－图象为了直观地描述压强p跟积的系，通常建_－V坐标系，如图所示。图线的形状为_双曲线。由于它描述的是温度不变时的－关，因此称它等温线_一定质量的气体，不同温度下的等温线__同__。辨思『判一判』(1)玻意耳定律是英国科学家玻意和法国科学家马略特各自通过实验发现的√)(2)公式C中的是量，指当pV变时的不变。×(3)对于温度不同、质量不同、种不同的气体值相同的()(4)在探究气体的等温变化实验中气柱体积变化快慢对实验没有影响×)(5)气体等温变化的p－图是一条倾斜的直线。()(6)一定质量的某种气体，在温度持不变的情况下，压强体积V成正比()『选一选』(多选)下列图中，表压强，表体积T为力学温度，各图中正确描述一定质量的气体是等温变化的()解析：BCDA『想一想』

A0hA0hA0A0hA0hA0hA0hBh借助铅笔，把气球塞进一只瓶子里，并拉出气球的吹气口，反扣在瓶口上，如图所示，然后给气球吹气，无论怎么吹，气球不过大了一点，想把气球吹大，非常困难，为什么？答案：由题意“吹气口反扣在瓶上”可知瓶内封闭着一定质量的空气。当气球稍吹大时，瓶内空气的体积缩小，根据气体压强、体积的关系，空气的压强增大，阻碍了气球的膨胀，因而再要吹大气球是很困难的。课互探探究封闭气体压强的计算┃┃思考讨论__如图所示玻管中都灌有水银水银柱都处在平衡状态气压相当于76cm高水银柱产生的压强。(1)静止或匀速运动系统中气体的强，一般采用什么方法求解？(2)图中被封闭气体A的强各是多少？提示选与封闭气体接触的(或活塞、汽)为研究对象进行受力分列衡方程求气体压强。(2)①p＝p－＝②p＝p－＝③p＝p＋＝(76×sin30°)cmHg④p＝p－＝＝－＝66┃┃归纳总结_■．容器静止时求封气体的压强(1)求由液体封闭的气体压强，应择最低液面列压强平衡方程。(2)在考虑与气体接触的液柱所产的附加压强时别意液柱产生的压强中h是表示竖直高度(不是倾斜长度)。(3)连通器原理：在连通器中同一中间液体不间断)的同一水平液面上压强相等的。求固体封闭(如缸或活塞封闭气的压强，应对此固体气或活塞)进受力分

00000000析，列合力平衡方程。．容器加速时求封气体的压强恰当地选择研究对象，进行受力分析，然后依据牛顿第二定律列式求封闭气体的压强，把求解压强问题转化为动力学问题求解。特别提醒┃┃典例剖析_■典例山东省淄川中学高二下学期段如图所示，一个横截面积为S的筒形容器竖直放置，金属圆板的上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为θ，圆板的质量为M，不计圆板与容器内壁的摩擦。若大气压强p，被圆板封闭在容器中的气体的压强等于D)＋MgθAScosθC．＋0

MgB．＋θθMgD．p＋0解题指导当液体或固体活塞)封闭一部分气体，而且处平衡状态时，确定气体的压强，可以以封闭气体的液体或固定为研究对象，分析其受力情况，由平衡条件列出方程，从而求得气体的压强。解析：S·cosMgpSθMg0S┃┃对点训练_■如图所的是医院用于静脉滴注的装置示意图，倒置的输液瓶上方有一气室A，密封的瓶口处的软木塞上插有两根细管中管与大气相通为输液软管间又有一气室，

A0BAABBA1A0BAABBA1221122而其c端通过针头接人体静脉。若室A、B中压强分别为p、p则们与外界大气压强间的大关系应为>p__当液瓶悬挂高度与输液软管内径确定的情下，药液滴注的速度是__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┃┃思考讨论__在一个恒温池中，一串串气泡由池底慢慢升到水面，有趣的是气泡在上升过程中，体积逐渐变大，到水面时就会破裂。请思考：(1)上升过程中，气泡内气体的温发生改变吗？(2)上升过程中，气泡内气体的压怎么改变？(3)气泡在上升过程中体积为何会大？提示：(1)为在恒温池中，所以气泡内气体的温度保持不变。(2)变小。(3)由玻意耳定律pV＝C可，压强变小，气体的体积增大。┃┃归纳总结_■．表达式V＝，VpV。V122式中，p，V和p，V分表示一定质量的气体在温度不变时处于不同的两个状态中的压强和体积。

2112111．适用条件(1)一定质量的气体，且气体保持度不变。(2)压强不太大，温度不太低。．气体等温变化的种图象两种图象内容图象特点物理意义

p图象V一定质量的气体，温度不变时pV＝恒量p与V成比p与就成正比，在V－图的等温线应是过原点的直线V

p图一定质量的气体，在温度不变的情况下p与V成比，因此等温过程的－V图是双曲线的一支一定质量的气体，温度越高，气温度高低

直线的斜率为V的积越，体压与体积的乘积必然越大，乘越大，温度就越高，图中T在pV图的等温线就越高中TT利用玻耳定律解题的基本思路(1)明确研究对象根据题意确定所研究的气体，质量不变，温度不变，有时气体的质量发生变化时，需通过设想，把变质量转化为定质量，才能应用玻意耳定律。(2)明确状态参量即找出气体状态变化前后的两组、值(3)列方程、求解因为是比例式，计算中只需使相应p、p及V、的单位统一，不一定用国际单位制的单位。检结果，在等温变化中，有时列方程求解会得到两个结果，应通过合理性的检验决定取舍。┃┃典例剖析_■典例农常用来喷射农药的压缩喷雾器的结构如图所示的积为L装入药液后，药液上方体积为L，关闭阀门K，打气筒每打进105求：

的气250cm

。

000100110001010000100110001010(1)要使药液上方气体的压强为4×10

Pa，打气筒活塞应打几？(2)当A中4Pa的气后，打开阀门K可射药液，直到不能喷射时，喷射器剩余多少体积的药液。解题指导：向喷雾器容器A中打气，是一个等温压缩过程。按实际情况，在A中入药液后，药液上方必须留有空间，而已知有5的空气1.5L，把这部分空气和历次打入的空气一起作为研究对象，变质量问题便转化成了定质量问题。向A中入空气后，打开阀门K喷射药液中气则经历了一个等温膨胀过程根据两过程中气体的初、末状态量，运用玻意耳定律，便可顺利求解本题。解析(1)AAnAV)pp105×250×10(2)KAVV′×105V′×LL105V′7.5L1.5L答案：(1)18L┃┃对点训练_■．湖北省部分重点高中高二下学期期)如图，水平放置的导热气缸导热活塞隔成左右两部分两分气体和b为种理想气体活静止时到左右两侧的距离之比为∶，活塞质量为、面积为S，活塞可无摩擦左右移动。在把气缸转动度在上、在下，结果活塞正好在气缸中间。已知气体温度始终不变，求开始时气体a的强是多少？答案：

1111解析apbmgba22d3pSdpbpS·2pS1222p12核素提探究气体等温变化规律的实验．保证气体质量不变的方法：实验前在柱塞上涂好润滑油，以免漏气。．保证气体温度不变的方法：(1)改变气体体积时，要缓慢进行(2)实验操作时不要触摸注射器的气柱部分。．实验数据处理：用－图处理数据时，得到的图线是双曲线；用p图象处理数V据时，得到的图线是过原点的直线，图线的斜率等于pV，且保持不变。案例(2020·上市建平中学高二下学期期用DIS究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图甲所示，实验步骤如下：把射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接。(2)移动活塞，记录注射器的刻度，时记录对应的由计算机显示的气体压强值。(3)用V－图象理实验数据，得出如图乙所示的图线。①为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是在射器活塞上涂润滑油。②为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是移活塞要缓慢__和_能用手握住注射器封闭气体部。(3)如果实验操作规范正确但如图示的－图线过原点V代_注射器与压强0

001010221001010221121传感器连接部位的气体体__解析：(1)(3)课巩达．湖北省武汉市高二下学期期中联如图，竖直放置、开口向下的试管内用水银封闭一段气体，若试管自由下落，管内气()A压强增大，体积增大B压强增大，体积减小C．强减小，体积增大D．强小，体积减小解析：GSpSGpSpSp>>B．山东省昌乐二中高二下学期检)如图所示，由导热材料制成的气和活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内，活塞与气缸壁之间无摩擦，活塞上方存有少量液体。将一细管插入液体，由于虹吸现象，活塞上方液体缓慢流出，在此过程中，大气压强与外界的温度保持不变。下列各个描述理想气体状态变化的图象中与上述过程相符合的D)

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