教科版高中物理选择性必修三2.4实验探究气体等温变化的规律学案

2.4实验：探究气体等温变化的规律1、知道什么是等温变化；2、知道玻意耳定律是实验定律；掌握玻意耳定律的内容和公式；知道定律的适用条件；3、理解气体等温变化的pV图象的物理意义；4、知道用分子动理论对玻意耳定律的定性解释；5、会用玻意耳定律计算有关的问题。知识点一、气体的状态参量用来描述气体状态的体积、压强、温度三个物理量叫气体的状态参量。(1)体积：气体的体积是指气体分子所充满容器的容积，即气体所能到达的空间。单位：米3(m3)，1m3＝103dm3(L)＝106cm3(mL)。(2)温度：表示物体的冷热程度。从分子动理论来看，标志着物体内部分子无规则热运动的剧烈程度。单位：开尔文(K)，热力学温度与摄氏温度的关系：T＝t＋273.15K。(3)压强：气体的压强是气体分子频繁地碰撞器壁而产生的。单位：帕斯卡(Pa)，一个大气压约为1.01×105Pa。一定质量的气体，它的体积、压强、温度的变化是相互联系的，对于一定质量的气体来说，这三个量不变，我们就说气体处于一定的状态中；如果三个量中有两个改变或三个都发生改变，我们就说气体状态发生了变化。知识点二、．玻意耳定律(1)内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比，即pV＝常量，或p1V1＝p2V2。其中p1、V1和p2、V2分别表示气体在1、2两个不同状态下的压强和体积。(2)研究对象：一定质量的气体，且这一部分气体保持温度不变。(3)适用条件：①压强不太大(与大气压相比)，温度不太低(与室温相比)。②被研究的气体质量不变，温度不变。(4)数学表达式：eq\f(p1,p2)＝eq\f(V2,V1)，或p1V1＝p2V2，或pV＝C(常量)。知识点三、气体等温变化的pV图象在pV坐标系上，每一个点表示气体的一个状态，一定质量的气体在温度不变时，其压强随体积的变化而变化的规律，在pV直角坐标系上，是一条被称为等温线的曲线(如图甲所示)。若将横坐标改为eq\f(1,V)，则在peq\f(1,V)直角坐标系中，表示等温变化的图线变为通过坐标原点的斜直线(如图乙所示)。(1)在pV图中，等温线是以两坐标轴为渐近线的一簇双曲线(反比例函数)，每一条双曲线表示一个等温变化过程，由定质量理想气体状态方程pV＝C(常量)可知：过等温线上任意一点作两坐标轴的平行线围成的“矩形面积”，表示该状态下的pV值，“面积”越大，pV值就越大，对应的T值也越大，在图甲所示中，T2＞T1。(2)定质量气体的等温变化过程，也可以用peq\f(1,V)图象来表示，如图乙所示。等温线是通过原点的直线，由于气体的体积不能无穷大，所以靠近原点附近处应用虚线表示，该直线的斜率k＝p/eq\f(1,V)＝pV∝T，即斜率越大，气体做等温变化的温度越高。1．如图所示，容器A的容积V1=9L，内部充满空气，压强p1=1.0×106Pa，真空容器B的容积V2=10L，由一个带阀门K的细管与A相通。现打开阀门K一会儿，关闭后容器A中的压强降到p2=6.0×105Pa，已知两容器导热性能良好，此过程中环境温度保持不变，求容器B中空气压强P3多大？【答案】【详解】将容积A中的气体等温变到压强，体积为，由玻意耳定律有将的气体等温装入容器B，压强为，由玻意耳定律有解得2．小明在一个带刻度的玻璃瓶口上，装上带细管的瓶塞，用它来测量泳池池水的深度。入水前，盖紧瓶塞，封闭细管；瓶子到达池底时，瓶口向下，打开细管，让水流入瓶中（瓶中气体不外溢），稳定后再次封闭细管，此时瓶中液面如图（b）所示，将瓶旋转，瓶口朝上，此时瓶中液面如图（c）所示，已知当地大气压强p0=1.0×105Pa，水的密度p=10×103kg/m3，重力加速度g取10m/s2，玻璃瓶刻度单位为mL，忽略环境温度变化，则：（1）由图（b）、（c）可知图（c）中气体体积是多少？并请推算瓶子的总体积V；（2）该泳池的池水深度是多少？【答案】（1）200mL；300mL（2）5m【详解】（1）由图（b）、（c）可知图（c）中气体体积因水的体积为100mL，则瓶子的总体积V=300mL；（2）在水面气体的压强p=p0=1.0×105Pa在水中时气体的压强由玻意耳定律可知联立解得h=5m1．容积V=10L的钢瓶充满氧后，压强p=20atm，打开钢瓶盖阀门，让氧气分别装到容积为V0=5L的小瓶子中去，若小瓶子已抽成真空，分装到小瓶子中的氧气压强均为p0=2atm。在分装过程中无漏气现象，且温度保持不变，那么最多可装的瓶数是（）A．2瓶 B．18瓶 D．20瓶【答案】B【详解】由玻意耳定律得pV=p1V1即20atm×10L=2atm×V1解得V1=100L最多可装的瓶数是瓶故选B。2．一定质量的理想气体温度不变，体积为V时，压强为P，当体积变成2V时，压强为（）A．2P B． C．4P D．【答案】B【详解】由波意耳定律可得解得故选B。3．一个足球的容积是2.5L。用打气筒给这个足球打气，每打一次都把体积为125mL、压强与大气压相同的气体打进球内。如果在打气前足球就已经是球形并且里面的压强与大气压相同，设打气过程中温度不变，打了10次后，足球内部空气的压强是大气压的（） B．2倍 D．3倍【答案】A【详解】设大气压强为p0，打了10次，共打进的气体体积为设足球体积为V，由玻意尔定律得代入数据解得则足球内部空气的压强是大气压的1.5倍，故A正确，BCD错误。故选A。4．如图所示，一根玻璃管倒扣插入水银槽中（开口向下），内部封有一定质量的理想气体，管内水银面低于管外液面h，要使内外液面差变大，下列操作一定可行的是（）A．保持温度不变，玻璃管稍向下插入一些B．保持温度不变，玻璃管稍向上拔出一些C．温度升高的同时玻璃管稍向上拔出一些D．温度降低的同时玻璃管稍向下插入一些【答案】A【详解】设外界大气压为p0，水的密度为，则内部气体的压强要使内外液面差h变大，则内部气体的压强变大。A．保持温度不变，玻璃管稍向下插入一些，内部气体压强增大，h增大，故A正确；B．保持温度不变，玻璃管稍向上拔出一些，气体压强减小，h减小，故B错误；C．温度升高时气体压强增大，玻璃管稍向上拔出一些气体压强减小，所以无法判断内部气体实际压强的变化，无法确定h的变化，故C错误；D．温度降低时内部气体压强减小，玻璃管稍向下插入一些时内部气体压强增大，所以无法判断内部气体实际压强的变化，无法确定h的变化，故D错误。故选A。5．喷雾器内有10L的农药水，利用打气筒打气使上部封闭有2atm的空气3L．现打开喷雾阀门，对果树喷洒药水，喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀．当上部封闭的空气压强变为1.2atm时，喷雾器内剩下农药水的体积为________．（填选项前的编号）A．8L B．7L C．5L D．2L【答案】A【详解】已知气体体积初状态：p1=2atm，V1=3L末状态：p2气体体积为V2，气体为等温变化，由波意耳定律知：p1V1=p2V2代入数据解得：V2=5L气体体积增加了2L，即液体体积减少了2L，喷雾器内剩下农药水的体积为8L．A．8L，与计算结果相符，故A正确；B．7L，与计算结果不符，故A错误；C．5L，与计算结果不符，故A错误；D．2L，与计算结果不符，故A错误．6．如图所示，粗细均匀的U形管竖直放置，管内有水银柱封住一段空气柱，如果沿虚线所示的位置把开口一侧的部分截掉，保持弯曲部分管子位置不动，则封闭在管内的空气柱将()A．体积不变 B．体积变大C．压强变大 D．压强不变【答案】C【详解】设玻璃管两侧水银面高度差是h，大气压为p0，封闭气体压强p=p0h沿虚线所示的位置把开口一侧的部分截掉，h变小，封闭气体压强p=p0h变大，气体温度不变，压强变大，由玻意耳定律可知，封闭气体体积变小。AB.体积变小，故AB错误。CD.压强变大，故C正确D错误。7．如图所示，上端封闭的玻璃管，开口向下，竖直插在水银槽内，管内长度为h的水银柱将一段空气柱封闭，现保持槽内水银面上玻璃管的长度l不变，将管向右倾斜30°，若水银槽内水银面的高度保持不变，待再次达到稳定时，则下列说法中不正确的是()A．管内水银柱产生的压强变大 B．管内水银柱的长度变大C．管内空气柱的密度变大 D．管内空气柱的压强变大【答案】A【详解】管内水银柱产生的压强为p水银=ρghcosθ，则将管向右倾斜，可知管内水银柱产生的压强变小；管内气体的压强p=p0p水银可知管内空气柱的压强变大；根据pV=C可知管内气体的体积减小，管内气体的密度变大，水银柱的长度变大，故选项A错误，BCD正确；此