2.2气体的等温变化 课件-高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第2节

气体的等温变化第二章人教版（2019）选择性必修三CONTENTS目录探究气体等温变化的规律01玻意耳定律02学以致用提高练习04封闭气体压强的分析与计算03思考与讨论：在庆典活动中放飞的气球，会飞到我们看不见的地方。随着气球的升空，大气压在减小，温度在降低，气球在膨胀......看来，一定质量的气体的压强、体积和温度三个状态参量之间是有联系的。那么，它们会有怎样的联系呢？新课导入知识讲解课堂小结随堂练习布置作业瘪了乒乓球复原实验演示【思考】1.你能说一下乒乓球内气体状态参量P、V、T是怎样变化的吗？2.在刚才的实验中三个状态参量都发生了变化，如果我们要研究某两个状态参量的关系，我们应该如何做呢？比如只研究P与V的直接的关系。一定质量的气体，在温度不变的条件下其压强与体积的变化。我们把这种变化叫做等温变化。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业一、探究气体等温变化的规律1.等温变化：气体在温度不变的状态下，发生的变化。2.等温变化实验(1)实验目的：探究一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系(2)实验原理：先选定一个热力学系统，比如一定质量的空气，在温度不变的情况下，测量气体在不同体积时的压强，再分析气体压强与体积的关系。（3）实验方法：控制变量法（4）实验器材：铁架台、注射器、刻度尺、压力表(压强表)等，注射器下端用橡胶塞密封，上端用柱塞封闭一段空气柱。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业（5）物理量的测量：需要测量空气柱的体积V和空气柱的压强P。空气柱的长度L可以通过刻度尺读取，空气柱的长度L与横截面积S的乘积就是它的体积V。空气柱的压强P可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取。思考与讨论：①研究的是哪一部分气体?注射器内一定质量的气体②怎样保证气体质量不变?柱塞上涂上润滑油（凡士林）——主要是防止漏气，不是为了减小摩擦，该装置即使有摩擦，也不影响实验结果。④如何保证封闭气体的温度不变?不能用手触摸玻璃管，缓慢拉动活塞，环境恒温，容器透热③如何改变体积？压缩封闭气体即可新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业(6)实验演示：新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业(7)数据分析：温度不变时压强与体积的关系(8)实验结论：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。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业思考与讨论：

理论分析：误差来源：注射器与传感器相连部分的体积没有考虑。减小误差的方法应该使用较大的注射器，在实验过程中，气体的体积不宜压得太小，这样使那一部分的体积可以忽略不计。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业二、玻意耳定律1.内容：

一定质量某种气体，在温度不变的情况下，压强P与体积V

成反比。2.公式：

pV=C(常数)或

p1V1

=

p2V2

C与气体的种类、质量、温度有关。

对一定质量的某种气体：温度不变，C不变

对一定质量的某种气体：温度越高，C越大

相当于大气压几倍的压强都可以算作“压强不太大”零下几十摄氏度的温度也可以算作“温度不太低”提示：

PV

=

C

=

nRT

n为气体物质的量R为气体常数(定值)3.公式应用注意事项：①

研究对象:一定质量的气体②

适用条件:温度保持恒定③

适用范围:温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比）新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业4.图像：（1）P-V图（等温线）：一定质量的理想气体，在温度不变的情况下P与V成反比，因此P-V图像的形状为双曲线的一支。它描述的是温度不变时的P-V关系，称为等温线。面积

S表示什么？面积

S=PV

=

C

=

nRT

sT1T2【思考】一定质量的气体在T1、T2时的等温线如图，请比较T1、T2大小关系。一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积的乘积越大，等温线离原点越远。（图中T1<T2）特点：①每条等温线上气体各状态温度相同，即P与V乘积相同；②等温线上的某点表示气体的一个确定状态；③温度越高等温线离坐标轴或原点越远（T1<T2）；④一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业（2）p­1/V

图特点：（1）斜率越大，PV乘积越大，温度越高。（2）一定质量气体，不同温度下的等温线是不同的。T1T2p1/V0斜率：K=P/(1/V)=PV=C等温线气体体积一定时，分子的数密度一定；温度越高，分子无规则运动越剧烈，气体压强越大。所以T1<T2。【思考】一定质量的气体在T1、T2时的等温线如图，请比较T1、T2大小关系。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业两种图像内容p－V图像p－1/V图像图像特点物理意义一定质量的气体，在温度不变的情况下，p与V成反比，等温线是双曲线的一支一定质量的气体，温度不变，p与成正比，等温线是过原点的直线温度高低一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积的乘积越大，等温线离原点越远，图中t1<t2直线的斜率为p与V的乘积，斜率越大，pV乘积越大，温度越高，图中t1<t2p－V图像与p－1/V图像的比较新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业实验演示：用传感器探究气体等温变化的规律新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业三、封闭气体压强的分析与计算1.容器静止或匀速运动时封闭气体压强的分析计算方法①取等压面法：同一水平液面处压强相同hABhDCp=p0+ρghp=p0-ρghp=p0-ρghh新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业②力平衡法汽缸横截面积为S，活塞质量为mhhhmMmSSm新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业2.容器加速时封闭气体压强的分析计算方法方法：当容器加速运动时，通常选与气体相关联的液柱、汽缸或活塞为研究对象，并对其进行受力分析，然后由牛顿第二定律列方程，求出封闭气体的压强。如图所示，当竖直放置的玻璃管向上加速运动时，对液柱受力分析有：pS－p0S－mg＝ma新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业mS3.平衡态下固体（活塞、气缸）密闭气体压强的计算提示：求用固体（如活塞）封闭在静止容器内的气体压强，应对固体进行受力分析。然后根据平衡条件求解。GP0SPSPS=P0S+mgSmGPSP0S′S′PS=mg+P0S＇cosθPS=mg+P0S新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业MmSMmS以活塞为研究对象以气缸为研究对象mg+PS=P0SMg+PS=P0S新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业4.平衡态下液体密闭气体压强的计算1.理论依据（1）液体压强的计算公式p=gh。（2）液面与外界大气相接触，则液面下h处的压强为p=p0+gh（3）连通器原理：在连通器中，同一种液体（中间液体不间断）的同一水平面上的压强是相等的。2.计算方法根据同种液体在同一水平液面处压强相等，在连通器内灵活选取等压面．由两侧压强相等列方程求解压强。例如图中，同一液面C、D处压强相等pA＝p0＋ph。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业【课堂例题】下列各图装置均处于静止状态。设大气压强为P0，用水银（或活塞）封闭一定量的气体在玻璃管（或气缸）中，求封闭气体的压强P①hh②h③P=ρghP=?cmHg（柱）P—帕h—米P=P0P=P0+ρghP=P0-ρgh新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业h④h⑤h⑥P=P0+ρghP=P0-ρghP=P0-ρgh新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业气体的等温变化探究气体等温变化的规律玻意耳定律平衡态下固体（活塞、气缸）密闭气体压强的计算等温变化实验一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强P跟体积V成反比。表达式PV=CP1V1=P2V2适用条件图像平衡态下液体封闭气体压强的计算布置作业课堂小结新课导入知识讲解随堂练习1.(多选)下列图中，P表示压强，V表示体积，T为热力学温度，各图中正确描述一定质量的气体是等温变化的是()【答案】ABC【解析】气体的等温变化指的是一定质量的气体在温度不变的情况下，气体压强与体积成反比，BC正确，D错误；温度不变，A正确。四、学以致用提高练习随堂练习新课导入知识讲解课堂小结布置作业2．在两端开口竖直放置的U形管内，两段水银封闭着长度为L的空气柱，a、b两水银面的高度差为h，现保持温度不变，则（）A．若再向左管注入些水银，稳定后h变大B．若再向左管注入些水银，稳定后h不变C．若两管同时注入等量的水银，稳定后h不变D．若两管同时注入等量的水银，稳定后L不变【答案】B【解析】AB．管内封闭气体的压强p=p0+h=p0+h’则h=h’即右侧管上部分水银柱长度等于a、b两水银面的高度差h，若再向左管注入些水银，稳定后气体的压强不变，则h不变，选项A错误，B正确；CD．若两管同时注入等量的水银，稳定后管内气体的压强变大，则h变大，气体体积减小，则L减小，选项CD错误。故选B。随堂练习新课导入知识讲解课堂小结布置作业3.“用DIS研究在温度不变时，一定质量气体压强与体积关系”的实验装置如图所示。小张同学在实验中缓慢推动活塞，根据实验数据作出p-1/V图线如图所示，图线弯曲的可能原因是（）A．活塞与筒壁间存在摩擦B．实验中用手握住了注射器前端C．未在注射器活塞上涂润滑油D．压强传感器与注射器的连接处漏气【答案】B【解析】当1/V增大时，V减小，p增加的程度不是线性关系，当斜率增大时，压强增加程度增大，导致这一现象的是实验过程中用手握住注射器前端，导致注射器中气体温度升高，则图像的斜率会增大，而未在注射器活塞上涂润滑油、压强传感器与注射器的连接处漏气都会导致斜率减小，活塞与筒壁间存在摩擦不会影响压强与体积，故斜率不会变化，ACD错误，B正确。故选B。随堂练习新课导入知识讲解课堂小结布置作业4.如图所示，一根竖直的弹簧支持着一倒立气缸的活塞，使气缸悬空而静止。设活塞与缸壁间无摩擦，可以在缸内自由移动，缸壁导热性良好使缸内气体的温度保持与外界大气温度相同，则下列结论中正确（）A．若外界大气压增大，则弹簧将压缩一些B．若外界大气压减小，则气缸的上底面距地面的高度将减小C．若气温升高，则气缸的上底面距地面的高度将增大D．若气温升高，则活塞距地面的高度将减小【答案】C【解析】AD．选择汽缸和活塞为整体，那么整体所受的大气压力相互抵消，若外界大气压增大或者气温升高，弹簧弹力仍等于整体重力，则弹簧长度不发生变化，活塞距地面的高度不变，故A、D错误；B．选择汽缸为研究对象，竖直向下受重力和大气压力p0S，向上受到缸内气体向上的压力p1S，气缸竖直方向受力平衡G+p0S=p1S若外界大气压p0减小，p1一定减小，根据理想气体的等温变化PV=C可知，当压强减小时，体积一定变大，所以汽缸的上底面距地面的高度将增大，故B错误；C．若气温升高，缸内气体做等压变化，由盖吕萨克定律V/T=C可知，当温度升高时，气体体积增大，汽缸上升，则气缸的上底面距地面的高