2022年人教版选修性必修第3册高中物理同步讲义：气体的等温变化（解析版）

第06讲气体的等温变化

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课程标准课标解读

1.知道什么是等温变化。

2.会测量气体的压强与体积，能作出气体的p-V图像、

1.通过实验，了解气体实验定律。知道理P—；图像，并通过图像得出等温情况下p、V的关系。

想气体模型。

2.能用分子动理论和统计观点解释气体压3.知道玻意耳定律的内容、表达式及适用条件。

强和气体实验定律。4.能运用玻意耳定律对有关问题进行分析、计算。

5.了解p—「图像、。一3图像的物理意义。

册”知识精讲

知识点01实验：探究气体等温变化的规律

（一）等温变化

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.

（二）实验思路

在保证密闭注射器中气体的质量和温度不变的条件下，通过改变密闭注射器中气体的体积，由压力表读出

对应气体的压强值，进而研究在恒温条件下气体的压强与体积的关系.

（三）实验器材

带铁夹的铁架台、注射器、柱塞（与压力表密封连接）、压力表、橡胶套、刻度尺.

（四）物理量的测量

1.如图所示组装实验器材.

2.利用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭.

3.把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据.空气柱的长度1可以通过刻度尺

读取，空气柱的长度1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.

（五）数据分析

I.作P—V图像

以压强P为纵坐标，以体积V为横坐标，用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘出等温曲线，如图所示.观

察P—V图像的特点看能否得出P、V的定量关系.

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2.作p一（图像

以压强P为纵坐标，以（为横坐标，在坐标纸上描点.如果P—；图像中的各点位于过原点的同一条直线上,

就说明压强P跟"成正比，即压强与体积成反比.如果不在同一条直线上，我们再尝试其他关系.

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V

3.实验结论：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，其压强与体积的倒数成正比.

（六）注意事项

1.改变气体体积时，要缓慢进行；

2.实验过程中，不要用手接触注射器的外壁；

3.实验前要在柱塞上涂抹润滑油；

4.读数时视线要与柱塞底面平行；

5.作p—；图像时，应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布于直线两侧，偏离太大的点

应舍弃掉。

【即学即练1】利用图装置验证气体等温变化实验规律，用一个带两根细管的橡皮塞塞紧烧瓶的瓶口，压强

传感器通过其中一根不带阀门的细管连通烧瓶中的空气，另一根带阀门的细管连通注射器。开始时阀门处

于关闭状态，注射器针筒的最大刻度线到阀门之间充满了水。实验时打开阀门，缓慢推动注射器活塞向烧

瓶内注入水。根据注射器刻度记录注入水的体积匕同时记录对应气体的压强/值，得到多组实验数据。利

用图像法处理数据得到甲图。

_______阀门____________

"［「丁丹/压强传感器］一）

数

据

采

集

器

甲乙

（1）甲图中的纵坐标为（填▽或十），利用甲图中的数据可得烧瓶的体积为；

（2）通过对实验装置的不断完善，可准确测出气体的体积M,做出p—V图像如图乙，图线在Vi、V2之间

所围的面积的物理意义是；

（3）某同学在处理数据时发现乘积随压强p增大而变小，导致这个现象的原因是=

【答案】丫b气体体积从V2减小到Vi过程中外界对气体做的功的大小①装置出现漏气，②环

境温度降低

【解析】(1)口]设烧瓶的根据理想气体状态方程

p(V0-V)=nRT

可得

V=V0-nRT-

P

则一定质量的理想气体发生等温过程，丫-L图像构成线性函数，则甲图中的纵坐标为注入的体积V；

P

[2]图像的纵截距表示烧瓶的体积，则

P

Vo=b

(2)[引由功的计算公式可知

W=Fl=pSl=pV

即py的乘积表示气体体积变化时所做的功，图线在打、上之间所围的面积的物理意义表示：气体体积从

L减小到山过程中外界对气体做的功的大小；

(3)[4]某同学在处理数据时发现pM乘积随压强p增大而变小，即〃RT变小，导致这个现象的原因是①装

置出现漏气，②环境温度降低。

知识点02气体的等温变化

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；

2.公式：pV=C或pNi=p2V2

3.条件：气体的质量一定，温度不变。

【知识拓展】

(一)封闭气体压强的计算

1.取等压面法

同种液体在同一深度向各个方向的压强相等，在连通器中，灵活选取等压面，利用同一液面压强相等求解

气体压强.如图甲所示，同一液面C、D两处压强相等，故口=6+削；如图乙所示，M、N两处压强相等，

从左侧管看有PB=PA+Ph2,从右侧管看，有PB=P»+Phl

z

A人

c

♦

A

自

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B

乙

甲

平衡法

2.力

压强。

求气体

件列式

平衡条

析，由

受力分

象进行

研究对

液体为

汽缸或

活塞、

接触的

闭气体

选与封

定律

玻意耳

（二）

高,

度越

体，温

的气

质量

一定

，对

有关

温度

量、

类、质

的种

气体

C与

常量

C,该

P2V2=

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义：P

的意

常量

1.

。

越大

量C

则常

骤：

般步

的一

解题

定律

意耳

应用玻

2.

件；

的条

定律

意耳

满足玻

断是否

并判

象，

究对

定研

（1）确

；

、V）

；pz

i、％

量（p

态参

及状

状态

、末

定初

（2）确

2

；

单位）

意统一

解.（注

程求

列方

定律

意耳

据玻

（3）根

。

说明

断和

的判

必要

作出

件，

含条

析隐

意分

（4）注

图像

p—；

像或

-V图

的p

变化

等温

气体

（三）

图像

p-（

图像

P-V

内容

P

P

1

图像

特点

0

0

V