高中 物理 必修第三册 2 第二章 气体、固体和液体《第2节 气体的等温变化》课件

物理第二章气体、固体和液体第2节气体的等温变化01必备知识素养奠基02关键能力素养形成03分层演练素养达标[学习目标]1．理解一定质量的气体，在温度不变的情况下压强与体积的关系。2．学会通过实验的方法研究问题，探究物理规律，学习用电子表格与图像对实验数据进行处理与分析，体验科学探究过程。3．理解气体等温变化的p－V图像的物理意义。4．学会用玻意耳定律计算有关问题。知识点1等温变化一定质量的气体，在____________的条件下，其压强与______变化时的关系。温度不变体积知识点2实验：探究气体等温变化的规律1．实验器材如图所示，有铁架台、带压力表的注射器、铁夹等。2．研究对象注射器内___________________________。3．数据收集空气柱的压强p由上方的_________读出，

体积V用刻度尺上读出的空气柱的_______乘以空气柱的_____________计算。用手把柱塞缓慢地向下或向上拉，读出体积与压强的几组数据。被封闭的一段空气柱压力表长度l横截面积S压强p正反知识点3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___比。2．公式__＝C，式中C为常量，或p1V1＝______，其中p1、V1和p2、V2分别表示气体在不同状态下的压强和体积。3．适用条件气体的质量一定，温度不变。反pVp2V2[判一判]1．(1)在探究气体的等温变化实验中空气柱体积变化的快慢对实验没有影响。(

)(2)玻意耳定律是英国科学家玻意耳和法国科学家马略特各自通过实验发现的。(

)(3)公式pV＝C中的C是常量，指当p、V变化时C的值不变。(

)(4)对于温度不同、质量不同、种类不同的气体，C值是相同的。(

)×√××知识点4气体等温变化的p－V图像为了直观地描述压强p跟体积V的关系，通常建立_____坐标系，如图所示。图线的形状为_________。由于它描述的是温度不变时的p－V关系,因此称它为等温线。一定质量的气体，不同温度下的等温线是______的。p－V双曲线不同[判一判]2．(1)气体等温变化的p－V图像是一条倾斜的直线。(

)(2)一定质量的某种气体，在温度保持不变的情况下，压强p与体积V成正比。(

)××1．(封闭气体压强的计算)如图所示，U形管封闭端内有一部分气体被水银封住。已知大气压强为p0，封闭部分气体的压强p(以汞柱为单位)为(

)A．p0＋ph2

B．p0－ph1C．p0－(ph1＋ph2)D．p0＋(ph2－ph1)√√√√探究一探究气体等温变化的规律1．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，由压力表读出对应的气体的压强值，进而研究在恒温条件下气体的压强与体积的关系。2．实验器材带铁夹的铁架台、注射器、柱塞、压力表、橡胶套、刻度尺。3．物理量的测量(1)如图1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。4．数据分析(1)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2所示，观察p－V

图像的特点看能否得出p、V的定量关系。(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。【例1】某实验小组用如图所示的装置探究气体做等温变化的规律。已知压力表通过细管与注射器内的空气柱相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。压力表中读取空气柱的压强，从注射器旁的刻度尺中读取空气柱的长度。(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___________________________________________________________________________________________________________________________；(2)实验过程中，下列说法正确的是________；A．推拉柱塞时，动作要快，以免气体进入或漏出B．推拉柱塞时，手不可以握住整个注射器C．柱塞移至某位置时，应迅速记录此时注射器内气柱的长度和压力表的示数√√[解析]

(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给柱塞涂上润滑油防止漏气。(2)若急速推拉柱塞，则有可能造成等温条件不满足的现象，所以应缓慢推拉柱塞，故A错误；手握注射器会使温度变化，故B正确；应等状态稳定后，记录此时注射器内气柱的长度和压力表的示数，故C错误。(3)图像发生了弯曲，说明在实验中温度发生了变化，因图像向上弯曲，故温度升高了。[针对训练1]图1为“研究一定质量的气体在温度不变的情况下，压强与体积的关系”实验装置,实验步骤如下：√(4)若某同学整个过程操作正确，则随着V的增加，p、V乘积会________(选填“变大”“不变”或“变小”)。解析：(1)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是缓慢移动活塞和不用手握住注射器的封闭气体部分，这样能保证装置与外界温度一样；答案：(1)缓慢移动活塞不用手握住注射器的封闭气体部分(2)注射器与压强传感器连接部位的气体体积(3)B

(4)变大探究二封闭气体压强的计算1．静止或匀速运动系统中压强的计算方法(1)参考液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立受力平衡方程消去面积，得到液片两侧压强相等，进而求得气体压强。例如，图中粗细均匀的U形管中封闭了一定质量的气体A，在其最低处取一液片B，由其两侧受力平衡可知(pA＋ph0)S＝(p0＋ph＋ph0)S，即pA＝p0＋ph。(2)力平衡法：选取与封闭气体接触的液柱(或活塞、汽缸)为研究对象进行受力分析，由F合＝0列式求气体压强。(3)连通器原理：在连通器中，同一种液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强相等，如图中同一液面C、D处压强相等，pA＝p0＋ph。√√[针对训练2]有一段12cm长的汞柱，在均匀玻璃管中封住一定质量的气体，若开口向上将玻璃管放置在倾角为30°的光滑斜面上，在玻璃管下滑过程中被封气体的压强为(大气压强p0＝76cmHg)

(

)A．76cmHg

B．82cmHgC．88cmHg D．70cmHg√解析：水银柱所处的状态不是平衡状态，因此不能用平衡条件来处理。水银柱的受力分析如图所示，因玻璃管和水银柱组成的系统的加速度a＝gsinθ，所以对水银柱由牛顿第二定律得：p0S＋mgsinθ－pS＝ma，故p＝p0＝76cmHg。[针对训练3]如图所示，活塞的质量为m，缸套的质量为M，通过弹簧吊在天花板上，汽缸内封住一定质量的气体，缸套和活塞间无摩擦，活塞面积为S，大气压强为p0，重力加速度为g，则封闭气体的压强为(

)√探究三玻意耳定律的应用1．成立条件：玻意耳定律p1V1＝p2V2是实验定律,只有在气体质量一定、温度不变的条件下才成立。2．思路和方法(1)确定研究对象，并判断其是否满足玻意耳定律成立的条件。(2)确定始、末状态及状态参量(p1、V1、p2、V2)。(3)根据玻意耳定律列方程p1V1＝p2V2，代入数值求解(注意各状态参量要统一单位)。(4)有时要检验结果是否符合实际，对不符合实际的结果要舍去。【例4】如图为气压式保温瓶的原理图，保温瓶内水面与出水口的高度差为h，瓶内密封空气体积为V，设水的密度为ρ，大气压强为p0，已知重力加速度为g，欲使水从出水口流出，瓶内空气压缩量ΔV至少为多少？(设瓶内弯曲管的体积不计，压前水面以上管内无水，温度保持不变，各物理量的单位均为国际单位)【例5】如图所示，一导热良好、足够长的汽缸竖直放置在水平地面上。汽缸质量m＝5kg，汽缸内一质量M＝10kg、面积S＝20cm2的活塞与汽缸壁光滑密接。当活塞静止时，活塞到汽缸底部的距离L0＝10cm。已知大气压强p0＝1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2。现用一竖直向上的拉力F作用在活塞上，求：(1)当F＝50N时，活塞到汽缸底部的距离；(2)当F缓慢增大到使汽缸恰好离开地面时，活塞到汽缸底部的距离。[针对训练4]如图甲所示，一端开口、长L＝45cm的玻璃管放在水平地面上，一段长为5cm的水银柱恰好处在管口，保持环境温度不变，现将玻璃管逆时针缓慢转至竖直，稳定后如图乙所示。已知当地大气压p0＝75cmHg，试求玻璃管竖直稳定后水银柱上端到管口的距离。解析：设玻璃管竖直稳定后水银柱上端到管口的