第二章-2.气体的等温变化新教材人教版高中物理选择性必修第三册课件2

2.气体的等温变化答案(1)AB(2)过原点的倾斜直当气体经历多个质量发生变化的过程时,可以分段应用玻意耳定律进行列方程,也可以把发生变化的所有气体作为研究对象,应用玻意耳定律列方程。(6)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。答案(1)√(2)√(3)√(4)×(5)×(6)×(7)×(3)由玻意耳定律pV=C可知,压强变小,气体的体积增大。(4)缓慢推拉活塞,使刻度值分别为1.说明活塞相对于汽缸在原位置上方,故B正确,A、C、D错误。若气泡内气体温度保持不变,当体积压缩到V时气泡与物品接触面的面积为S,求此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力大小。(3)如果实验操作规范正确,但图线不过原点,则V0代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积。研究一定质量的气体在温度保持不变时,它的压强与体积的关系。(3)记下此时的压强值和对应的体积值(刻度值),填入表格。空气柱的压强p由上方的压力表读出,体积V用刻度尺上读出的空气柱的长度l乘以气柱的横截面积S计算。(6)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。针筒壁与活塞之间存在摩擦活塞相对于汽缸在原位置下方(1)内容:一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强p和体积V成反比。玻意耳定律的数学表达式pV=C中的常量C不是一个普适恒量,它与气体的种类、质量、温度有关,对一定质量的气体,温度越高,该恒量C越大。若吸气前肺内气体的体积为V0,肺内气体压强为p0(大气压强)。④根据记录的数据,作出相应图像,分析得出结论。(3)改变气体体积后不要立即读数,待稳定后再读数。和。(1)实验研究对象:注射器内的一定质量的气体。(1)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。解析设压力为F,压缩后气体压强为p,解析设吸入的气体体积为V1,气体发生等温变化,由玻意耳定律得p0(V0+V1)=pV,解得,故D正确,A、B、C错误。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、

图像的物理意义。4.学会用玻意耳定律计算有关的问题。思维导图必备知识自我检测1.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。2.实验探究(1)实验器材:如图所示,铁架台、注射器、橡胶套、压力表(压强表)等。(2)研究对象注射器下端用橡胶套密封,上端用活塞(柱塞)封闭一段空气柱,这段空气柱是我们的研究对象。(6)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。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。解析设压力为F,压缩后气体压强为p,解析等温变化过程中,温度不变,质量一定,分子的平均动能不变,所以分子的平均速率不变,p、V发生相应的变化,单位体积内的分子数也随之发生相应变化,但分子总数不变,故B、C、E正确,A、D错误。汽缸导热良好,不计活塞与汽缸间的摩擦,环境温度不变。玻意耳定律的数学表达式pV=C中的常量C不是一个普适恒量,它与气体的种类、质量、温度有关,对一定质量的气体,温度越高,该恒量C越大。针筒壁与活塞之间存在摩擦采用横截面积较大的针筒注射器下端用橡胶套密封,上端用活塞(柱塞)封闭一段空气柱,这段空气柱是我们的研究对象。②气体温度不太低、压强不太大。汽缸导热良好,不计活塞与汽缸间的摩擦,环境温度不变。答案(1)在注射器活塞上涂润滑油注射器下端用橡胶套密封,上端用活塞(柱塞)封闭一段空气柱,这段空气柱是我们的研究对象。④根据记录的数据,作出相应图像,分析得出结论。用手把柱塞向下或向上拉,读出体积与压强的几组数据。④根据记录的数据,作出相应图像,分析得出结论。(3)公式pV=C中的C是常量。(2)为了能最直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系,应作出(选填“p-V”或“”)图像。汽缸导热良好,不计活塞与汽缸间的摩擦,环境温度不变。④根据记录的数据,作出相应图像,分析得出结论。吸入一些压强为p0的气体后肺内气体的体积变为V,压强变为p,整个过程温度保持不变,则吸入气体的体积为()实验过程中用手去握针筒(3)记下此时的压强值和对应的体积值(刻度值),填入表格。注射器下端用橡胶套密封,上端用活塞(柱塞)封闭一段空气柱,这段空气柱是我们的研究对象。(4)在探究气体的等温变化实验中空气柱体积变化快慢对实验没有影响。必备知识自我检测(3)数据收集空气柱的压强p由上方的压力表读出,体积V用刻度尺上读出的空气柱的长度l乘以气柱的横截面积S计算。用手把柱塞向下或向上拉,读出体积与压强的几组数据。(4)数据处理以压强p为纵坐标,以体积的倒数

为横坐标作出

图像。若

图像是一条过原点的直线,说明压强跟体积的倒数成正比,也就说明压强与体积成反比。必备知识自我检测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和体积V成反比。(2)公式:pV=C或p1V1=p2V2。(3)适用条件:①气体质量不变、温度不变。②气体温度不太低、压强不太大。必备知识自我检测4.气体的等温变化的p-V图像(1)p-V图像:一定质量的气体的p-V图像为双曲线的一支,如图甲所示。(2)图像:一定质量气体的

图像为过原点的倾斜直线,如图乙所示。必备知识自我检测1.正误判断(1)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。(

)(2)在探究气体压强、体积、温度三个状态参量之间关系时采用控制变量法。(

)(3)公式pV=C中的C是常量。(

)(4)在探究气体的等温变化实验中空气柱体积变化快慢对实验没有影响。(

)(5)气体等温变化的p-V图像是一条倾斜的直线。(

)(6)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。(

)(7)玻意耳定律适用于质量不变,温度变化的任何气体。(

)答案(1)√

(2)√

(3)√

(4)×

(5)×

(6)×

(7)×必备知识自我检测2.(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(

)解析一定质量的气体在温度不变的情况下,压强与体积成反比,B、C正确,D错误;温度不变,A正确。答案ABC必备知识自我检测3.(多选)一定质量的气体,在等温变化过程中,下列物理量中发生改变的有(

)A.分子的平均速率B.单位体积内的分子数C.气体的压强D.分子总数E.气体的体积解析等温变化过程中,温度不变,质量一定,分子的平均动能不变,所以分子的平均速率不变,p、V发生相应的变化,单位体积内的分子数也随之发生相应变化,但分子总数不变,故B、C、E正确,A、D错误。答案BCE(4)内外压强不相等。定质量的气体压强和体积的关系。②气体温度不太低、压强不太大。(3)改变气体体积后不要立即读数,待稳定后再读数。DIS设备、压强传感器、注射器(针筒)。③重复步骤②,多次测量并记录;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。(1)上升过程中,气泡内气体的温度发生改变吗?末状态时,汽缸处于完全失重状态,活塞的重力效果消失,气体压强p2=p0(2)图像:一定质量气体的图像为过原点的倾斜直线,如图乙所示。(4)在探究气体的等温变化实验中空气柱体积变化快慢对实验没有影响。汽缸导热良好,不计活塞与汽缸间的摩擦,环境温度不变。球外空气压强减小 D.①把注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。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。解析缸内气体等温变化,初状态时,气体压强:④根据记录的数据,作出相应图像,分析得出结论。活塞相对于汽缸在原位置上方封闭气体的注射器应密封良好(2)实验方法:控制气体温度和质量不变,研究气体压强与体积的关系。①气体质量不变、温度不变。利用玻意耳定律解题的基本思路注射器下端用橡胶套密封,上端用活塞(柱塞)封闭一段空气柱,这段空气柱是我们的研究对象。玻意耳定律的数学表达式pV=C中的常量C不是一个普适恒量,它与气体的种类、质量、温度有关,对一定质量的气体,温度越高,该恒量C越大。(2)实验方法:控制气体温度和质量不变,研究气体压强与体积的关系。必备知识自我检测4.一定质量的气体在温度保持不变时,压强增大到原来的4倍,则气体的体积变为原来的(

)答案D探究一探究二随堂检测探究气体等温变化的规律情境探究借助铅笔,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,气球都只大了一点,想把气球吹大非常困难,为什么?要点提示由“吹气口反扣在瓶口上”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。探究一探究二随堂检测知识归纳1.实验目的研究一定质量的气体在温度保持不变时,它的压强与体积的关系。2.实验器材DIS设备、压强传感器、注射器(针筒)。探究一探究二随堂检测3.实验原理(如图所示)(1)实验研究对象:注射器内的一定质量的气体。(2)实验方法:控制气体温度和质量不变,研究气体压强与体积的关系。(3)待测量气体压强:可以通过压强传感器读出。气体体积:通过注射器刻度读出。缓慢改变气体体积,测出对应的气体压强,从而探究一定质量的气体压强和体积的关系。探究一探究二随堂检测4.实验步骤(1)安装实验器材。(2)将注射器活塞推到刻度2处。(3)记下此时的压强值和对应的体积值(刻度值),填入表格。(4)缓慢推拉活塞,使刻度值分别为1.5、1、…(或2.5、3、…),重复上一步骤,记下对应的压强和体积。5.实验结论一定质量的某种气体,在温度不变的条件下,压强与体积的倒数成正比,即压强与体积成反比。探究一探究二随堂检测实例引导例1(2020北京海淀区二模)如图1所示,用气体压强传感器探究气体等温变化的规律,操作步骤如下:①在注射器内用活塞封闭一定质量的气体,将注射器、压强传感器、数据采集器和计算机逐一连接起来;②移动活塞至某一位置,记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算机显示的气体压强值p1;③重复步骤②,多次测量并记录;④根据记录的数据,作出相应图像,分析得出结论。探究一探究二随堂检测(1)关于本实验的基本要求,下列说法中正确的是

(多选,选填选项前的字母)。

A.移动活塞时应缓慢一些B.封闭气体的注射器应密封良好C.必须测出注射器内封闭气体的质量D.气体的压强和体积必须用国际单位(2)为了能最直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系,应作出

(选填“p-V”或“”)图像。对图线进行分析,如果在误差允许范围内该图线是一条

线,就说明一定质量的气体在温度不变时,其压强与体积成反比。

探究一探究二随堂检测解析(1)由于该实验是“用气体压强传感器探究气体等温变化的规律”,条件是对于一定质量的气体而言的,故实验中不能出现漏气的现象,移动活塞时,外界对气体做功或者气体对外做功,如果太快的话,气体的温度就可能会发生变化,故A、B正确;等温变化的规律为p1V1=p2V2,所以不必测出气体的质量,只要看它是否满足这样的变化规律即可,故C错误;只要压强p两边的单位统一,体积V两边的单位统一,就可以得出等温变化的规律,故D错误。(2)如果作p-V图像,因为它们的乘积是不变的,故这个图像应该是一条曲线,不能直观地判断压强p与体积V的数量关系,直线更能形象直观地体现二者的关系,故应作出

的图像,在误差允许的范围内,

图线是一条过原点的倾斜直线。答案(1)AB

(2)

过原点的倾斜直探究一探究二随堂检测规律方法

1.保证气体质量不变的方法:针筒要密封,为此可于实验前在柱塞上涂好润滑油,以免漏气。2.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空气柱部分。(3)改变气体体积后不要立即读数,待稳定后再读数。3.实验数据处理:用p-V图像处理数据时,得到的图线是双曲线;用

图像处理数据时,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。探究一探究二随堂检测变式训练1研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:探究一探究二随堂检测①把注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,记录注射器的刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p。③用

图像处理实验数据,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

。

(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

和

。

(3)如果实验操作规范正确,但如图所示的

图线不过原点,则V0代表

。

探究一探究二随堂检测解析(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在注射器活塞上涂润滑油。这样可以保持气密性。(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动活塞要缓慢;不能用手握住注射器封闭气体部分。这样能保证装置与外界温度一样。(3)如果实验操作规范正确,但图线不过原点,则V0代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积。答案(1)在注射器活塞上涂润滑油(2)移动活塞要缓慢

不能用手握住注射器封闭气体部分(3)注射器与压强传感器连接部位的气体体积探究一探究二随堂检测玻意耳定律情境探究在一个恒温池中,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。则:(1)上升过程中,气泡内气体的温度发生改变吗?(2)上升过程中,气泡内气体的压强怎么改变?(3)气泡在上升过程中体积为何会变大?(4)为什么气泡到达水面会破?要点提示(1)因为在恒温池中,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可知,压强变小,气体的体积增大。(4)内外压强不相等。探究一探究二随堂检测知识归纳1.玻意耳定律的表达式式中p1,V1和p2,V2分别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。玻意耳定律的数学表达式pV=C中的常量C不是一个普适恒量,它与气体的种类、质量、温度有关,对一定质量的气体,温度越高,该恒量C越大。2.适用条件(1)一定质量的气体,且气体温度保持不变。(2)压强不太大,温度不太低。探究一探究二随堂检测3.两种等温变化图像

探究一探究二随堂检测探究一探究二随堂检测实例引导例2(2020山东青岛二模)呼吸机在抗击新冠肺炎的“战疫”中发挥了重要的作用。呼吸机的工作原理可以简述为:吸气时会将气体压入患者的肺内,当压力上升到一定值时,呼吸机会停止供气,呼气阀也会相继打开,患者的胸廓和肺就会产生被动性的收缩,进行呼气。若吸气前肺内气体的体积为V0,肺内气体压强为p0(大气压强)。吸入一些压强为p0的气体后肺内气体的体积变为V,压强变为p,整个过程温度保持不变,则吸入气体的体积为(

)探究一探究二随堂检测解析设吸入的气体体积为V1,气体发生等温变化,由玻意耳定律得p0(V0+V1)=pV,解得

,故D正确,A、B、C错误。答案D探究一探究二随堂检测规律方法

1.利用玻意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。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)明确状态参量应用玻意耳定律解决问题时,一定要先确定好两个状态的体积和压强,即找出气体状态变化前后的两组p、V值。(3)列方程、求解因为是比例式,计算中只需使相应量(p1、p2及V1、V2)的单位统一,不一定用国际单位制单位。(4)检验结果在等温变化中,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。探究一探究二随堂检测2.应用玻意耳定律解题时的两个误区误区1:误认为在任何情况下玻意耳定律都成立。只有一定质量的气体在温度不变时,定律才成立。误区2:误认为气体的质量变化时一定不能用玻意耳定律进行分析。当气体经历多个质量发生变化的过程时,可以分段应用玻意耳定律进行列方程,也可以把发生变化的所有气体作为研究对象,应用玻意耳定律列方程。探究一探究二随堂检测变式训练2如图所示,开口向上的汽缸内用质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体,现让汽缸做自由落体运动。汽缸导热良好,不计活塞与汽缸间的摩擦,环境温度不变。在下落过程中,当活塞再次相对汽缸静止时,下列说法正确的是(

)A.活塞相对于汽缸仍在原位置B.活塞相对于汽缸在原位置上方C.活塞相对于汽缸在原位置下方D.气体压强不变探究一探究二随堂检测解析缸内气体等温变化,初状态时,气体压强:末状态时,汽缸处于完全失重状态,活塞的重力效果消失,气体压强p2=p0根据玻意耳定律p1V1=p2V2可得V1<V2说明活塞相对于汽缸在原位置上方,故B正确,A、C、D错误。答案B探究一探究二随堂检测1.氢气球受到孩子们的喜爱,特别是年幼的小孩,小孩一不小心松手,氢气球会飞向天空,上升到一定高度会胀破,是因为(