新教材同步系列2024春高中物理第二章气体固体和液体2气体的等温变化课件新人教版选择性必修第三册

第二章气体、固体和液体2气体的等温变化学习目标学法与考法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(重点)2．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(重点)3．理解气体等温变化的p－V图像的物理意义(重点)学法：①掌握控制变量法，通过实验探究气体等温变化规律了解气体实验定律．②通过作图，学会用图像描述气体的状态变化考法：①考查对气体等温变化实验的理解．②考查玻意耳定律的应用．③通过图像考查玻意耳定律知识导图

课前•自主预习实验：探究气体等温变化规律1．实验器材铁架台、_________、_________、压力表(压强表)等．注射器下端用橡胶塞密封，上端用活塞封闭一段空气柱，这段_________是我们的研究对象．注射器橡胶塞空气柱2．数据收集空气柱的压强p由上方的________读出，体积V用__________读出的空气柱的长度l乘气柱的横截面积S．用手把活塞向下压或向上拉，读出体积与压强的几组值．压力表刻度尺正比反比用注射器对封闭气体做等温变化的实验时，在改变封闭气体的体积时，为什么要缓慢进行？【答案】防止温度变化．在“探究气体等温变化规律”的实验中，下列四个因素中对实验的准确性影响最小的是

(

)A．针筒封口处漏气B．采用横截面积较大的针筒C．针筒壁与活塞之间存在摩擦D．实验过程中用手去握针筒【答案】B【解析】探究气体等温变化规律的实验前提是气体的质量和温度不变，针筒封口处漏气，则质量变小，用手握针筒，则温度升高，所以A、D错误；实验中我们只是测量空气柱的长度，不需测量针筒的横截面积，B正确；活塞与筒壁的摩擦对结果没有影响的前提是不考虑摩擦产生的热，但实际上由于摩擦生热，会使气体温度升高，影响实验的准确性，C错误．玻意耳定律1．内容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________．2．公式_________(常量)或_______________．3．适用条件(1)气体质量不变、________不变．(2)气体温度不太低、压强不太大．反比pV＝C

p1V1＝p2V2

温度玻意耳定律适用于质量不变，温度不变的任何气体吗？【答案】还要压强不太大，温度不太低．一个气泡由湖面下20m深处上升到湖面下10m深处，它的体积约变为原来体积的(若湖水温度不变，水的密度为1.0×103kg/m3，g取10m/s2) (

)A．3倍 B．2倍【答案】C气体等温变化的p－V图像1．p－V图像一定质量的气体的p－V图像为一条__________，如图甲所示．双曲线甲

乙倾斜直线一定质量的气体，在p－V图像中，等温线上不同点与两坐标轴连线形成的不同矩形的面积有什么特点？【答案】相等．

(多选)如图所示为一定质量的气体在不同温度下的两条等温线，则下列说法正确的是 (

)A．从等温线可以看出，一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成反比B．一定质量的气体，在不同温度下的等温线是不同的C．一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积的乘积越小D．由图可知T1＞T2【答案】AB【解析】由等温线的物理意义可知，A、B正确；对于一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积乘积越大，等温线的位置越高，C、D错误．课堂•重难探究－探究气体等温变化的规律对气体等温变化规律实验的理解例1

(1)在用注射器做“探究气体等温变化规律”的实验中，为了提高准确度，提出了如下几条措施：A．注射器必须竖直固定在铁架台上，活塞表面应抹上适量的润滑油B．实验时必须用手握住注射器以免晃动C．实验时让活塞缓慢移动，待活塞稳定后再读数D．计算时只需要将p、V单位分别统一，不必都化成国际制单位E．计算得到的p、V值可能保留多位小数其中不必要或不正确的是________．(2)实验前，用适量的润滑油涂抹活塞，其目的是________；检查润滑性的方法是_______________；检查气密性的方法是_______________________________．【答案】(1)B、E

(2)密封和减小摩擦拔去橡皮帽，注射器竖直放置时活塞自动下落套上橡皮帽，封入一定量空气，拉压活塞释放后能自动复位【解析】实验时应保持温度不变，所以不能用手握住注射器．保留多个小数位，误差会更大．－玻意耳定律的理解及应用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．理解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．3．应用玻意耳定律的思路和方法(1)确定研究对象，并判断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)注意分析题目中的隐含条件，必要时还应由力学或几何知识列出辅助方程．(5)有时要检验结果是否符合实际，对不符合实际的结果要删去．玻意耳定律的理解及应用例2若已知大气压强为p0，图中各装置均处于静止状态，液体密度均为ρ，重力加速度为g，求各被封闭气体的压强．甲乙

丙丁戊解：题图甲中，以高为h的液柱为研究对象，由受力平衡条件得p甲S＋ρghS＝p0S，解得p甲＝p0－ρgh．题图乙中，由连通器原理及平衡条件知pAS＋ρghS＝p0S，解得p乙＝pA＝p0－ρgh．题图丙中，以长度为h的液柱为研究对象，由平衡条件有pA′S＋ρghsin60°·S＝p0S，题图丁中，由连通器原理及平衡条件得p丁S＝p0S＋ρgh1S，所以p丁＝p0＋ρgh1．题图戊中，从开口端开始计算，右端大气压强为p0，同种液体同一水平面上的压强相同，所以b气柱的压强为pb＝p0＋ρg(h2－h1)，故a气柱的压强为pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h1－h3)．变式1

(2022年河北期末)水火箭可以演示反冲现象．如图所示，是一个简易的水火箭，其容积V＝4L，现装入V0＝1L水后用一个打气筒给其充气．已知气筒每次能够将V0′＝0.5L的一个大气压p0的空气打入其中，打气过程可以看成等温变化．重力加速度g取10m/s2，整个过程中不考虑火箭中水的蒸发．要使水火箭内的气压达到一个标准大气压的4倍，求需要打气的次数n．解：设水火箭内气体体积为V1，则有V1＝V－V0，由玻意耳定律有p0(nV0′＋V1)＝4p0V1，解得n＝18．应用玻意耳定律的注意事项1．压强的判断：应用玻意耳定律解题时，确定气体的压强是解题的关键，无论是液柱、活塞、汽缸，还是封闭在液面下的气柱，都不要忘记大气压强产生的影响．2．统一单位：列方程时，由于等式两边是对应的，因此各物理量的单位可以不是国际单位，但等式两边必须统一．例如，体积可以都用L，压强可以都用cmHg．－对气体等温变化图像的理解对气体等温变化图像的理解及应用例3

(多选)如图所示是一定质量的某种气体状态变化的p－V图像，气体由状态A变化到状态B的过程中，关于气体的温度和分子平均速率的变化情况，下列说法错误的是 (

)A．都一直保持不变B．温度先升高后降低C．温度先降低后升高D．平均速率先增大后减小【答案】AC【解析】由图像可知，pAVA＝pBVB，所以A、B两状态的温度相等，在同一等温线上，可在p－V图上作出几条等温线，如图所示．由于离原点越远的等温线温度越高，所以从状态A到状态B温度应先升高后降低，分子平均速率先增大后减小．变式2如图所示为一定质量的理想气体的p－V图像，A、B是双曲线上的两点，△OAC和△OBD的面积分别为S1和S2，则 (

)A．S1＜S2B．S1＝S2C．S1＞S2D．S1与S2的大小无法确定【答案】B1．不同的等温线温度不同，越靠近原点的等温线温度越低，越远离原点的等温线温度越高．2．由不同等温线的分布情况可以判断温度的高低．小练•随堂巩固1．(多选)一定质量的气体，在等温变化的过程中，下列物理量一定不发生变化的是

(

)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【答案】AD【解析】由于气体等温变化，温度不变，分子的平均动能不变，分子的平均速率不发生变化，A正确；由于是针对一定质量的气体，所以气体的分子总数不变，D正确；在等温变化中，p和V在发生变化，单位体积内的分子数由于体积V的变化而变化，故B、C错误．2．如图，竖直放置、开口向下的试管内用水银封闭一段气体，若试管自由下落，则管内气体

(

)A．压强增大，体积增大

B．压强增大，体积减小C．压强减小，体积增大

D．压强减小，体积减小【答案】B【解析】试管竖直放置时，封闭的气体压强为p＝p0－ρgh；试管自由下落时，封闭的气体压强为p＝p0，根据玻意耳定律pV＝C，知压强增大，则体积减小，故B正确．3．(多选)如图所示，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，下列对气泡内气体分子的描述正确的有

(

)A．气体分子的平均速率不变B．气体分子数密度增加C．气体分子数密度不变D．气体分子对气泡壁单位面积的平均作用力减小【答案】AD【解析】在气泡缓慢浮起时，温度不变，而压强减小，气体分子对气泡壁单位面积的平均作用力减小，故D正确．由玻意耳定律知，体积增大，所以分子数密度减小，B、C错误．温度不变时，分子的平均动能不变，A正确．4．(多选)如图所示是一定质量气体的两条等温线，则下列关于各状态温度的说法中正确的是(A、B、C、D为四种状态) (

)A．tA＝tB

B．tB＝tCC．tC＞tD

D．tD＞tA【答案】AD【解析】根据图像的变化规律可知tC＝tD＞tA＝tB．故A、D正确．5．(2023年广州阶段检测)用图甲所示实验装置探究气体等温变化的规律．(1)在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的__________和__________．(2)关于该实验下列说法正确的是 (

)A．为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油B．改变气体体积时应快速推拉柱塞C．为方便推拉柱塞，应用手握注射器再推拉柱塞D．注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，可以不标注单位乙

丙

A．实验过程中有漏气现象B．实验过程中气体温度降低C．实验过程中气体温度升高D．漏加了注射器与压强传感器连接处的气体体积【解析】(1)探究气体等温变化的规律，需要保持不变的量是气体的质量和温度．(2)为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油，A正确；实验时为防止气体温度变化，应缓慢推拉柱塞，B错误；实验时为防止温度发生变化，则不能用手握注射器推拉柱塞，C错误；只需关注图像斜率的变化即可探究压强和体积的关系，注射器旁的刻度尺只需要刻度分布均匀即可，可以不标注单位，D正确．6．(2022年广东卷)玻璃瓶可作为测量水深的简易装置．如图所示，潜水员在水面上将80mL水装入容积为380mL的玻璃瓶中，拧紧瓶盖后带入水底