人教版高中物理選修3-3氣體的等溫變化名師公開課優(yōu)質課件(47張)

第八章氣體第1節(jié)氣體的等溫變化[學習目標]1．知道氣體的三個狀態(tài)參量。2．掌握玻意耳定律，并能應用它解決氣體的等溫變化問題。3．知道氣體等溫變化的p－V圖像，即等溫線?；A落實·新知探究一、探究氣體等溫變化的規(guī)律1．狀態(tài)參量：研究氣體的性質時，用___、___、_____這三個物理量來描述氣體的狀態(tài)，這三個物理量被稱為氣體的狀態(tài)參量。2．等溫變化：一定質量的氣體，在____不變時其壓強與體積發(fā)生的變化。壓強體積溫度溫度3．實驗探究實驗器材鐵架臺、________、氣壓計等研究對象(系統(tǒng))注射器內被封閉的________數(shù)據(jù)收集壓強由氣壓計讀出，空氣柱體積(長度)由________讀出數(shù)據(jù)處理以壓強p為縱坐標，以體積的倒數(shù)為橫坐標作出________圖像圖像結果p－圖像是一條過原點的_____實驗結論壓強跟體積的倒數(shù)成____，即壓強與體積成_____注射器空氣柱刻度尺直線正比反比自主思考——判一判1．(1)被封閉氣體的質量發(fā)生變化不影響實驗結果。()(2)實驗中空氣柱體積變化快慢對實驗沒有影響。()(3)玻璃管外側的刻度雖然是均勻的，但并非準確的等于1cm、2cm……這對實驗結果的可靠性沒有影響。()××√二、玻意耳定律1．內容：一定質量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強p與體積V成____。2．公式：____＝C(常量)或p1V1＝_____。3．適用條件：氣體_____不變、溫度不變。自主思考——判一判2．(1)玻意耳定律是英國科學家玻意耳和法國科學家馬略特各自通過實驗發(fā)現(xiàn)的。()(2)公式pV＝C中的C是常量，指當p、V變化時C的值不變。()(3)對于溫度不同、質量不同、種類不同的氣體，C值是相同的。()反比pVp2V2質量√√×三、氣體等溫變化的p－V圖像1．形狀：如圖8－1－1，一定質量的理想氣體的p－V圖線的形狀為_______，它描述的是溫度不變時的p－V關系，稱為等溫線。2．分析：一定質量的氣體，不同溫度下的等溫線是_____的。圖8－1－1

雙曲線不同自主思考——判一判3．(1)一定質量的氣體的等溫線上的兩點的壓強p和體積V的乘積相等。()(2)p－V圖中的等溫線上的一點代表一定質量的氣體的一個狀態(tài)。()(3)一定質量的某種氣體在溫度不變的條件下，其p－圖像是過原點的一條直線。()√√√在一個恒溫池中，一串串氣泡由池底慢慢升到水面，有趣的是氣泡在上升過程中，體積逐漸變大，到水面時就會破裂。問題：(1)上升過程中，氣泡內氣體的溫度發(fā)生改變嗎？(2)上升過程中，氣泡內氣體的壓強怎么改變？(3)氣泡在上升過程中體積為何會變大？圖8－1－2

提示

(1)因為在恒溫池中，所以氣泡內氣體的溫度保持不變。(2)變小。(3)由玻意耳定律pV＝C可知，壓強變小，氣體的體積增大?？键c一封閉氣體壓強的計算1．靜止或勻速運動系統(tǒng)中封閉氣體壓強的計算方法(1)參考液片法：選取假想的液體薄片(自身重力不計)為研究對象，分析液片兩側受力情況，建立受力平衡方程，得到液片兩側壓強相等，進而求得氣體壓強。

課堂互動·突破考點例如，圖8－1－3中粗細均勻的U形管中封閉了一定質量的氣體A，在其最低處取一液片B，由其兩側受力平衡可知(pA＋ph0)S＝(p0＋ph＋ph0)S即pA＝p0＋ph。(2)力平衡法：選與封閉氣體接觸的液柱(或活塞、汽缸)為研究對象進行受力分析，由F合＝0列式求氣體壓強。圖8－1－3

(3)連通器原理：在連通器中，同一種液體(中間液體不間斷)的同一水平液面上的壓強相等。2．容器加速運動時封閉氣體壓強的計算當容器加速運動時，通常選與氣體相關聯(lián)的液柱、汽缸或活塞為研究對象，并對其進行受力分析，然后由牛頓第二定律列方程，求出封閉氣體的壓強。如圖8－1－4，當豎直放置的玻璃管向上勻加速運動時，對液柱受力分析有pS－p0S－mg＝ma圖8－1－4

[例1]

如圖8－1－5所示，活塞的質量為m，缸套的質量為m0，通過彈簧吊在天花板上，汽缸內封住一定質量的氣體，缸套和活塞間無摩擦，活塞面積為S，大氣壓強為p0。則封閉氣體的壓強p為

圖8－1－5

[審題指導]①汽缸內氣體對缸套的壓力方向垂直于缸套下表面向下。②對缸套受力分析，列平衡方程求解?！窘馕觥恳愿滋诪檠芯繉ο?，有pS＋m0g＝p0S，所以封閉氣體的壓強p＝p0－，故應選C?！敬鸢浮?/p>

C

名師點撥求解氣體壓強的方法(1)以封閉氣體的液面或固體為研究對象；(2)分析其受力情況；(3)由平衡條件或牛頓第二定律列出方程，從而求得氣體的壓強。1．有一段12cm長的水銀柱，在均勻玻璃管中封住一定質量的氣體，若開口向上將玻璃管放置在傾角為30°的光滑斜面上，在下滑過程中被封氣體的壓強為(大氣壓強p0＝101kPa，相當于76cm水銀柱產生的壓強)A．101kPa B．109kPaC．117kPa D．93kPa解析

水銀柱的受力分析如圖所示，因玻璃管和水銀柱組成系統(tǒng)的加速度a＝gsinθ，所以對水銀柱由牛頓第二定律得：p0S＋mgsinθ－pS＝ma，故p＝p0，所以選項A正確。答案

A

2．如圖8－1－6所示，豎直放置的U形管，左端開口，右端封閉，管內有a、b兩段水銀柱，將A、B兩段空氣柱封閉在管內。已知水銀柱a長10cm，水銀柱b兩個液面間的高度差為5cm，大氣壓強為75cmHg，求空氣柱A、B的壓強。圖8－1－6

解析

設氣體A、B產生的壓強分別為pA、pB，管截面積為S，取a液柱為研究對象進行受力分析如圖甲所示，得pAS＋mag＝p0S，而paS＝ρgh1S＝mag，故pAS＋paS＝p0S所以pA＝p0－pa＝75cmHg－10cmHg＝65cmHg取液柱b為研究對象進行受力分析如圖乙所示，同理可得pBS＋pbS＝pAS所以pB＝pA－pb＝65cmHg－5cmHg＝60cmHg。答案

65cmHg

60cmHg考點二玻意爾定律1．成立條件玻意耳定律p1V1＝p2V2是實驗定律。只有在氣體質量一定、溫度不變的條件下才成立。2．恒量的定義p1V1＝p2V2＝恒量C。該恒量C與氣體的種類、質量、溫度有關，對一定質量的氣體，溫度越高，該恒量C越大。3．兩種等溫變化圖像內容p－圖像p－V圖像圖像特點4.利用玻意耳定律解題的基本思路(1)明確研究對象，根據(jù)題意確定所研究的是哪部分封閉氣體，注意其質量和溫度應不變。(2)明確狀態(tài)參量，找準所研究氣體初、末狀態(tài)的p、V值。(3)根據(jù)玻意耳定律列方程求解。[例2]今有一質量為M的汽缸，用質量為m的活塞封有一定質量的理想氣體，當汽缸水平橫放時，氣柱長為L0(如圖8－1－7甲所示)，若將汽缸按圖乙懸掛保持靜止時，求氣柱長度為多少？已知大氣壓強為p0，活塞的橫截面積為S，它與汽缸之間無摩擦且不漏氣，且氣體溫度保持不變。

圖8－1－7

[審題指導]①分別對活塞受力分析，求氣缸中氣體壓強。②由玻意爾定律列式求解?！窘馕觥繉ζ字械睦硐霘怏w，當汽缸水平橫放時，氣體壓強為p0，氣體體積為SL0名師點撥求解封閉氣體壓強需注意的兩點1．在計算封閉氣體壓強時，無論是液柱、活塞、汽缸，還是封閉在液面下的氣柱，都不能忘記大氣壓強產生的影響。2．在利用玻意耳定律時，無論外界條件如何變化，封閉氣體都必須保證質量不變。3．如圖8－1－8是一定質量的某種氣體在p－V圖中的等溫線，A、B是等溫線上的兩點，△OAD和△OBC的面積分別為S1和S2，則A．S1＞S2

B．S1＝S2C．S1＜S2 D．無法比較

圖8－1－8

答案

B

4．(2018·全國卷Ⅰ)如圖8－1－9，容積為V的汽缸由導熱材料制成，面積為S的活塞將汽缸分成容積相等的上下兩部分，汽缸上部通過細管與裝有某種液體的容器相連，細管上有一閥門K。開始時，K關閉，汽缸內上下兩部分氣體的壓強均為p0?，F(xiàn)將K打開，容器內的液體緩慢地流入汽缸，

圖8－1－9

解析

設活塞再次平衡后，活塞上方氣體的體積為V1，壓強為p1；下方氣體的體積為V2，壓強為p2。在活塞下移的過程中，活塞上、下方氣體的溫度均保持不變，由玻意耳定律得每充或抽一次氣，容器中空氣的質量都會發(fā)生變化，但如果靈活選取研究對象，可將其轉變?yōu)橘|量不變的問題。(1)玻意耳等溫分態(tài)公式一般地，若將某氣體(p，V，M)在保持總質量、溫度不變的情況下分成了若干部分(p1，V1，M1)、(p2，V2，M2)、…、(pn、Vn、Mn)，則有pV＝p1V1＋p2V2＋…＋pnVn。充氣與抽氣問題

應用等溫分態(tài)公式解答溫度不變情況下，氣體的分與合，部分氣體質量有變化、氣體總質量無變化、又不直接涉及氣體質量的問題時，常常十分方便。(2)關于充氣問題：如果打氣時每一次打入的空氣質量、體積和壓強均相同，則可設想用一容積為nV0的打氣筒將壓強為p0的空氣一次打入容器與打n次氣等效代替。所以研究對象應為容器中原有的空氣和n次打入的空氣總和。這樣充氣過程可看作是氣體的等溫壓縮過程。

(3)關于抽氣問題：從容器內抽氣的過程中，容器內的氣體質量不斷減小，這屬于變質量的問題。分析時，將每次抽氣過程中抽出的氣體和剩余氣體作為研究對象，質量不變，故抽氣過程可看作是等溫膨脹過程。(4)關于灌氣問題：一個大容器里的氣體分裝到多個小容器的問題，也是一個典型的變質量問題。分析這類問題時，可以把大容器的氣體和多個小容器中的氣體看作整體作為研究對象，可將變質量的問題轉化為質量不變的問題。[例題]如圖8－1－10所示為某壓縮式噴霧器儲液桶，其容量是5.7×10－3m3，往桶內倒入4.2×10－3m3的藥液后開始打氣，假設打氣過程中藥液不會向外噴出。如果每次能打進2.5×10－4m3的空氣，要使噴霧器內空氣的壓強達到4atm，應打氣幾次？這個壓強能否使噴霧器內的藥液全部噴完？(設標準大氣壓為1atm，打氣過程中不考慮溫度的變化)

圖8－1－10

【解析】設標準大氣壓為p0，藥桶中空氣的體積為V，打氣N次后，噴霧器中的空氣壓強達到4atm，打入氣體在1atm下的體積為N×2.5×10－4m3。選取打氣N次后藥桶中的空氣為研究對象，由玻意耳定律得p0V＋p0×N×(2.5×10－4m3)＝4p0V其中V＝5.7×10－3m3－4.2