2.2氣體的等溫變化 課件-高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

第2節(jié)

氣體的等溫變化第二章人教版（2019）選擇性必修三CONTENTS目錄探究氣體等溫變化的規(guī)律01玻意耳定律02學(xué)以致用提高練習(xí)04封閉氣體壓強的分析與計算03思考與討論：在慶典活動中放飛的氣球，會飛到我們看不見的地方。隨著氣球的升空，大氣壓在減小，溫度在降低，氣球在膨脹......看來，一定質(zhì)量的氣體的壓強、體積和溫度三個狀態(tài)參量之間是有聯(lián)系的。那么，它們會有怎樣的聯(lián)系呢？新課導(dǎo)入知識講解課堂小結(jié)隨堂練習(xí)布置作業(yè)癟了乒乓球復(fù)原實驗演示【思考】1.你能說一下乒乓球內(nèi)氣體狀態(tài)參量P、V、T是怎樣變化的嗎？2.在剛才的實驗中三個狀態(tài)參量都發(fā)生了變化，如果我們要研究某兩個狀態(tài)參量的關(guān)系，我們應(yīng)該如何做呢？比如只研究P與V的直接的關(guān)系。一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下其壓強與體積的變化。我們把這種變化叫做等溫變化。新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)一、探究氣體等溫變化的規(guī)律1.等溫變化：氣體在溫度不變的狀態(tài)下，發(fā)生的變化。2.等溫變化實驗(1)實驗?zāi)康模禾骄恳欢ㄙ|(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，其壓強與體積變化時的關(guān)系(2)實驗原理：先選定一個熱力學(xué)系統(tǒng)，比如一定質(zhì)量的空氣，在溫度不變的情況下，測量氣體在不同體積時的壓強，再分析氣體壓強與體積的關(guān)系。（3）實驗方法：控制變量法（4）實驗器材：鐵架臺、注射器、刻度尺、壓力表(壓強表)等，注射器下端用橡膠塞密封，上端用柱塞封閉一段空氣柱。新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)（5）物理量的測量：需要測量空氣柱的體積V和空氣柱的壓強P?？諝庵拈L度L可以通過刻度尺讀取，空氣柱的長度L與橫截面積S的乘積就是它的體積V?？諝庵膲簭奝可以從與注射器內(nèi)空氣柱相連的壓力表讀取。思考與討論：①研究的是哪一部分氣體?注射器內(nèi)一定質(zhì)量的氣體②怎樣保證氣體質(zhì)量不變?柱塞上涂上潤滑油（凡士林）——主要是防止漏氣，不是為了減小摩擦，該裝置即使有摩擦，也不影響實驗結(jié)果。④如何保證封閉氣體的溫度不變?不能用手觸摸玻璃管，緩慢拉動活塞，環(huán)境恒溫，容器透熱③如何改變體積？壓縮封閉氣體即可新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)(6)實驗演示：新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)(7)數(shù)據(jù)分析：溫度不變時壓強與體積的關(guān)系(8)實驗結(jié)論：一定質(zhì)量的某種氣體在溫度不變的情況下，壓強P與體積V成反比。新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)思考與討論：

理論分析：誤差來源：注射器與傳感器相連部分的體積沒有考慮。減小誤差的方法應(yīng)該使用較大的注射器，在實驗過程中，氣體的體積不宜壓得太小，這樣使那一部分的體積可以忽略不計。新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)二、玻意耳定律1.內(nèi)容：

一定質(zhì)量某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強P與體積V

成反比。2.公式：

pV=C(常數(shù))或

p1V1

=

p2V2

C與氣體的種類、質(zhì)量、溫度有關(guān)。

對一定質(zhì)量的某種氣體：溫度不變，C不變

對一定質(zhì)量的某種氣體：溫度越高，C越大

相當(dāng)于大氣壓幾倍的壓強都可以算作“壓強不太大”零下幾十?dāng)z氏度的溫度也可以算作“溫度不太低”提示：

PV

=

C

=

nRT

n為氣體物質(zhì)的量R為氣體常數(shù)(定值)3.公式應(yīng)用注意事項：①

研究對象:一定質(zhì)量的氣體②

適用條件:溫度保持恒定③

適用范圍:溫度不太低（與室溫相比），壓強不太大（與大氣壓相比）新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)4.圖像：（1）P-V圖（等溫線）：一定質(zhì)量的理想氣體，在溫度不變的情況下P與V成反比，因此P-V圖像的形狀為雙曲線的一支。它描述的是溫度不變時的P-V關(guān)系，稱為等溫線。面積

S表示什么？面積

S=PV

=

C

=

nRT

sT1T2【思考】一定質(zhì)量的氣體在T1、T2時的等溫線如圖，請比較T1、T2大小關(guān)系。一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，氣體壓強與體積的乘積越大，等溫線離原點越遠。（圖中T1<T2）特點：①每條等溫線上氣體各狀態(tài)溫度相同，即P與V乘積相同；②等溫線上的某點表示氣體的一個確定狀態(tài)；③溫度越高等溫線離坐標(biāo)軸或原點越遠（T1<T2）；④一定質(zhì)量的氣體，不同溫度下的等溫線是不同的。新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)（2）p-1/V

圖特點：（1）斜率越大，PV乘積越大，溫度越高。（2）一定質(zhì)量氣體，不同溫度下的等溫線是不同的。T1T2p1/V0斜率：K=P/(1/V)=PV=C等溫線氣體體積一定時，分子的數(shù)密度一定；溫度越高，分子無規(guī)則運動越劇烈，氣體壓強越大。所以T1<T2?！舅伎肌恳欢ㄙ|(zhì)量的氣體在T1、T2時的等溫線如圖，請比較T1、T2大小關(guān)系。新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)兩種圖像內(nèi)容p－V圖像p－1/V圖像圖像特點物理意義一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下，p與V成反比，等溫線是雙曲線的一支一定質(zhì)量的氣體，溫度不變，p與成正比，等溫線是過原點的直線溫度高低一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，氣體壓強與體積的乘積越大，等溫線離原點越遠，圖中t1<t2直線的斜率為p與V的乘積，斜率越大，pV乘積越大，溫度越高，圖中t1<t2p－V圖像與p－1/V圖像的比較新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)實驗演示：用傳感器探究氣體等溫變化的規(guī)律新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)三、封閉氣體壓強的分析與計算1.容器靜止或勻速運動時封閉氣體壓強的分析計算方法①取等壓面法：同一水平液面處壓強相同hABhDCp=p0+ρghp=p0-ρghp=p0-ρghh新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)②力平衡法汽缸橫截面積為S，活塞質(zhì)量為mhhhmMmSSm新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)2.容器加速時封閉氣體壓強的分析計算方法方法：當(dāng)容器加速運動時，通常選與氣體相關(guān)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。如圖所示，當(dāng)豎直放置的玻璃管向上加速運動時，對液柱受力分析有：pS－p0S－mg＝ma新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)mS3.平衡態(tài)下固體（活塞、氣缸）密閉氣體壓強的計算提示：求用固體（如活塞）封閉在靜止容器內(nèi)的氣體壓強，應(yīng)對固體進行受力分析。然后根據(jù)平衡條件求解。GP0SPSPS=P0S+mgSmGPSP0S′S′PS=mg+P0S＇cosθPS=mg+P0S新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)MmSMmS以活塞為研究對象以氣缸為研究對象mg+PS=P0SMg+PS=P0S新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)4.平衡態(tài)下液體密閉氣體壓強的計算1.理論依據(jù)（1）液體壓強的計算公式p=gh。（2）液面與外界大氣相接觸，則液面下h處的壓強為p=p0+gh（3）連通器原理：在連通器中，同一種液體（中間液體不間斷）的同一水平面上的壓強是相等的。2.計算方法根據(jù)同種液體在同一水平液面處壓強相等，在連通器內(nèi)靈活選取等壓面．由兩側(cè)壓強相等列方程求解壓強。例如圖中，同一液面C、D處壓強相等pA＝p0＋ph。新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)【課堂例題】下列各圖裝置均處于靜止?fàn)顟B(tài)。設(shè)大氣壓強為P0，用水銀（或活塞）封閉一定量的氣體在玻璃管（或氣缸）中，求封閉氣體的壓強P①hh②h③P=ρghP=?cmHg（柱）P—帕h—米P=P0P=P0+ρghP=P0-ρgh新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)h④h⑤h⑥P=P0+ρghP=P0-ρghP=P0-ρgh新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)氣體的等溫變化探究氣體等溫變化的規(guī)律玻意耳定律平衡態(tài)下固體（活塞、氣缸）密閉氣體壓強的計算等溫變化實驗一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下，它的壓強P跟體積V成反比。表達式PV=CP1V1=P2V2適用條件圖像平衡態(tài)下液體封閉氣體壓強的計算布置作業(yè)課堂小結(jié)新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)1.(多選)下列圖中，P表示壓強，V表示體積，T為熱力學(xué)溫度，各圖中正確描述一定質(zhì)量的氣體是等溫變化的是()【答案】ABC【解析】氣體的等溫變化指的是一定質(zhì)量的氣體在溫度不變的情況下，氣體壓強與體積成反比，BC正確，D錯誤；溫度不變，A正確。四、學(xué)以致用提高練習(xí)隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識講解課堂小結(jié)布置作業(yè)2．在兩端開口豎直放置的U形管內(nèi)，兩段水銀封閉著長度為L的空氣柱，a、b兩水銀面的高度差為h，現(xiàn)保持溫度不變，則（）A．若再向左管注入些水銀，穩(wěn)定后h變大B．若再向左管注入些水銀，穩(wěn)定后h不變C．若兩管同時注入等量的水銀，穩(wěn)定后h不變D．若兩管同時注入等量的水銀，穩(wěn)定后L不變【答案】B【解析】AB．管內(nèi)封閉氣體的壓強p=p0+h=p0+h’則h=h’即右側(cè)管上部分水銀柱長度等于a、b兩水銀面的高度差h，若再向左管注入些水銀，穩(wěn)定后氣體的壓強不變，則h不變，選項A錯誤，B正確；CD．若兩管同時注入等量的水銀，穩(wěn)定后管內(nèi)氣體的壓強變大，則h變大，氣體體積減小，則L減小，選項CD錯誤。故選B。隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識講解課堂小結(jié)布置作業(yè)3.“用DIS研究在溫度不變時，一定質(zhì)量氣體壓強與體積關(guān)系”的實驗裝置如圖所示。小張同學(xué)在實驗中緩慢推動活塞，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出p-1/V圖線如圖所示，圖線彎曲的可能原因是（）A．活塞與筒壁間存在摩擦B．實驗中用手握住了注射器前端C．未在注射器活塞上涂潤滑油D．壓強傳感器與注射器的連接處漏氣【答案】B【解析】當(dāng)1/V增大時，V減小，p增加的程度不是線性關(guān)系，當(dāng)斜率增大時，壓強增加程度增大，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的是實驗過程中用手握住注射器前端，導(dǎo)致注射器中氣體溫度升高，則圖像的斜率會增大，而未在注射器活塞上涂潤滑油、壓強傳感器與注射器的連接處漏氣都會導(dǎo)致斜率減小，活塞與筒壁間存在摩擦不會影響壓強與體積，故斜率不會變化，ACD錯誤，B正確。故選B。隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識講解課堂小結(jié)布置作業(yè)4.如圖所示，一根豎直的彈簧支持著一倒立氣缸的活塞，使氣缸懸空而靜止。設(shè)活塞與缸壁間無摩擦，可以在缸內(nèi)自由移動，缸壁導(dǎo)熱性良好使缸內(nèi)氣體的溫度保持與外界大氣溫度相同，則下列結(jié)論中正確（）A．若外界大氣壓增大，則彈簧將壓縮一些B．若外界大氣壓減小，則氣缸的上底面距地面的高度將減小C．若氣溫升高，則氣缸的上底面距地面的高度將增大D．若氣溫升高，則活塞距地面的高度將減小【答案】C【解析】AD．選擇汽缸和活塞為整體，那么整體所受的大氣壓力相互抵消，若外界大氣壓增大或者氣溫升高，彈簧彈力仍等于整體重力，則彈簧長度不發(fā)生變化，活塞距地面的高度不變，故A、D錯誤；B．選擇汽缸為研究對象，豎直向下受重力和大氣壓力p0S，向上受到缸內(nèi)氣體向上的壓力p1S，氣缸豎直方向受力平衡G+p0S=p1S若外界大氣壓p0減小，p1一定減小，根據(jù)理想氣體的等溫變化PV=C可知，當(dāng)壓強減小時，體積一定變大，所以汽缸的上底面距地面的高度將增大，故B錯誤；C．若氣溫升高，缸內(nèi)氣體做等壓變化，由蓋呂薩克定律V/T=C可知，當(dāng)溫度升高時，氣體體積增大，汽缸上升，則氣缸的上底面距地面的高