2.2氣體的等溫變化（第2課時）課件高二下學(xué)期物理人教版選擇性

第二章

氣體、固體和液體第2節(jié)

氣體的等溫變化新教材人教版物理（高中選擇性必修第三冊）第二課時一、封閉氣體壓強的計算(1)壓強：描述氣體力學(xué)特征的宏觀參量(2)氣體的壓強：氣體作用在器壁單位面積上的壓力(3)產(chǎn)生原因：大量氣體分子對器壁頻繁碰撞而產(chǎn)生的(4)影響氣體壓強的因素：微觀上：分子的平均動能和分子的密集程度宏觀上：氣體的溫度和體積(5)符號：P

單位：帕斯卡(Pa)

1Pa=1N/m2

1atm=1.013×105Pa=76cmHg≈10m水柱（注：表示壓強，要么都用Pa，要么都用汞柱Hg）(6)壓強與壓力的關(guān)系：F=PS

（P=F/S）一個空氣分子，每秒鐘與其它分子碰撞達65億次之多.容器中各處的壓強相等(7)①氣體壓強是由分子熱運動產(chǎn)生的（一般不考慮重力），故同一段氣柱各點壓強大小相等；②液體壓強是由重力產(chǎn)生的，同種液體，在同一深度，壓強向各個方向且大小相等。

液體壓強一、封閉氣體壓強的計算問題一：平衡態(tài)下液體封閉氣體壓強的計算h下列各圖裝置均處于靜止狀態(tài)。設(shè)大氣壓強為P0，用水銀封閉一定量的氣體在玻璃管中，求封閉氣體的壓強Phh受力平衡法：選與封閉氣體接觸的液柱（或活塞、氣缸）為研究對象進行受力分析，由F合＝0列式求氣體壓強．方法一一、封閉氣體壓強的計算問題一：平衡態(tài)下液體封閉氣體壓強的計算hhh連通器原理：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方法二一、封閉氣體壓強的計算問題一：平衡態(tài)下液體封閉氣體壓強的計算液片平衡法(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(cè)受力情況，建立平衡方程消去面積S，得到液片兩側(cè)的壓強平衡方程，進而求得氣體壓強．例如，圖中粗細均勻的U形管中封閉了一定質(zhì)量的氣體A，在其最低處取一液片B，由其兩側(cè)受力平衡可知

(pA＋ph0)S＝(p0＋ph＋ph0)S.即pA＝p0＋ph★一般在D處取一液片，則有pA＝pD＝p0＋ph方法三如圖，U形管豎直放置.根據(jù)連通器原理可知，同一液體中的相同高度處壓強一定相等，所以氣體B和A的壓強關(guān)系可由圖中虛線聯(lián)系起來.則有pB＋ρgh2＝pA.而pA＝p0＋ρgh1，所以氣體B的壓強為pB＝p0＋ρg(h1－h(huán)2).根據(jù)所學(xué)知識，計算PA和PB的大小。一、封閉氣體壓強的計算問題二：非平衡態(tài)下液體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(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.計算方法如圖所示，當豎直放置的玻璃管向上加速運動時，封閉氣體的壓強為多少？思考與討論：豎直放置的玻璃管向下加速運動時，封閉氣體的壓強為多少？對液柱受力分析有:pS-p0S-mg=ma二、活塞—氣缸模型的氣體壓強求用固體（如活塞）封閉在靜止容器內(nèi)的氣體壓強，應(yīng)采用受力平衡法，對固體進行受力分析。然后根據(jù)平衡條件求解。GP0SPSPS=

P0S+mgGPSP0S′PS=mg+P0S＇cosθPS=mg+P0S以活塞為研究對象以氣缸為研究對象mg+PS=

P0SMg+PS=

P0S例.如圖為某壓縮式噴霧器儲液桶，其容量是5.7×10－3m3，往桶內(nèi)倒入4.2×10－3m3的藥液后開始打氣，假設(shè)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，（1）要使噴霧器內(nèi)空氣的壓強達到4atm，應(yīng)打氣幾次？（2）這個壓強能否使噴霧器內(nèi)的藥液全部噴完？(設(shè)標準大氣壓為1atm，打氣過程中不考慮溫度的變化)三、氣體變質(zhì)量問題

每充或抽一次氣，容器中空氣的質(zhì)量都會發(fā)生變化，但如果靈活選取研究對象，可將其轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量不變的問題。(1)關(guān)于充氣問題：如果打氣時每一次打入的空氣質(zhì)量、體積和壓強均相同，則可設(shè)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(yīng)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。（1）要使噴霧器內(nèi)空氣的壓強達到4atm，應(yīng)打氣幾次？(設(shè)標準大氣壓為1atm，打氣過程中不考慮溫度的變化)4.2×10－3m3V5.7×10－3m32.5×10－4m32.5×10－4m32.5×10－4m32.5×10－4m32.5×10－4m3………………變質(zhì)量問題4p0一定質(zhì)量氣體的等溫變化，可看成等溫壓縮問題！p0V＋

p0×n×(2.5×10－4m3)＝

4p0VV＝5.7×10－3m3－4.2×10－3m3＝1.5×10－3m3n＝18（2）這個壓強能否使噴霧器內(nèi)的藥液全部噴完？假設(shè)空氣完全充滿藥桶后（即液體全部噴完）如果空氣壓強P仍然大于大氣壓，則藥液可以全部噴出，否則不能完全噴出．4.2×10－3m3V5.7×10－3m35.7×10－3m34p0V＝p×5.7×10－3p＝1.053p0＞p0所以藥液可以全部噴出．4p0p＝1.5×10－3m3由玻意耳定律得:(2)關(guān)于抽氣問題：從容器內(nèi)抽氣的過程中，容器內(nèi)的氣體質(zhì)量不斷減小，這屬于變質(zhì)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(zhì)量不變，故抽氣過程可看作是等溫膨脹過程。(3)關(guān)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(zhì)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(zhì)量的問題轉(zhuǎn)化為質(zhì)量不變的問題。例：容積V＝20L的鋼瓶充滿氧氣后，壓強p＝30atm，打開鋼瓶閥門，讓氧氣分裝到容積為V′＝5L的小瓶中去，小瓶子已抽成真空．分裝完成后，每個小鋼瓶的壓強p′＝2atm.在分裝過程中無漏氣現(xiàn)象，且溫度保持不變，那么最多可能裝的瓶數(shù)是(

)A．4瓶

B．50瓶C．56瓶

D．60瓶三、氣體變質(zhì)量問題p＝30atmV＝20L。。。。。V′＝5LV′＝5LV′＝5L變質(zhì)量的問題。。。。。V′＝5LV′＝5LV′＝5Lp′＝2atmp′＝2atmp′＝2atmp′＝2atmV＝20L一定質(zhì)量氣體的等溫變化pV＝p′（V＋

nV′）(4)漏氣問題：容器漏氣過程中氣體的質(zhì)量不斷發(fā)生變化，屬于變質(zhì)量問題。如果選容器內(nèi)剩余氣體和漏出的氣體組成的整體為研究對象，便可使問題變成一定質(zhì)量的氣體的狀態(tài)變化問題。將漏出的氣體利用波意耳定律“壓縮”成與容器中剩余部分的氣體有相同的壓強，則放出的氣體質(zhì)量與體積成正比。三、氣體變質(zhì)量問題例題：某個容器的容積是10L，所裝氣體的壓強是20×105Pa。如果溫度保持不變，把容器的開關(guān)打開以后，經(jīng)過足夠長時間，容器里剩下的氣體是原來的百分之幾？設(shè)大氣壓是1.0×105Pa.分析：由題意可知，打開開關(guān)后氣體的壓強等于外界大氣壓。本題解題的關(guān)鍵不是氣體狀態(tài)的確定，而是研究對象的選取。解析：初態(tài)

p1=20×105PaV1=10LT1=T剩下的氣體為原來的末態(tài)

p2=1.0×105PaV2=？LT2=T由玻意耳定律

p1V1=p2V2得V2=200L就容器而言，里面氣體質(zhì)量變了，但可視容器中氣體出而不走，以原來容器中的氣體為研究對象，就可以運用氣體的等溫變化規(guī)律求解。氣體狀態(tài)變化如圖所示。法一：解析：初態(tài)

p1=1.0×105PaV1=10LT1=T剩下的氣體為原來的末態(tài)

p2=20×105PaV2=？LT2=T由玻意耳定律

p1V1=p2V2得V2=0.5L以后來容器中的氣體為研究對象。氣體狀態(tài)變化如圖所示。法二：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(zhì)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。應(yīng)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(zhì)量有變化、氣體總質(zhì)量無變化、又不直接涉及氣體質(zhì)量的問題時，常常十分方便?！蛞?guī)律總結(jié)求解變質(zhì)量問題的方法技巧三、氣體變質(zhì)量問題推導(dǎo)過程：例題：如圖所示,一汽缸水平固定在靜止的小車上,一質(zhì)量為m,面積為S的活塞將一定量的氣體封閉在汽缸內(nèi),平衡時活塞與汽缸底相距為L?，F(xiàn)讓小車以一較小的水平恒定加速度向右運動,穩(wěn)定時發(fā)現(xiàn)活塞相對于汽缸移動了距離d。已知大氣壓強為p0，不計汽缸和活塞間的摩擦；且小車運動時,大氣對活塞的壓強仍可視為p0；