2-2氣體的等溫變化(-第三課時-)氣體的等溫變化(原卷版)

第二章氣體、固體和液體第2節(jié)氣體的等溫變化（第三課時）氣體的等溫變化【核心素養(yǎng)目標(biāo)】物理觀念知道玻意耳定律的內(nèi)容、表達(dá)式及適用條件.科學(xué)思維能運用玻意耳定律對有關(guān)問題進(jìn)行分析、計算.科學(xué)探究理解等溫變化的圖像，并能利用圖像分析實際問題．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過氣體的等溫變化知識應(yīng)用的實例，感受物理中科學(xué)技術(shù)與社會的緊密聯(lián)系，體會科學(xué)知識的應(yīng)用價值，進(jìn)一步增強學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和科學(xué)意識。知識點一玻意耳定律【情境導(dǎo)入】如圖所示，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：(1)上升過程中，氣泡內(nèi)氣體的壓強如何改變？(2)氣泡在上升過程中體積為何會變大？(3)為什么到達(dá)水面會破？【重難詮釋】1．常量的意義p1V1＝p2V2＝C，該常量C與氣體的種類、質(zhì)量、溫度有關(guān)，對一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，則常量C越大．2．應(yīng)用玻意耳定律解題的一般步驟(1)確定研究對象，并判斷是否滿足玻意耳定律的條件．(2)確定初、末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1、V1；p2、V2)．(3)根據(jù)玻意耳定律列方程求解．(注意統(tǒng)一單位)(4)注意分析隱含條件，作出必要的判斷和說明．特別提醒確定氣體壓強或體積時，只要初、末狀態(tài)的單位統(tǒng)一即可，沒有必要都轉(zhuǎn)換成國際單位制．【典例精析】例1．如圖所示，高為H的導(dǎo)熱汽缸豎直固定在水平地面上，汽缸的橫截面積為S，重力為G的“⊥”形活塞封閉著一定質(zhì)量的氣體，活塞離缸底高為h，現(xiàn)手持“⊥”形活塞上端，緩慢豎直上提活塞，當(dāng)活塞上升到汽缸上端口時，求豎直上提的力F的大小．已知大氣壓強為p0，不考慮活塞與汽缸之間的摩擦及溫度的變化，不計活塞及汽缸壁的厚度．知識點二氣體等溫變化的p－V圖像及p－eq\f(1,V)圖像【情境導(dǎo)入】(1)如圖甲所示為一定質(zhì)量的氣體在不同溫度下的p－V圖線，T1和T2哪一個高？為什么？(2)如圖乙所示為一定質(zhì)量的理想氣體在不同溫度下的p－eq\f(1,V)圖線，T1和T2哪一個高？為什么？【重難詮釋】兩種等溫變化圖像內(nèi)容p－eq\f(1,V)圖像p－V圖像圖像特點物理意義一定質(zhì)量的某種氣體，溫度不變時，pV＝恒量，p與V成反比，p與eq\f(1,V)就成正比，在p－eq\f(1,V)圖上的等溫線應(yīng)是過原點的傾斜直線一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，p與V成反比，因此等溫過程的p－V圖像是雙曲線的一支【典例精析】例2．如圖所示是一定質(zhì)量的某種氣體狀態(tài)變化的p－V圖像，氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中，氣體分子平均速率的變化情況是()A．一直保持不變B．一直增大C．先減小后增大D．先增大后減小針對訓(xùn)練一、單選題1．如圖所示，同一房間中有a、b、c三根完全相同的玻璃試管，管內(nèi)各用一段相同長度的水銀柱封閉了相等質(zhì)量的空氣?，F(xiàn)使管由靜止沿光滑斜面下滑；管輕放在粗糙斜面上，之后下滑；管以初速度沿粗糙斜面上滑過程中，當(dāng)水銀柱與玻璃管位置相對穩(wěn)定時，三管內(nèi)的氣柱長度、、之間的大小關(guān)系為（）A． B． C． D．2．用圖示裝置探究氣體做等溫變化的規(guī)律，將一定質(zhì)量的空氣封閉在導(dǎo)熱性能良好的注射器內(nèi)，注射器與壓強傳感器相連。實驗中（）A．活塞涂潤滑油可減小摩擦，便于氣體壓強的測量B．注射器內(nèi)裝入少量空氣進(jìn)行實驗，可以減小實驗誤差C．0°C和20°C環(huán)境下完成實驗，對實驗結(jié)論沒有影響D．外界大氣壓強發(fā)生變化，會影響實驗結(jié)論3．在被抓出水面后河鲀會通過吸氣使體內(nèi)的氣囊迅速膨脹，假設(shè)某河鲀吸氣前總體積為是，吸氣后整體近似為半徑的球體，河鲀皮膚的張力系數(shù)為，河鲀內(nèi)壓強差與半徑、張力系數(shù)α的關(guān)系為。外界大氣壓強為，忽略吸氣前河鲀皮膚的張力以及體內(nèi)的氣體和吸氣過程的氣體溫度變化，則此河鲀從外界吸入氣體的總體積約為（）A． B． C． D．4．如圖所示，豎直放置的、內(nèi)徑粗細(xì)均勻的U形玻璃管左端開口，右端封閉，管內(nèi)通過水銀柱封閉有一段可視為理想氣體的空氣柱。已知空氣柱長度為d=20cm，兩側(cè)水銀柱液面的高度差為h=10cm，大氣壓強為，環(huán)境溫度為，熱力學(xué)溫度與攝氏溫度之間的關(guān)系為。下列說法正確的是（）A．封閉氣體的壓強為86cmHgB．若將該U形玻璃管以為軸由豎直位置緩慢旋轉(zhuǎn)至水平位置（此過程中水銀未溢出），則最終空氣柱的長度約為17.4cmC．若使封閉氣體溫度降低，則h不變，d減小D．若將U形玻璃管豎直置于非密閉的恒溫箱中，當(dāng)恒溫箱溫度為432℃時U形管兩側(cè)水銀面相平5．如圖所示，兩端開口、內(nèi)徑均勻的玻璃彎管固定在豎直平面內(nèi)，兩段水銀柱A和C將空氣柱B封閉在左側(cè)豎直段玻璃管，平衡時A段水銀有一部分在水平管中，豎直部分高度為h2，C段水銀兩側(cè)液面高度差為h1。若保持溫度不變，向右管緩緩注入少量水銀，則再次平衡后（）A．空氣柱B的長度減小 B．左側(cè)水銀面高度差h2減小C．空氣柱B的壓強增大 D．右側(cè)水銀面高度差h1增大6．一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷兩個不同過程，分別由壓強—體積（p-V）圖上的兩條曲線Ⅰ第和Ⅱ表示，如圖所示，曲線均為反比例函數(shù)曲線的一部分。a、b為曲線Ⅰ上的兩點，氣體在狀態(tài)a和b的壓強分別、，溫度分別為、。c。d為曲線Ⅱ上的兩點，氣體在狀態(tài)c和d的壓強分別、，溫度分別為、。下列關(guān)系式正確的是（）A． B． C． D．7．一定質(zhì)量的氣體在等溫過程中，壓強p與體積V的關(guān)系圖線可能為（）A． B．C． D．8．如圖所示為一定質(zhì)量的理想氣體的圖像、是雙曲線上的兩點，和的面積分別為和，則（）A． B．C． D．與的大小無法確定二、多選題9．一定質(zhì)量的某種氣體狀態(tài)變化的圖像如圖所示，氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中，下列關(guān)于氣體的溫度和分子平均速率的變化情況的說法錯誤的是（）A．都一直保持不變 B．溫度先升高后降低C．溫度先降低后升高 D．平均速率先增大后減小10．如圖所示，p表示壓強，V表示體積，T為熱力學(xué)溫度，下圖中能正確描述一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等溫變化的是（）A． B．C． D．11．如圖是某同學(xué)用手持式打氣筒對一只籃球打氣的情形。打氣前籃球內(nèi)氣壓等于，每次打入的氣體的壓強也為，體積為籃球容積的，假設(shè)整個過程中籃球沒有變形，不計氣體的溫度變化，球內(nèi)氣體可視為理想氣體，則（）A．打氣后，球內(nèi)每個氣體分子對球內(nèi)壁的作用力都增大B．打氣后，球內(nèi)氣體分子對球內(nèi)壁單位面積的平均作用力增大C．打氣6次后，球內(nèi)氣體的壓強為D．打氣6次后，球內(nèi)氣體的壓強為12．如圖所示，導(dǎo)熱性能良好、質(zhì)量為m的汽缸開口向下倒立在水平地面上，缸壁靠近開口處有一小孔可與大氣連通，缸內(nèi)一根勁度系數(shù)為k的輕彈簧直立在地面上，一端與地面接觸，另一端與質(zhì)量為的活塞接觸，此時彈簧的壓縮量為，活塞離缸底的距離為d，活塞的橫截面積為S。不計活塞厚度，活塞與汽缸內(nèi)壁無摩擦且不漏氣，環(huán)境溫度為，大氣壓強恒為，重力加速度為g。則（）A．缸內(nèi)封閉氣體的壓強大小為B．缸內(nèi)封閉氣體的壓強大小為C．當(dāng)環(huán)境溫度緩慢增大到時，汽缸上升高度D．當(dāng)環(huán)境溫度緩慢增大到時，汽缸上升高度三、解答題13．如圖所示，截面積不等的氣缸水平固定放置，內(nèi)壁光滑，活塞A的截面積，活塞的截面積。兩活塞用質(zhì)量不計的細(xì)繩連接，活塞A還通過細(xì)繩，定滑輪與質(zhì)量不計小桶相連，A和B之間封閉有一定量的理想氣體，且溫度始終與外界保持相同。已知大氣壓強保持不變，環(huán)境溫度保持不變，活塞A、B始終可以自由移動。若往小桶中緩慢注入1kg細(xì)沙，發(fā)現(xiàn)氣缸內(nèi)活塞A、B向左移動了3cm，試求若再往小桶中緩慢注入1kg細(xì)沙，活塞A、B移動的距離。14．農(nóng)村地區(qū)有一種全自動無塔供水器（如圖甲），采用氣壓式供水，以解決供水管網(wǎng)水壓不足的問題。如圖乙所示，工作原理是由水泵將水通過止回閥壓入塔體使塔內(nèi)密閉氣體受到壓縮，壓力逐漸增大。當(dāng)壓力達(dá)到上限時，電接點壓力表通過控制柜使水泵自動停止。當(dāng)塔內(nèi)水位下降，氣壓減小到下限位置時，電接點壓力表通過控制柜使水泵重新啟動。如此反復(fù)，使設(shè)備不停供水。當(dāng)塔內(nèi)氣體不足時，補氣閥可自動補氣。已知水泵工作壓強范圍為，塔容積為，第一次注水前塔內(nèi)氣體壓強等于外界大氣壓強．塔內(nèi)氣體可視為理想氣體，忽略溫度變化。求（1）求水泵停止注水時塔內(nèi)氣體的體積；（2）為了降低水泵的啟動頻率，達(dá)到省電節(jié)能的目的，可適度調(diào)高水泵工作壓強的上限。欲使水泵停止注水時，水的體積達(dá)到塔容積的75％，水泵工作壓強的上限應(yīng)調(diào)到多少？15．某興趣小組要測量一實心玩具小熊（體積不會發(fā)生變化）的體積，該玩具小熊不能接觸水。他們用如圖所示豎直放置的汽缸來測量，該汽缸缺導(dǎo)熱性良好，內(nèi)部的容積為V0，內(nèi)部各水平截面的半徑相同；活塞的質(zhì)量不能忽略，但厚度忽略不計，與汽缸內(nèi)壁間的摩擦可以不計，環(huán)境溫度保持不變。測量步驟如下：a.將玩具小熊放置于汽缸外面，在汽缸口用活塞將汽缸內(nèi)的空氣封閉，當(dāng)活塞穩(wěn)定時測得活塞距汽