山東省德州市武城二中高中物理 第八章第1節(jié) 氣體學(xué)案 新人教版選修3

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1、山東省德州市武城二中高中物理 第八章第1節(jié) 氣體學(xué)案 新人教版選修3 【學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)航】 目標(biāo)定位 核心提示 1.知道什么是等溫變化及描述氣體的三個(gè)狀態(tài)參量． 2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究得出玻意耳定律，并掌握定律的內(nèi)容．學(xué)會(huì)利用等溫變化的規(guī)律解決有關(guān)問(wèn)題． 3．明確p—V圖象中，等溫變化的圖線及其物理意義． 重點(diǎn)：玻意耳定律的理解及應(yīng)用. 難點(diǎn)：等溫變化的p—V圖象的理解． 考綱：氣體實(shí)驗(yàn)定律 I 【課前基礎(chǔ)梳理】 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(zhì)時(shí)，用________、_______、_________這三個(gè)物理量來(lái)描述氣體的狀態(tài)，

2、這三個(gè)物理量被稱為氣體的狀態(tài)參量． 2．等溫變化：一定質(zhì)量的氣體，在________不變時(shí)其壓強(qiáng)隨體積發(fā)生的變化． 3．實(shí)驗(yàn)條件：在探究氣體等溫變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，必須保證氣體的________、_______不變． 4．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集：課本演示實(shí)驗(yàn)中，注射器內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)可以從儀器上方的_________讀出，空氣柱的長(zhǎng)度可以在玻璃管側(cè)的__________上讀出．空氣柱的長(zhǎng)度l與______________的乘積就是它的體積V. 5．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理：用p－V圖象處理數(shù)據(jù)時(shí)，得到的圖線是___________，用p－1/V圖象處理數(shù)據(jù)時(shí)，得到的圖線是過(guò)_____________，

3、圖線的斜率表示_____，且保持不變． 二、玻意耳定律 1．內(nèi)容：一定_______的某種氣體，在___________的情況下，壓強(qiáng)p與體積V成________ 2．公式：pV＝C，或_______________. 三、氣體等溫變化的p－V圖象 一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等溫變化時(shí)的p－V圖象如圖所示．圖線的形狀為_(kāi)__________由于它描述的是溫度不變時(shí)的p－V關(guān)系，因此稱它為_(kāi)________一定質(zhì)量的氣體，不同溫度下的等溫線是________的． 四、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1．保證氣體質(zhì)量溫度變，所以應(yīng)該密封氣體.并且不能用手觸摸注射器，由于柱塞對(duì)氣體做功，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該緩慢推拉柱塞，

4、目的是不改變氣體的溫度. 2．氣體體積等于L與S的乘積，我們的目的是定性探究溫度不變時(shí)，P與V的關(guān)系，V等于L與S的乘積，所以只要知道P與S的關(guān)系即可，沒(méi)有必要求S. 3． p1V1＝p2V2計(jì)算時(shí)，等式兩邊相同的物理量單位可以不用國(guó)際單位，但必須一致. 【課堂互動(dòng)探究】 一、封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算 1．液體封閉氣體的情況 (2)容器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算 當(dāng)容器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常選與氣體相關(guān)聯(lián)的液柱為研究對(duì)象進(jìn)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(qiáng)． 2．活塞汽缸結(jié)構(gòu)封閉氣體的情況 通常以活塞(汽缸)為研究對(duì)象，利用動(dòng)力學(xué)知識(shí)求解． 若活塞(汽缸)處于平

5、衡狀態(tài)，求解時(shí)列平衡方程即可；若處于加速狀態(tài)，求解時(shí)列牛頓第二定律方程即可． 【典例1】求圖中被封閉氣體A的壓強(qiáng)．其中(1)、(2)、(3)圖中的玻璃管內(nèi)都灌有水銀，(4)圖中的小玻璃管浸沒(méi)在水中．大氣壓強(qiáng)p0＝76 cmHg.(p0＝1.01×105Pa，g＝10 m/S2，ρ水＝1×103kg/m3) 【自主解答】 【變式訓(xùn)練】如圖所示，活塞的質(zhì)量為m，缸套的質(zhì)量為M，通過(guò)彈簧吊在天花板上，汽缸內(nèi)封有一定質(zhì)量的氣體，缸套和活塞間無(wú)摩擦，活塞面積為S，大氣壓強(qiáng)為p0，則封閉氣體的壓強(qiáng)為(　　) A．p＝p0＋ B．p＝p

6、0＋ C．p＝p0－ D．p＝ 二、對(duì)玻意耳定律的理解 1．成立條件：玻意耳定律p1V1＝p2V2是實(shí)驗(yàn)定律．只有在氣體質(zhì)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(zhì)量、溫度有關(guān)，對(duì)一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，該恒量C越大． 3．等溫變化的圖象 (1)p－V圖 ①一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下p與V成反比，因此等溫過(guò)程的p－V圖象是雙曲線的一支． ②一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，氣體壓強(qiáng)與體積的乘積必然越大，在p－V圖上的等溫線就越高，圖中，T1

7、量，p與V成反比，p與就成正比，在p－圖上的等溫線應(yīng)是過(guò)原點(diǎn)的直線，直線的斜率即為p與V的乘積，斜率越大，pV乘積越大，溫度就越高，圖中，T2>T1. 4．利用玻意耳定律解題的基本思路 (1)確定研究對(duì)象：根據(jù)題意，確定所研究的氣體． (2)明確初、末狀態(tài)：找出氣體變化前后的初、末狀態(tài)，并確定初、末狀態(tài)的p、V值． (3)列方程求解：根據(jù)玻意耳定律列方程，必要時(shí)還應(yīng)由力學(xué)或幾何知識(shí)列出輔助方程；求解時(shí)注意同一物理量的單位要統(tǒng)一． (4)檢驗(yàn)結(jié)果：有時(shí)列方程求解會(huì)得到兩個(gè)結(jié)果，應(yīng)通過(guò)合理性的檢驗(yàn)決定取舍． 【變式訓(xùn)練】如圖所示，粗細(xì)均勻的 U 形玻璃管，右端開(kāi)口，左端封閉，管內(nèi)用

8、水銀將一部分空氣封閉在管中，開(kāi)口朝上豎直放置時(shí)，被封閉的空氣柱長(zhǎng) 24 cm，兩邊水銀高度差為 15 cm，若大氣壓強(qiáng)為 75 cmHg，問(wèn)再向開(kāi)口端倒入長(zhǎng)為 46 cm 的水銀柱時(shí)，封閉端空氣柱長(zhǎng)度將是多少？ 三、化變質(zhì)量為定質(zhì)量問(wèn)題 變質(zhì)量問(wèn)題我們可以靈活選取研究對(duì)象把變質(zhì)量問(wèn)題轉(zhuǎn)化為等質(zhì)量問(wèn)題． 【典例3】　一個(gè)體積為V的鋼瓶中，裝有壓強(qiáng)為p的理想氣體．在恒溫情況下，用容積為ΔV的抽氣機(jī)抽氣，如圖所示．求抽n次后鋼瓶中的氣體壓強(qiáng)多大？ 【自主解答】 　 【基礎(chǔ)知識(shí)達(dá)標(biāo)】 1．一定質(zhì)量的氣體，在等溫變化過(guò)程中，下列物理量

9、中發(fā)生改變的有(　　) A．分子的平均速率　　　 B．單位體積內(nèi)的分子數(shù) C．氣體的壓強(qiáng) D．分子總數(shù) 4．各種卡通形狀的氫氣球，受到孩子們的喜歡，特別是年幼的小孩，小孩一不小心松手，氫氣球會(huì)飛向天空，上升到一定高度會(huì)脹破，是因?yàn)?　　) A．球內(nèi)氫氣溫度升高 B．球內(nèi)氫氣壓強(qiáng)增大 C．球外空氣壓強(qiáng)減小 D．以上說(shuō)法均不正確 5．如圖水銀柱上面封閉一段氣體，管內(nèi)外水銀面高度差h＝72cm，大氣壓強(qiáng)為76cmHg，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．將管稍上提，h不變 B．將管稍上提，h變大 C．將管下插至管頂與

10、管外水銀面高度差為70cm時(shí)，管內(nèi)外水銀面高度差也是70cm D．將管下插至C項(xiàng)所述位置時(shí)，管內(nèi)外水銀面高度差小于70cm 【知能鞏固作業(yè)】 1．已知兩端開(kāi)口的“”型管，且水平部分足夠長(zhǎng)，一開(kāi)始如右圖所示，若將玻璃管稍微上提一點(diǎn)，或稍微下降一點(diǎn)時(shí)，被封閉的空氣柱的長(zhǎng)度分別會(huì)如何變化(　　) A．變大；變小 B．變大；不變 C．不變；不變 D．不變；變大 2．在室內(nèi)，將裝有5atm的6L氣體的容器的閥門打開(kāi)后，從容器中逸出的氣體相當(dāng)于(設(shè)室內(nèi)大氣壓強(qiáng)p0＝1atm)(　　) A．5atm,3L B．1atm,24L C．5atm,4.8L

11、 D．1atm,30L 3．容積為20L的鋼瓶?jī)?nèi)，貯有壓強(qiáng)為1.5×107Pa的氧氣.打開(kāi)鋼瓶的閥門，讓氧氣分裝到容積為5L的氧氣袋中(袋都是真空的)，充氣后的氧氣袋中氧氣壓強(qiáng)都是1.0×106Pa，設(shè)充氣過(guò)程不漏氣，環(huán)境溫度不變，則這瓶氧氣最多可分裝(　　) A．60袋 B．56袋 C．50袋 D．40袋 5.如圖所示，粗細(xì)均勻的彎曲玻璃管A、B兩端開(kāi)口，管內(nèi)有一段水銀柱，右管內(nèi)氣體柱長(zhǎng)為39 cm，中管內(nèi)水銀面與管口A之間氣體柱長(zhǎng)為40 cm.先將B端封閉，再將左管豎直插入水銀槽中，設(shè)整個(gè)過(guò)程溫度不變，穩(wěn)定后右管內(nèi)水銀面

12、比中管內(nèi)水銀面高2 cm，(大氣壓強(qiáng)p0＝76 cmHg)求： (1)穩(wěn)定后右管內(nèi)的氣體壓強(qiáng)p； (2)左管A端插入水銀槽的深度h. 【課后小結(jié)提升】 第1節(jié) 氣體的等溫變化（答案） 第1節(jié) 氣體的等溫變化 【基礎(chǔ)自主梳理】 【課堂互動(dòng)探究】 【典例1】【解析】(1)pA＝p0－ph＝76 cmHg－10 cmHg＝66 cmHg. (2)pA＝p0－ph＝76 cmHg－10×sin30° cmHg＝71 cmHg. (3)pB＝p0＋ph2＝76 cmH

13、g＋10 cmHg＝86 cmHg， pA＝pB－ph1＝86 cmHg－5 cmHg＝81 cmHg. (4)pA＝p0＋ρ水gh ＝1.01×105 Pa＋1×103×10×(1.2－0.8) Pa ＝1.05×105 Pa 【答案】（1）66 cmHg （2）71 cmHg （3）86 cmHg （4）1.05×105 Pa 【變式訓(xùn)練】【解析】選C.對(duì)氣缸和活塞整體由平衡條件得F-（M+m）g=0，對(duì)活塞由平衡條件得，解得p＝p0－，C正確. 【變式訓(xùn)練】【解析】倒入水銀前對(duì)封閉端的氣體有：V1＝SL1＝24S，p1＝(75－15) cmHg＝60 cmHg倒

14、入水銀后，左端水銀面將上升，右端水銀面將下降，設(shè)左端水銀面上升 x，則此時(shí)封閉端氣柱長(zhǎng) L2＝L1－x＝24－x 此時(shí)兩邊水銀面的高度差Δh2＝46－(15＋2x)＝2L2－17此時(shí)封閉端氣體的壓強(qiáng) p2＝75＋Δh2＝58＋2L2 根據(jù)玻意耳定律 p1V1＝p2V2 得 24×60＝L2×(58＋2 L2) 即 L22＋29L2－720＝0 解得：L2＝－45 cm(舍去)，L2＝16 cm. 【答案】16cm 【典例3】【解析】由于每一次抽氣均為等溫變化過(guò)程，可根據(jù)玻意耳定律得 第一次抽氣：pV＝p1(V＋ΔV) 可得p1＝ 第二次抽氣：p1V＝p2(V＋ΔV) 可

15、得p2＝＝p2 ……則第n次抽氣后氣體壓強(qiáng)為pn＝pn. 【答案】pn 【知能鞏固作業(yè)】1.【解析】選D.上提時(shí)空氣柱壓強(qiáng)不變，空氣柱的長(zhǎng)度不變；下降時(shí)空氣柱壓強(qiáng)變小，空氣柱長(zhǎng)度變大，所以D選項(xiàng)正確. 2．【解析】BC.當(dāng)氣體從閥門跑出時(shí)，溫度不變，所以p1V1＝p2V2，當(dāng)p2＝1atm時(shí)，得V2＝30L，逸出氣體30L－6L＝24L，B正確.據(jù)p2(V2－V1)＝p1V1′得V1′＝4.8L，所以逸出的氣體相當(dāng)于5atm下的4.8L氣體.C正確，故應(yīng)選B、C. 3．【解析】選B.設(shè)可分裝n袋，取全部氣體研究，據(jù)玻意耳定律有：p1V＝p2V＋np2V0 1．5×107Pa×20L

16、＝1.0×106Pa×20L＋n×1.0×106Pa×5L，解得n＝56，B選項(xiàng)正確. 4.【解析】選B.題圖中試管在水下某深度處于靜止?fàn)顟B(tài)，浮力(等于排開(kāi)水的重力)與試管重力相平衡.當(dāng)試管中空氣壓強(qiáng)稍大些，即試管稍下移或向廣口瓶中加水時(shí)，試管內(nèi)的空氣被壓縮，浮力將減小，試管將下沉，在下沉的過(guò)程中，空氣所受壓強(qiáng)越來(lái)越大，浮力越來(lái)越小，試管將加速下沉. 5.(1)插入水銀槽后右管內(nèi)氣體：由玻意耳定律得： p0l0S＝pS， 得p＝78 cmHg. (2)插入水銀槽后左管壓強(qiáng)： p′＝p＋ρgΔh＝80 cmHg， 左管內(nèi)外水銀面高度差h1＝＝4 cm， 中、左管內(nèi)氣體由玻意耳定律得p0l＝p′l′，代入數(shù)據(jù)解得l′＝38 cm， 故左管插入水銀槽深度h＝l＋－l′＋h1＝7 cm. 【答案】(1)78 cmHg　(2)7 cm