2018-2019學(xué)年高中物理 第八章 氣體 第1節(jié) 氣體的等溫變化課件 新人教版選修3-3.ppt

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,第八章氣體,第1節(jié)氣體的等溫變化,[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道氣體的三個(gè)狀態(tài)參量。2．掌握玻意耳定律，并能應(yīng)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。,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)物理量來描述氣體的狀態(tài)，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)與體積發(fā)生的變化。,壓強(qiáng),體積,溫度,溫度,3．實(shí)驗(yàn)探究,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(zhì)量發(fā)生變化不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。()(2)實(shí)驗(yàn)中空氣柱體積變化快慢對(duì)實(shí)驗(yàn)沒有影響。()(3)玻璃管外側(cè)的刻度雖然是均勻的，但并非準(zhǔn)確的等于1cm、2cm……這對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性沒有影響。(),,,√,二、玻意耳定律1．內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)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(guó)科學(xué)家玻意耳和法國(guó)科學(xué)家馬略特各自通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。()(2)公式pV＝C中的C是常量，指當(dāng)p、V變化時(shí)C的值不變。()(3)對(duì)于溫度不同、質(zhì)量不同、種類不同的氣體，C值是相同的。(),反比,pV,p2V2,質(zhì)量,√,√,,三、氣體等溫變化的p－V圖像1．形狀：如圖8－1－1，一定質(zhì)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(shí)的p－V關(guān)系，稱為等溫線。2．分析：一定質(zhì)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(zhì)量的氣體的等溫線上的兩點(diǎn)的壓強(qiáng)p和體積V的乘積相等。()(2)p－V圖中的等溫線上的一點(diǎn)代表一定質(zhì)量的氣體的一個(gè)狀態(tài)。()(3)一定質(zhì)量的某種氣體在溫度不變的條件下，其p－圖像是過原點(diǎn)的一條直線。(),√,√,√,在一個(gè)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(shí)就會(huì)破裂。問題：(1)上升過程中，氣泡內(nèi)氣體的溫度發(fā)生改變嗎？(2)上升過程中，氣泡內(nèi)氣體的壓強(qiáng)怎么改變？(3)氣泡在上升過程中體積為何會(huì)變大？,圖8－1－2,提示(1)因?yàn)樵诤銣爻刂?，所以氣泡?nèi)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(qiáng)變小，氣體的體積增大。,考點(diǎn)一封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算1．靜止或勻速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算方法(1)參考液片法：選取假想的液體薄片(自身重力不計(jì))為研究對(duì)象，分析液片兩側(cè)受力情況，建立受力平衡方程，得到液片兩側(cè)壓強(qiáng)相等，進(jìn)而求得氣體壓強(qiáng)。,例如，圖8－1－3中粗細(xì)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。(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(duì)象進(jìn)行受力分析，由F合＝0列式求氣體壓強(qiáng)。,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(qiáng)相等。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、汽缸或活塞為研究對(duì)象，并對(duì)其進(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)。如圖8－1－4，當(dāng)豎直放置的玻璃管向上勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)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(zhì)量為m，缸套的質(zhì)量為m0，通過彈簧吊在天花板上，汽缸內(nèi)封住一定質(zhì)量的氣體，缸套和活塞間無摩擦，活塞面積為S，大氣壓強(qiáng)為p0。則封閉氣體的壓強(qiáng)p為,圖8－1－5,[審題指導(dǎo)]①汽缸內(nèi)氣體對(duì)缸套的壓力方向垂直于缸套下表面向下。②對(duì)缸套受力分析，列平衡方程求解。,【解析】以缸套為研究對(duì)象，有pS＋m0g＝p0S，所以封閉氣體的壓強(qiáng)p＝p0－，故應(yīng)選C?！敬鸢浮緾,名師點(diǎn)撥求解氣體壓強(qiáng)的方法(1)以封閉氣體的液面或固體為研究對(duì)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(qiáng)。,1．有一段12cm長(zhǎng)的水銀柱，在均勻玻璃管中封住一定質(zhì)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(qiáng)為(大氣壓強(qiáng)p0＝101kPa，相當(dāng)于76cm水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng))A．101kPaB．109kPaC．117kPaD．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(duì)水銀柱由牛頓第二定律得：p0S＋mgsinθ－pS＝ma，故p＝p0，所以選項(xiàng)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(nèi)有a、b兩段水銀柱，將A、B兩段空氣柱封閉在管內(nèi)。已知水銀柱a長(zhǎng)10cm，水銀柱b兩個(gè)液面間的高度差為5cm，大氣壓強(qiáng)為75cmHg，求空氣柱A、B的壓強(qiáng)。,圖8－1－6,解析設(shè)氣體A、B產(chǎn)生的壓強(qiáng)分別為pA、pB，管截面積為S，取a液柱為研究對(duì)象進(jìn)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(duì)象進(jìn)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65cmHg60cmHg,考點(diǎn)二玻意爾定律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。,3．兩種等溫變化圖像,,,4.利用玻意耳定律解題的基本思路(1)明確研究對(duì)象，根據(jù)題意確定所研究的是哪部分封閉氣體，注意其質(zhì)量和溫度應(yīng)不變。(2)明確狀態(tài)參量，找準(zhǔn)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(zhì)量為M的汽缸，用質(zhì)量為m的活塞封有一定質(zhì)量的理想氣體，當(dāng)汽缸水平橫放時(shí)，氣柱長(zhǎng)為L(zhǎng)0(如圖8－1－7甲所示)，若將汽缸按圖乙懸掛保持靜止時(shí)，求氣柱長(zhǎng)度為多少？已知大氣壓強(qiáng)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(dǎo)]①分別對(duì)活塞受力分析，求氣缸中氣體壓強(qiáng)。②由玻意爾定律列式求解?！窘馕觥繉?duì)汽缸中的理想氣體，當(dāng)汽缸水平橫放時(shí)，氣體壓強(qiáng)為p0，氣體體積為SL0,名師點(diǎn)撥求解封閉氣體壓強(qiáng)需注意的兩點(diǎn)1．在計(jì)算封閉氣體壓強(qiáng)時(shí)，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(qiáng)產(chǎn)生的影響。2．在利用玻意耳定律時(shí)，無論外界條件如何變化，封閉氣體都必須保證質(zhì)量不變。,3．如圖8－1－8是一定質(zhì)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(diǎn)，△OAD和△OBC的面積分別為S1和S2，則A．S1＞S2B．S1＝S2C．S1＜S2D．無法比較,圖8－1－8,答案B,4．(2018全國(guó)卷Ⅰ)如圖8－1－9，容積為V的汽缸由導(dǎo)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(xì)管與裝有某種液體的容器相連，細(xì)管上有一閥門K。開始時(shí)，K關(guān)閉，汽缸內(nèi)上下兩部分氣體的壓強(qiáng)均為p0。現(xiàn)將K打開，容器內(nèi)的液體緩慢地流入汽缸，,圖8－1－9,解析設(shè)活塞再次平衡后，活塞上方氣體的體積為V1，壓強(qiáng)為p1；下方氣體的體積為V2，壓強(qiáng)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(zhì)量都會(huì)發(fā)生變化，但如果靈活選取研究對(duì)象，可將其轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)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(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。,充氣與抽氣問題,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(shí)，常常十分方便。(2)關(guān)于充氣問題：如果打氣時(shí)每一次打入的空氣質(zhì)量、體積和壓強(qiáng)均相同，則可設(shè)想用一容積為nV0的打氣筒將壓強(qiáng)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(duì)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。,(3)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(shí)，將每次抽氣過程中抽出的氣體和剩余氣體作為研究對(duì)象，質(zhì)量不變，故抽氣過程可看作是等溫膨脹過程。(4)關(guān)于灌氣問題：一個(gè)大容器里的氣體分裝到多個(gè)小容器的問題，也是一個(gè)典型的變質(zhì)量問題。分析這類問題時(shí)，可以把大容器的氣體和多個(gè)小容器中的氣體看作整體作為研究對(duì)象，可將變質(zhì)量的問題轉(zhuǎn)化為質(zhì)量不變的問題。,[例題]如圖8－1－10所示為某壓縮式噴霧器儲(chǔ)液桶，其容量是5.710－3m3，往桶內(nèi)倒入4.210－3m3的藥液后開始打氣，假設(shè)打氣過程中藥液不會(huì)向外噴出。如果每次能打進(jìn)2.510－4m3的空氣，要使噴霧器內(nèi)空氣的壓強(qiáng)達(dá)到4atm，應(yīng)打氣幾次？這個(gè)壓強(qiáng)能否使噴霧器內(nèi)的藥液全部噴完？(設(shè)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)達(dá)到4atm，打入氣體在1atm下的體積為N2.510－4m3。選取打氣N次后藥桶中的空氣為研究對(duì)象，由玻意耳定律得p0V＋p0N(2.510－4m3)＝4p0V其中V＝5.710－3m3－4.210－3m3＝1.510－3m3代入上式后解得N＝18,當(dāng)空氣完全充滿藥桶后，如果空氣壓強(qiáng)仍然大于大氣壓，則藥液可以全部噴出，否則不能完全噴出，由玻意耳定律得4p0V＝p5.710－3解得p＝1.053p0＞p0，所以藥液可以全部噴出。【答案】18能,規(guī)律總結(jié)求解變質(zhì)量問題的方法技巧此類問題我們可認(rèn)為打入噴霧器的氣體都在其周圍，且可以認(rèn)為是一次性打入的，若初態(tài)時(shí)內(nèi)外氣體壓強(qiáng)相同，則體積為內(nèi)外氣體體積之和，狀態(tài)方程為：p1(V＋nV0)＝p2V。若初態(tài)時(shí)內(nèi)外氣體壓強(qiáng)不同，則體積不等于內(nèi)外氣體體積之和，狀態(tài)方程應(yīng)為：p1V＋np1′V0＝p2V。,容積V＝20L的鋼瓶充滿氧氣后，壓強(qiáng)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(gè)小鋼瓶的壓強(qiáng)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,答案C,