2019-2020學(xué)年高中物理 第八章 氣體 1 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 1氣體的等溫變化 一 等溫變化及探究實驗1 氣體的狀態(tài)參量 氣體的壓強 體積 溫度是描述氣體的三個狀態(tài)參量 2 等溫變化 一定質(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)系叫做等溫變化 3 實驗探究 二 玻意耳定律1 玻意耳定律 一定質(zhì)量的氣體 在溫度不變的情況下 壓強p與體積V成反比 2 玻意耳定律的公式 pV C或p1V1 p2V2 3 玻意耳定律的適用條件 氣體的質(zhì)量和溫度不變 三 氣體等溫變化的p V圖象1 如何直觀地描述壓強p跟體積V的關(guān)系 答案 建立p V坐標(biāo)系 作出p V關(guān)系曲線 2 為什么把p V關(guān)系曲線稱為等溫線 答案 p V圖象描述的是一定質(zhì)量的某種氣體在溫度不變的情況下的p與V的關(guān)系 因此稱它為等溫線 曲線上任何一點 p V乘積不變 3 一定質(zhì)量的氣體 不同溫度下等溫線是否相同 教材第20頁圖8 1 5中兩條等溫線中哪一條表示的溫度高 答案 不相同T2 自我檢測1 判斷正誤 對的畫 錯的畫 1 玻意耳定律是英國科學(xué)家玻意耳和法國科學(xué)家馬略特各自通過實驗發(fā)現(xiàn)的 解析 英國科學(xué)家玻意耳和法國科學(xué)家馬略特各自通過實驗發(fā)現(xiàn)了一定質(zhì)量的氣體 在溫度不變的情況下的p與V的關(guān)系 答案 2 一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時 壓強跟體積成反比 解析 由玻意耳定律知 一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時 壓強跟體積成反比 答案 3 在探究氣體的等溫變化的實驗中 空氣柱體積變化快慢對實驗沒有影響 解析 實驗中要求氣體溫度保持不變 若實驗中空氣柱體積的變化不太快 它的溫度大致等于環(huán)境溫度 但若體積變化太快 氣體溫度會發(fā)生變化 答案 4 對于溫度不同 質(zhì)量不同 種類不同的氣體 C值是相同的 解析 C是一個與氣體種類 溫度 質(zhì)量有關(guān)的物理量 答案 2 探究討論 1 在探究氣體等溫變化的規(guī)律的實驗中 必須保持哪一個物理量不變 答案 保持密閉氣體的質(zhì)量不變 2 若實驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)氣體體積減小 壓強增大的特點 能否斷定壓強與體積成反比 答案 不能 也可能壓強p與體積V的二次方 三次方 或與成反比 只有作出的圖線是過原點的直線 才能判定p與V成反比 3 如圖 是一定質(zhì)量的氣體 不同溫度下的兩條等溫線 如何判斷t1 t2的高低 答案 作壓強軸的平行線 與兩條等溫線分別交于兩點 兩交點處氣體的體積相等 則對應(yīng)壓強大的等溫線溫度高 即t1 t2 可見 p V圖象中 離原點越遠 p V乘積越大 的等溫線溫度越高 探究一 探究二 封閉氣體壓強的計算問題探究圖中的玻璃管內(nèi)都灌有水銀且水銀柱都處在平衡狀態(tài) 大氣壓相當(dāng)于76cm高的水銀柱產(chǎn)生的壓強 即p0 1 01 105Pa 1 靜止或勻速運動系統(tǒng)中氣體的壓強 一般采用什么方法求解 2 求圖甲 乙 丙中被封閉氣體A的壓強各是多少 探究一 探究二 要點提示 1 選與封閉氣體接觸的液柱 或活塞 汽缸 為研究對象進行受力分析 列平衡方程求氣體壓強 探究一 探究二 知識歸納1 靜止或勻速運動系統(tǒng)中封閉氣體壓強的計算方法 1 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 建立受力平衡方程 得到液片兩側(cè)壓強相等 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 2 力平衡法 選與封閉氣體接觸的液柱 或活塞 汽缸 為研究對象進行受力分析 由F合 0列式求氣體壓強 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相等 探究一 探究二 2 容器加速運動時封閉氣體壓強的計算當(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 當(dāng)豎直放置的玻璃管向上勻加速運動時 對液柱受力分析有pS p0S mg ma 探究一 探究二 典例剖析 例題1 如圖所示 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 大氣壓強為p0 則封閉氣體的壓強p為 思考問題 1 活塞受到哪些力的作用而平衡 提示重力 外界大氣壓力 汽缸內(nèi)氣體對它的壓力 彈簧的彈力 2 汽缸內(nèi)氣體對活塞的壓力方向向哪 提示垂直于活塞下表面向上 探究一 探究二 解析 以缸套為研究對象 有pS m0g p0S 所以封閉氣體的壓強答案 C 求解氣體壓強的方法 1 以封閉氣體的液面或固體為研究對象 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 探究一 探究二 變式訓(xùn)練1如圖所示 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h1為10cm 水銀柱b兩個液面間的高度差h2為5cm 大氣壓強為75cmHg 求空氣柱A B的壓強分別是多少 探究一 探究二 解析 設(shè)管的橫截面積為S 選a的下端面為參考液面 它受向下的壓力為 pA ph1 S 受向上的大氣壓力為p0S 由于系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài) 則 pA ph1 S p0S 所以pA p0 ph1 75 10 cmHg 65cmHg 再選b的左下端面為參考液面 由連通器原理知 液柱h2的上表面處的壓強等于pB 則 pB ph2 S pAS 所以pB pA ph2 65 5 cmHg 60cmHg 答案 65cmHg60cmHg 探究一 探究二 氣體壓強的微觀意義的理解問題探究在一個恒溫池中 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)氣體的壓強怎么改變 3 氣泡在上升過程中體積為何會變大 4 為什么到達水面會破 要點提示 1 因為在恒溫池中 所以氣泡內(nèi)氣體的溫度保持不變 2 變小 3 由玻意耳定律pV C可知 壓強變小 氣體的體積增大 4 內(nèi)外壓強不相等 探究一 探究二 知識歸納1 成立條件玻意耳定律p1V1 p2V2是實驗定律 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) 對一定質(zhì)量的氣體 溫度越高 該恒量C越大 探究一 探究二 3 兩種等溫變化圖象 探究一 探究二 4 利用玻意耳定律解題的基本思路 1 明確研究對象 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 利用玻意耳定律解題時 經(jīng)常使用p1V1 p2V2或這兩種形式 相同物理量的單位要求使用同一單位即可 探究一 探究二 典例剖析 例題2 如圖所示 在長為57cm的一端封閉 另一端開口向上的豎直玻璃管內(nèi) 用4cm高的水銀柱封閉著51cm長的理想氣體 管內(nèi)外氣體的溫度相同 現(xiàn)將水銀從管側(cè)壁緩慢地注入管中 直到水銀面與管口相平 外界大氣壓強p0 101kPa 相當(dāng)于76cm水銀柱產(chǎn)生的壓強 且溫度不變 求此時管中封閉氣體的壓強 思考問題 1 在此過程中 封閉氣體的各物理量發(fā)生了什么變化 提示體積減小 壓強增大 但溫度不變 2 如何求解氣體的壓強 提示結(jié)合液體產(chǎn)生的壓強特點 先求出氣體的狀態(tài)參量 然后根據(jù)玻意耳定律求出氣體的壓強 探究一 探究二 解析 以玻璃管內(nèi)的氣體為研究對象 設(shè)玻璃管的橫截面積是S 氣體的狀態(tài)參量 氣體發(fā)生等溫變化 由玻意耳定律得p1V1 p2V2 代入數(shù)據(jù)解得h 9cm 則p2 113kPa 答案 113kPa求解封閉氣體壓強需注意的兩點1 在計算封閉氣體壓強時 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產(chǎn)生的影響 2 在利用玻意耳定律時 無論外界條件如何變化 封閉氣體都必須保證質(zhì)量不變 探究一 探究二 變式訓(xùn)練2 多選 如圖所示為一定質(zhì)量的氣體在不同溫度下的兩條等溫線 則下列說法正確的是 A 從等溫線可以看出 一定質(zhì)量的氣體在發(fā)生等溫變化時 其壓強與體積成反比B 一定質(zhì)量的氣體 在不同溫度下的等溫線是不同的C 一定質(zhì)量的氣體 溫度越高 氣體壓強與體積的乘積越小D 由圖可知T1 T2 探究一 探究二 解析 由等溫線的物理意義可知 A B正確 對于一定質(zhì)量的氣體 溫度越高 氣體壓強與體積乘積越大 等溫線的位置越高 C錯 D對 答案 ABD 1 2 3 4 5 1 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 氫氣球會飛向天空 上升到一定高度會脹破 是因為 A 球內(nèi)氫氣溫度升高B 球內(nèi)氫氣壓強增大C 球外空氣壓強減小D 以上說法均不正確解析 以球內(nèi)氣體為研究對象 氣球上升時 由于高空處空氣稀薄 球外氣體的壓強減小 球內(nèi)氣體要膨脹 到一定程度時 氣球就會脹破 答案 C 1 2 3 4 5 2 一定質(zhì)量的氣體在溫度保持不變時 壓強增大到原來的4倍 則氣體的體積變?yōu)樵瓉淼?解析 根據(jù)玻意耳定律可知 氣體溫度不變時 壓強與體積成反比 所以D項正確 答案 D 1 2 3 4 5 3 一個氣泡由湖面下20m深處上升到湖面下10m深處 它的體積約變?yōu)樵瓉眢w積的 溫度不變 水的密度為1 0 103kg m3 g取10m s2 答案 C 1 2 3 4 5 4 如圖是一定質(zhì)量的某種氣體狀態(tài)變化的p V圖象 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 先增大后減小解析 作幾條等溫線 如圖所示 由題圖可知 pAVA pBVB 所以A B兩狀態(tài)的溫度相等 由于離原點越遠的等溫線溫度越高 所以從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程中溫度應(yīng)先升高后降低 分子平均速率先增大后減小 答案 D 1 2 3 4 5 5 粗細均勻的玻璃管 一端封閉 長為12cm 一個人手持玻璃管開口豎直向下潛入水中 當(dāng)潛到水下某深度時看到水進入玻璃管口2cm 求管口距液面的深度 取水面上大氣壓強為p0 1 0 105Pa g取10m s2 池水中溫度恒定 解析 確定研究對象為被封閉的一部分氣體 玻璃管下潛的過程中氣體的狀態(tài)變化可視為等溫過程 設(shè)潛入水下的深度為h 玻璃管的橫截面為S 氣體的初 末狀態(tài)參量分別為 初狀態(tài) p1 p0 V1 12S末狀態(tài) p2 p0 g h 0 02 V2 10S解得 h 2 02m 答案 2 02m