【创新设计】2014-2015学年高二物理粤教版选修3-3课件：2.8 气体实验定律(Ⅱ) 第2课时

第二章固体、液体和气体气体实验定律(Ⅱ)第2课时高中物理·选修3-3·粤教版[目标定位]1.进一步熟练掌握气体三定律，并能熟练应用．2.熟练掌握各种气体图象，及其它们之间的转换．3.能熟练处理有关气体性质的几类问题．预习导学气体三定律(1)玻意耳定律内容：一定质量的某种气体，在不变的情况下，压强p与体积V成．公式：或.(2)查理定律内容：一定质量的某种气体，在不变的情况下，压强p与热力学温度T成．公式：或.温度反比pV＝Cp1V1＝p2V2体积正比pT＝Cp1T1＝p2T2预习导学(3)盖—吕萨克定律内容：一定质量的某种气体，在不变的情况下，其体积V与热力学温度T成．公式：或.压强正比VT＝CV1T1＝V2T2一、相互关联的两部分气体的分析方法这类问题涉及两部分气体，它们之间虽然没有气体交换，但其压强或体积这些量间有一定的关系，分析清楚这些关系是解决问题的关键，解决这类问题的一般方法是：1．分别选取每部分气体为研究对象，确定初、末状态参量，根据状态方程列式求解．2．认真分析两部分气体的压强、体积之间的关系，并列出方程．3．多个方程联立求解．课堂讲义课堂讲义例1如图1所示，内径均匀的U形管中装入水银，两管中水银面与管口的距离均为l＝10.0cm，大气压强p0＝75.8cmHg时，将右侧管口封闭，然后从左侧管口处将一活塞缓慢向下推入管中，直到左右两侧水银面高度差达h＝6.0cm为止．求活塞在管内移动的距离．答案6.4cm图1课堂讲义解析设活塞移动的距离为xcm，则左侧气体体积为(l＋h2－x)cm柱长，右侧气体体积为(l－h2)cm柱长，取右侧气体为研究对象．由等温变化规律得p0l＝p2(l－h2)解得p2＝p0ll－h2＝7587cmHg左侧气柱的压强为p1＝p2＋h＝8007cmHg取左侧气柱为研究对象，由等温变化规律得p0l＝p1(l＋h2－x)，解得x＝6.4cm.课堂讲义借题发挥两团气体问题中，对每一团气体来讲都独立满足pVT＝常数；两部分气体往往满足一定的联系：如压强关系，体积关系等，从而再列出联系方程即可．课堂讲义二、假设法在判断液柱(或活塞)的移动问题的应用此类问题的特点是：当气体的状态参量p、V、T都发生变化时，直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难，通常先进行气体状态的假设，然后应用查理定律可以简单地求解．其一般思路为(1)假设液柱或活塞不发生移动，两部分气体均做等容变化．(2)对两部分气体分别应用查理定律的分比形式Δp＝pTΔT，求出每部分气体压强的变化量Δp，并加以比较．课堂讲义例2如图2所示，两端封闭、粗细均匀、竖直放置的玻璃管内，有一长为h的水银柱，将管内气体分为两部分，已知l2＝2l1.若使两部分气体同时升高相同的温度，管内水银柱将如何运动？(设原来温度相同)答案水银柱上移图2课堂讲义解析水银柱原来处于平衡状态，所受合外力为零，即此时两部分气体的压强差Δp＝p1－p2＝h.温度升高后，两部分气体的压强都增大，若Δp1Δp2，水银柱所受合外力方向向上，应向上移动，若Δp1Δp2，水银柱向下移动，若Δp1＝Δp2，水银柱不动．所以判断水银柱怎样移动，就是分析其合力方向，即判断两部分气体的压强哪一个增大得多．假设水银柱不动，两部分气体都做等容变化，分别对两部分气体应用查理定律：课堂讲义上段：p2T2＝p2′T2′，所以p2′＝T2′T2p2，Δp2＝p2′－p2＝(T2′T2－1)p2＝ΔT2T2p2；同理下段：Δp1＝ΔT1T1p1.又因为ΔT2＝ΔT1，T1＝T2，p1＝p2＋hp2，所以Δp1Δp2，即水银柱上移．课堂讲义借题发挥同一问题可从不同角度考虑，用不同方法求解，培养同学们的发散思维能力．此类问题中，如果是气体温度降低，则ΔT为负值，Δp亦为负值，表示气体压强减小，那么降温后水银柱应该向压强减小得多的一方移动．课堂讲义三、变质量问题分析变质量问题时，可以通过巧妙选择合适的研究对象，使这类问题转化为定质量的气体问题，用理想气体状态方程求解．1．打气问题向球、轮胎中充气是一个典型的气体变质量的问题．只要选择球内原有气体和即将打入的气体作为研究对象，就可以把充气过程中的气体质量变化的问题转化为定质量气体的状态变化问题．课堂讲义2．抽气问题从容器内抽气的过程中，容器内的气体质量不断减小，这属于变质量问题．分析时，将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，质量不变，故抽气过程可看做是等温膨胀的过程．课堂讲义例3氧气瓶的容积是40L，其中氧气的压强是130atm，规定瓶内氧气压强降到10atm时就要重新充氧，有一个车间，每天需要用1atm的氧气400L，这瓶氧气能用几天？假定温度不变．答案12天课堂讲义解析用如图所示的方框图表示思路．由V1→V2：p1V1＝p2V2，V2＝p1V1p2＝130×4010L＝520L，由(V2－V1)→V3：p2(V2－V1)＝p3V3，V3＝p2V2－V1p3＝10×4801L＝4800L，则V3400L＝12(天)．课堂讲义四、气体图象与图象之间的转换理想气体状态变化的过程，可以用不同的图象描述，已知某个图象，可以根据这一图象转换成另一图象，如由pV图象变成pT图象或VT图象．课堂讲义例4如图3所示，一定质量的气体从状态A经B、C、D再回到A.问AB、BC、CD、DA是什么过程？已知气体在状态A时的体积是1L，求在状态B、C、D时的体积各为多少，并把此图改为p－V图象．答案见解析图3课堂讲义解析A→B为等容变化，压强随温度升高而增大．B→C为等压变化，体积随温度升高而增大．C→D为等温变化，体积随压强减小而增大．D→A为等压变化，体积随温度降低而减小．由题意知VB＝VA＝1L．因为VBTB＝VCTC，所以VC＝TCTBVB＝900450×1L＝2L．由pCVC＝pDVD，得VD＝pCpDVC＝31×2L＝6L．所以VB＝1L，VC＝2L，VD＝6L．根据以上数据，题中四个过程的p－V图象如图所示．课堂讲义五、气缸类问题的处理方法解决气缸类问题的一般思路：(1)弄清题意，确定研究对象．一般来说，研究对象分两类：一类是热学研究对象(一定质量的理想气体)；另一类是力学研究对象(气缸、活塞或某系统)．(2)分析清楚题目所述的物理过程，对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依气体定律列出方程；对力学研究对象要正确地进行受力分析，依据力学规律列出方程．课堂讲义(3)注意挖掘题目中的隐含条件，如几何关系等，列出辅助方程．(4)多个方程联立求解．对求解的结果注意检验它们的合理性．课堂讲义例5如图4甲所示，气缸质量为m1，活塞质量为m2，不计缸内气体的质量及一切摩擦，当用一水平外力F拉活塞时，活塞和气缸最终以共同的加速度运动．求此时缸内气体的压强．(已知大气压为p0，活塞横截面积为S)图4答案p0－m1Fm1＋m2S课堂讲义解析以活塞m2为研究对象，其受力如图4乙所示．根据牛顿第二定律，有F＋pS－p0S＝m2a.①由于方程①中有p和a两个未知量，所以还必须以整体为研究对象，列出牛顿第二定律方程F＝(m1＋m2)a.②联立①②可得p＝p0－m1Fm1＋m2S.再见