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1气体的等温变化1.知道描述气体热学性质的状态参量及其物理意义,知道什么是等温变化,会用等温变化的规律解释有关的物理现象。2.掌握玻意耳定律的适用条件、内容、表达式,会用玻意耳定律分析、计算有关问题;理解气体等温变化的p-V图象。一二一、等温变化1.状态参量:研究气体的性质时,用压强、体积、温度这三个物理量来描述气体的状态,这三个物理量被称为气体的状态参量。2.概念:一定质量的气体,在温度不变的条件下其压强与体积间发生的变化,叫作等温变化。三一二3.实验探究:实验器材铁架台、注射器、压力表等研究对象注射器内被封闭的一定质量的空气柱数据收集气体的压强由压力表读出,空气柱体积(长度)由刻度尺读出数据处理以压强p为纵坐标,以体积的倒数为横坐标,作出p-1V图象图象结果p-1V图象是一条过原点的直线实验结论一定质量的气体,在温度不变的条件下,其压强与体积的倒数成正比,即压强与体积成反比三一二三一二二、玻意耳定律1.内容:一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强p与体积V成反比。2.公式:pV=C(常数)或p1V1=p2V2(其中p1、V1和p2、V2分别表示气体在1、2两个不同状态下的压强和体积)。3.条件:某种气体的质量一定,温度不变。三一三二三、气体等温变化的p-V图象1.p-V图象一定质量的某种气体发生等温变化时的p-V图象为双曲线的一支,如图所示。一三二2.p-1𝑉图象一定质量的某种气体发生等温变化时的p-1𝑉图象为延长线过原点的倾斜直线,如图所示。一三二如图所示,一定质量的某种气体在不同温度下的两条等温线,你能判断哪条等温线表示的温度比较高吗?为什么?提示:T2表示的温度较高,因为它的pV乘积大。一、气体的状态参量与等温变化规律的探究1.气体的状态和状态参量(1)用以描述气体宏观性质的物理量,叫状态参量。对于一定质量的某种气体来说,描述其宏观性质的物理量有温度T、体积V、压强p三个。①体积V:气体分子所能达到的空间,即气体所能充满的容器的容积。②温度T:从宏观角度看,表示物体的冷热程度。从微观角度看,温度是物体分子热运动的平均动能的标志。③压强p:垂直作用于容器壁单位面积上的压力。(2)气体的状态由状态参量决定,对一定质量的气体来说,当三个状态参量都不变时,我们就说气体的状态一定,否则气体的状态就发生了变化。对于一定质量的气体,压强、温度、体积三个状态参量中只有一个参量变而其他参量不变是不可能的,起码其中的两个参量变或三个参量都发生变化。二、对玻意耳定律的理解及应用1.成立条件玻意耳定律p1V1=p2V2是实验定律。只有在气体质量一定、温度不变的条件下才成立。2.恒量的定义p1V1=p2V2=恒量C。该恒量C与气体的种类、质量、温度有关,对一定质量的某种气体,温度越高,该恒量C越大。3.两种等温变化图象两种图象内容p-1V图象p-V图象图象特点物理意义一定质量的气体,温度不变时,pV=恒量,p与V成反比,p与1𝑉成正比,在𝑝−1𝑉图上的等温线应是过原点的直线一定质量的气体,在温度不变的情况下p与V成反比,因此等温过程的p-V图象是双曲线的一支3.两种等温变化图象两种图象内容p-1V图象p-V图象图象特点物理意义一定质量的气体,温度不变时,pV=恒量,p与V成反比,p与1𝑉成正比,在𝑝−1𝑉图上的等温线应是过原点的直线一定质量的气体,在温度不变的情况下p与V成反比,因此等温过程的p-V图象是双曲线的一支续表两种图象内容p-1V图象p-V图象温度高低直线的斜率为p与V的乘积,斜率越大,pV乘积越大,温度就越高,图中T2T1一定质量的气体,温度越高,气体压强与体积的乘积必然越大,在p-V图上的等温线离原点就越远,图中T2T14.利用玻意耳定律解题的基本思路(1)明确研究对象,根据题意确定所研究的是哪部分封闭气体,注意其质量和温度应不变。(2)明确状态参量,找准所研究气体初、末状态的p、V值。(3)根据玻意耳定律列方程求解。类型一类型二对等温变化探究过程的理解【例1】用DIS研究一定质量气体在温度不变时,压强与体积关系的实验装置如图甲所示,实验步骤如下:①把注射器活塞移至注射器中间位置,将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接。②移动活塞,记录注射器的刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p。③用V−1𝑝图象处理实验数据,得出如图乙所示的图线。类型一类型二(1)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是;(2)为了保持封闭气体的温度不变,实验中采取的主要措施是和。点拨:熟悉实验探究中控制实验条件的常用方法是处理问题的关键。解析:(1)为了保证气体的质量不变,要用润滑油涂活塞达到封闭效果。(2)气体的体积变化,外界对气体做正功或负功,要让气体与外界进行足够的热交换,一要时间长,也就是动作缓慢,二要活塞导热性能好。答案:(1)用润滑油涂活塞(2)慢慢地抽动活塞活塞导热类型一类型二题后反思本实验探究用到的方法是控制变量法,所以要保持气体的质量和温度不变。类型一类型二玻意耳定律的应用【例2】粗细均匀的玻璃管内封闭一段长为12cm的空气柱。一个人手持玻璃管开口向下潜入水中,当潜到水下某深度时看到水进入玻璃管口2cm,求人潜入水中的深度。(玻璃管内气体温度视为不变,取水面上大气压强为p0=1.0×105Pa,g取10m/s2)点拨:由于玻璃管内气体温度不变,被封闭气体的质量也不变,所以根据玻意耳定律问题即可解决。解析:确定研究对象为被封闭的那部分气体,玻璃管下潜的过程中气体的状态变化为等温过程。设潜入水下的深度为h,玻璃管的横截面积为S。气体的初末状态参量分别为初状态:p1=p0,V1=0.12m·S。末状态:p2=p0+ρgh,V2=0.1m·S。由玻意耳定律p1V1=p2V2,得𝑝0𝑝0+𝜌𝑔ℎ=0.1m·𝑆0.12m·𝑆。解得h=2m。答案:2m类型一类型二题后反思应用玻意耳定律分析问题时要明确研究对象,确认温度不变,找准初、末状态,分析并确定状态参量(p1,V1,p2,V2),注意单位要统一,其中正确确定压强是运用玻意耳定律的前提。