2019-2020学年高中物理 第8章 气体 第1节 气体的等温变化课件 新人教版选修3-3

第八章气体〔情景切入〕空气是地球上的动植物生存的必要条件。动物呼吸、植物光合作用都离不开空气；大气层可以使地球上的温度保持相对稳定，如果没有大气层，白天温度会很高，而夜间温度会很低；风、云、雨、雪的形成都离不开大气。假设没有空气，我们的地球上将是一片荒芜的沙漠，没有一丝生机。为更好地认识我们赖以生存的空气就需要掌握气体的性质和变化规律。〔知识导航〕本章知识是热学部分的重要内容，研究的是气体实验三定律、理想气体状态方程以及对气体热现象的微观解释。本章可分为两个单元：第一单元为前三节，介绍理想气体的三个实验定律和在此基础上推导出的理想气体状态方程。第二单元为第四节，学习用分子动理论和统计观点对气体实验定律进行具体和比较详细的解释。本章重点：理想气体状态方程。本章难点：气体热现象的微观意义。〔学法指导〕本章的学习内容，是分子动理论和统计观点的一次具体应用。学习本章知识，要注重两个方面：一是通过实验，发现气体的宏观规律，并能灵活应用这些规律解决气体的状态变化问题；二是能用分子动理论和统计观点解释这些规律。同时，对理想气体这种理想化模型也要能从宏观、微观两个角度加深理解。第一节气体的等温变化素养目标定位※※掌握玻意耳定律的内容、表达式及适用条件※了解p－V图象的物理意义素养思维脉络1课前预习反馈2课内互动探究3核心素养提升4课内随堂达标5课后课时作业课前预习反馈1．气体的状态参量研究气体的性质时常用气体的________、________和体积，这三个参量来描述气体的状态。2．等温变化一定质量的气体，在____________的条件下其压强与________变化时的关系。知识点1等温变化温度压强温度不变体积知识点2实验：探究等温变化的规律1．实验器材如图所示，有铁架台，带压力表的注射器、铁夹等。2．研究对象注射器内______________________。被封闭的一段空气柱压力表3．数据收集空气柱的压强p由上方的__________读出，体积V用刻度尺上读出的空气柱的__________乘以气柱的______________计算。用手把柱塞向下或向上拉，读出体积与压强的几组值。4．数据处理以__________为纵坐标，以_________________为横坐标作出p－1V图象。5．实验结论若p－1V图象是一条过原点的直线。说明压强跟体积的倒数成______比，也就说明压强跟体积成______比。长度l横截面积S压强p体积的倒数1V正反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______比。2．公式________＝C，或p1V1＝____________。3．适用条件气体的质量一定，温度不变。反知识点3玻意耳定律pVp2V2为了直观地描述压强p跟体积V的关系，通常建立__________坐标系，如图所示。图线的形状为__________。由于它描述的是温度不变时的p－V关系，因此称它为__________。一定质量的气体，不同温度下的等温线是________的。p－V知识点4气体等温变化的p－V图象双曲线等温线不同『判一判』(1)玻意耳定律是英国科学家玻意耳和法国科学家马略特各自通过实验发现的。()(2)公式pV＝C中的C是常量，指当p、V变化时C的值不变。()(3)对于温度不同、质量不同、种类不同的气体，C值是相同的。()(4)在探究气体的等温变化实验中空气柱体积变化快慢对实验没有影响。()(5)气体等温变化的p－V图象是一条倾斜的直线。()(6)一定质量的某种气体，在温度保持不变的情况下，压强p与体积V成正比。()√辨析思考×××××『选一选』(多选)下列图中，p表示压强，V表示体积，T为热力学温度，各图中正确描述一定质量的气体是等温变化的是()解析：气体的等温变化指的是一定质量的气体在温度不变的情况下，气体压强与体积成反比，BC正确，D错误；温度不变，A正确。ABC『想一想』借助铅笔，把气球塞进一只瓶子里，并拉出气球的吹气口，反扣在瓶口上，如图所示，然后给气球吹气，无论怎么吹，气球不过大了一点，想把气球吹大，非常困难，为什么？答案：由题意“吹气口反扣在瓶口上”可知瓶内封闭着一定质量的空气。当气球稍吹大时，瓶内空气的体积缩小，根据气体压强、体积的关系，空气的压强增大，阻碍了气球的膨胀，因而再要吹大气球是很困难的。课内互动探究如图所示，玻璃管中都灌有水银，且水银柱都处在平衡状态，大气压相当于76cm高的水银柱产生的压强。(1)静止或匀速运动系统中气体的压强，一般采用什么方法求解？(2)图中被封闭气体A的压强各是多少？探究一封闭气体压强的计算1提示：(1)选与封闭气体接触的液柱(或活塞、汽缸)为研究对象进行受力分析，列平衡方程求气体压强。(2)①pA＝p0－ph＝71cmHg②pA＝p0－ph＝66cmHg③pA＝p0＋ph＝(76＋10×sin30°)cmHg＝81cmHg④pA＝p0－ph＝71cmHgpB＝pA－ph＝66cmHg1．容器静止时求封闭气体的压强(1)求由液体封闭的气体压强，应选择最低液面列压强平衡方程。(2)在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强时，应特别注意液柱产生的压强ρgh中的h是表示竖直高度(不是倾斜长度)。(3)连通器原理：在连通器中同一液体(中间液体不间断)的同一水平液面上压强是相等的。(4)求由固体封闭(如气缸或活塞封闭)气体的压强，应对此固体(气缸或活塞)进行受力分析，列合力平衡方程。2．容器加速时求封闭气体的压强恰当地选择研究对象，进行受力分析，然后依据牛顿第二定律列式求封闭气体的压强，把求解压强问题转化为动力学问题求解。特别提醒：压强关系的实质反应力的关系，力的关系由物体的运动状态来确定。(2019·山东省淄川中学高二下学期段考)如图所示，一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置，金属圆板的上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为θ，圆板的质量为M，不计圆板与容器内壁的摩擦。若大气压强为p0，则被圆板封闭在容器中的气体的压强等于()典例1DA.p0＋MgcosθSB．p0cosθ＋MgScosθC．p0＋Mgcos2θSD．p0＋MgS解题指导：当由液体或固体(活塞)封闭一部分气体，而且处于平衡状态时，确定气体的压强，可以以封闭气体的液体或固定为研究对象，分析其受力情况，由平衡条件列出方程，从而求得气体的压强。解析：圆板的下表面是倾斜的，气体对其的压力应与该面垂直。为求气体的压强，应以封闭气体的金属圆板为研究对象，其受力分析如图所示。由物体的平衡条件得pScosθ·cosθ＝Mg＋p0S解得p＝p0＋MgS〔对点训练1〕如图所示的是医院用于静脉滴注的装置示意图，倒置的输液瓶上方有一气室A，密封的瓶口处的软木塞上插有两根细管，其中a管与大气相通，b管为输液软管，中间又有一气室B，而其c端则通过针头接人体静脉。(1)若气室A、B中的压强分别为pA、pB则它们与外界大气压强p0间的大小关系应为____________________；(2)当输液瓶悬挂高度与输液软管内径确定的情况下，药液滴注的速度是________。(填“越滴越快”、“越滴越慢”或“恒定”)pBp0pA恒定解析：(1)因a管与大气相通，故可以认为a管上端处压强即为大气压强，这样易得pAp0，而pBp0，即有pBp0pA。(2)当输液瓶悬挂高度与输液软管内径确定时，由于a管上端处的压强与人体血管中的压强都保持不变，故b管上方气体部分的压强也不变，所以药液滴注的速度是恒定不变的。在一个恒温池中，一串串气泡由池底慢慢升到水面，有趣的是气泡在上升过程中，体积逐渐变大，到水面时就会破裂。请思考：(1)上升过程中，气泡内气体的温度发生改变吗？(2)上升过程中，气泡内气体的压强怎么改变？(3)气泡在上升过程中体积为何会变大？探究二玻意耳定律2提示：(1)因为在恒温池中，所以气泡内气体的温度保持不变。(2)变小。(3)由玻意耳定律pV＝C可知，压强变小，气体的体积增大。1．表达式p1p2＝V2V1，或p1V1＝p2V2。式中，p1，V1和p2，V2分别表示一定质量的气体在温度不变时处于不同的两个状态中的压强和体积。2．适用条件(1)一定质量的气体，且气体保持温度不变。(2)压强不太大，温度不太低。3．气体等温变化的两种图象两种图象内容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就成正比，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图上的等温线就越高，图中T1T24.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气体，质量不变，温度不变，有时气体的质量发生变化时，需通过设想，把变质量转化为定质量，才能应用玻意耳定律。(2)明确状态参量即找出气体状态变化前后的两组p、V值。(3)列方程、求解因为是比例式，计算中只需使相应量(p1、p2及V1、V2)的单位统一，不一定用国际单位制的单位。(4)检验结果，在等温变化中，有时列方程求解会得到两个结果，应通过合理性的检验决定取舍。农村常用来喷射农药的压缩喷雾器的结构如图所示，A的容积为7.5L，装入药液后，药液上方体积为1.5L，关闭阀门K，用打气筒B每次打进105Pa的空气250cm3。求：(1)要使药液上方气体的压强为4×105Pa，打气筒活塞应打几次？(2)当A中有4×105Pa的空气后，打开阀门K可喷射药液，直到不能喷射时，喷射器剩余多少体积的药液。典例2解题指导：向喷雾器容器A中打气，是一个等温压缩过程。按实际情况，在A中装入药液后，药液上方必须留有空间，而已知有105Pa的空气1.5L，把这部分空气和历次打入的空气一起作为研究对象，变质量问题便转化成了定质量问题。向A中打入空气后，打开阀门K喷射药液，A中空气则经历了一个等温膨胀过程，根据两过程中气体的初、末状态量，运用玻意耳定律，便可顺利求解本题。解析：(1)以V总、V分别表示A的总容积和打气前药液上方的体积，p0表示打气前A容器内外的气体压强，V0表示每次打入压强为p0的空气体积，p1表示打n次后A容器的气体压强，以A中原有空气和n次打入A中的全部气体作为研究对象，由玻意耳定律，可得p0(V＋nV0)＝p1V所以n＝p1－p0Vp0V0＝4×105－105×1.5105×250×10－3＝18(2)打开阀门K，直到药液不能喷射，忽略喷管中药液产生的压强，则A容器内的气体压强应等于外界大气压强，以A容器内的气体作为研究对象，由玻意耳定律，可得p1V＝p0V′所以药液不能喷射时A容器内的气体体积V′＝p1p0V＝4×105105×1.5L＝6L从而，A容器内剩余药液的体积V剩＝V总－V′＝7.5L－6L＝1.5L答案：(1)18次(2)1.5L〔对点训练2〕(2018黑龙江哈尔滨第三中学高二下学期期末)有一传热性良好的圆柱形汽缸置于水平地面上，并用一光滑的质量为m的活塞密封一定质量的理想气体，活塞面积为S，开始时汽缸开口向上(如图甲)。已知外界大气压强为p0，被封气体的体积为V0。(1)求被封气体的压强；(2)现将汽缸倒置(如图乙)，底部气体始终与大气相通，待系统重新稳定后，求活塞移动的距离。答案：(1)mg＋p0SS(2)2mgV0p0S－mgS解析：(1)设封闭气体的压强为p，对活塞受力分析有mg＋p0S＝pS，得p＝mg＋p0SS。(2)将汽缸倒置后，对活塞受力分析有mg＋p1S＝p0S，所以p1＝p0S－mgS。对封闭气体运用玻意耳定律有pV0＝p1V1，得V1＝p0S＋mgV0p0S－mg所以Δh＝V1－V0S＝2mgV0p0S－mgS核心素养提升探究气体等温变化规律的实验1．保证气体质量不变的方法：实验前在柱塞上涂好润滑油，以免漏气。2．保证气体温度