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

1气体的等温变化前面我们用位移、速度、加速度等物理量描述物体的机械运动，现在研究气体的特性，要用哪些物理量描述气体的性质呢？气体的不同状态之间的变化又有什么规律呢？让我们去探究一定质量的气体状态变化的规律吧！一、玻意耳定律1．气体状态参量气体的三个状态参量为________、________、________.【答案】温度体积压强2．等温变化：________的气体，在温度不变的条件下，其________与________变化时的关系．【答案】一定质量压强体积3．玻意耳定律(1)内容：一定________的气体，在温度保持不变时，它的压强和体积成反比；或者说，压强和体积的乘积保持________．此即玻意耳定律．(2)数学表达式：pV＝C(常量)或p1V1＝p2V2.(3)适用条件：①气体质量不变、温度不变；②气体温度不太低、压强不太大．【答案】(1)质量不变二、气体等温变化的pV图象1．pV图象一定质量的理想气体的pV图象如图甲所示，图线为双曲线的一支，且温度t1＜t2.甲乙2．p1V图象一定质量的理想气体的p1V图象如图乙所示，图线为过原点的倾斜直线，且温度t1＜t2.系统静止或匀速运动时气体压强的计算常用方法有1．参考液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程消去面积，得到液片U形管压强的计算两侧压强相等，进而求得气体压强．例如，图中粗细均匀的U形管中封闭了一定质量的气体A，在其最低处取一液片B，由其两侧受力平衡可知(pA＋ph0)S＝(p0＋ph＋ph0)S.即pA＝p0＋ph.2．力平衡法：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，由F合＝0列式求气体压强．3．连通器原理：在连通器中，同一种液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强相等，如图中同一液面C、D处压强相等pA＝p0＋ph.温馨提示：(1)当系统加速运动时，选封闭气体的物体如液柱、汽缸或活塞等为研究对象，进行受力分析，然后由牛顿第二定律列方程，求出封闭气体的压强．(2)压强关系的实质反映力的关系，力的关系由物体的状态来决定．1．求图中被封闭气体A的压强．其中甲、乙、丙图中的玻璃管内都灌有水银，丁图中的小玻璃管浸没在水中．大气压强p0＝76cmHg.(p0＝1.01×105Pa，g＝10m/s2，ρ水＝1×103kg/m3)【答案】甲66cmHg乙71cmHg丙81cmHg丁1.13×105Pa【解析】甲pA＝p0－ph＝76cmHg－10cmHg＝66cmHg.乙pA＝p0－ph＝76cmHg－10×sin30°cmHg＝71cmHg.丙pB＝p0＋ph2＝76cmHg＋10cmHg＝86cmHgpA＝pB－ph1＝86cmHg－5cmHg＝81cmHg.丁pA＝p0＋ρ水gh＝1.01×105Pa＋1×103×10×1.2Pa＝1.13×105PA．1．成立条件：气体质量一定、温度不变．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，对一定质量的气体，温度越高，该恒量C越大．玻意耳定律的理解及应用3．两种等温变化图象比较p1V图象pV图象图象特点比较p1V图象pV图象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p1V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pV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pV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．2．(多选)如图所示，在汽缸中用活塞封闭一定质量的气体，活塞与缸壁间的摩擦不计，且不漏气，将活塞用绳子悬挂在天花板上，使汽缸悬空静止.若大气压不变，温度降低到某一值，则此时与原来状态相比较()A.绳子张力不变B.缸内气体压强变小C.绳子张力变大D.缸内气体体积变小【答案】AD解析：两管内水银面一样高，则左管中空气的压强减小，由玻意耳定律可知，气体的体积增大，右管必须向下移动，才可以保持左右平衡，故D项正确．例1如图所示，竖直放置的U型管，左端开口右端封闭，管内有a、b两段水银柱，将A、B两段空气柱封闭在管内．已知水银柱a长h1为10cm，水银柱b两个液面间的高度差h2为5cm，大气压强为75cmHg，求空气柱A、B的压强．气体压强的计算解析：设管的截面积为S，选a的下端面为参考液面，它受向下的压力为(pA＋h1)S，受向上的大气压力为p0S，由于系统处于静止状态，则(pA＋h1)S＝p0S，所以pA＝p0－h1＝(75－10)cmHg＝65cmHg再选b的左下端面为参考液面，由连通器原理知：液柱h2的上表面处的压强等于pB，则(pB＋h2)S＝pAS，所以pB＝pA－h2＝(65－5)cmHg＝60cmHg.答案：65cmHg60cmHg反思领悟：求气体压强的方法(1)连通器原理：在连通器中，同一液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强是相等的．(2)在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强p＝ρgh时，应特别注意h是表示液面间竖直高度，不一定是液柱长度．(3)求由液体封闭的气体压强，应选择最低液面列平衡方程．(4)求由固体封闭(如汽缸和活塞封闭)气体的压强，应对此固体(如活塞或汽缸)进行受力分析，列出力平衡方程或牛顿第二定律方程．1．(2019长沙名校期末)如图所示，活塞的质量为m，缸套的质量为M，通过弹簧吊在天花板上，汽缸内封有一定质量的气体，缸套和活塞间无摩擦，活塞面积为S，则(大气压强为p0)()A．封闭气体的压强p＝p0＋mgSB．封闭气体的压强p＝p0＋(M＋m)gSC．封闭气体的压强p＝p0－MgSD．封闭气体的压强p＝mgS【答案】C解析：以缸底为研究对象，根据平衡条件有Mg＋pS＝p0S，所以p＝p0－MgS.故C正确，A、B、D错误．例2粗细均匀的玻璃管，一端封闭，长为12cm.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，求管口距液面的深度．(取水面上大气压强为p0＝1.0×105Pa，g取10m/s2，池水中温度恒定)解析：确定研究对象为被封闭的一部分气体，玻璃管下潜的过程中气体的状态变化可视为等温过程．玻意耳定律的应用设潜入水下的深度为h，玻璃管的横截面为S.气体的初末状态参量分别为：初状态：p1＝p0，V1＝12S末状态：p2＝p0＋ρg(h－0.02)，V2＝10S由玻意耳定律p1V1＝p2V2，得p0p0＋ρgh－0.02＝10S12S解得h＝2.02m.答案：2.02m反思领悟：应用玻意耳定律解题的一般步骤(1)首先确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律的条件．(2)然后确定始末状态及其状态参量(p1、V1；p2、V2)．(3)最后根据玻意耳定律列方程求解(注意统一单位)．2．(2019无锡名校二模)把一根两端开口、粗细均匀的玻璃管竖直插入水银槽中，之后将玻璃管上端封闭，如图所示．现将玻璃管缓慢地继续向下插入水银槽内，则管内水银柱的长度、管内水银面的升降情况是()A．变短、上升B．变长、下降C．变短、下降D．变长、上升【答案】B解析：管内气体全过程等温变化，压强增大，可见体积减小，管内水银柱伸长；对于管内气体，由玻意耳定律有p(h上＋h下)S＝C，又p＝p0＋ρgh下，得(p0＋ρgh下)(h上＋h下)S＝C，h上为柱内上方气体高度(外液面上方)，h下为柱内下方气体高度，显然过程中h上减小，则h下增大，即液面下降．故B正确，A、C、D错误．