2015-2016学年高中物理 第二章 7 气体实验定律(Ⅰ)课件 粤教版选修3-3

学案7气体实验定律(Ⅰ)[学习目标定位]1.探究气体等温变化的规律.2.了解玻意耳定律的内容、表达式及适用条件.3.会运用玻意耳定律解决实际问题.4.理解等温变化的p－V图象．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区1．气体的三个状态参量是指、、．2．同时研究三个状态参量之间的变化关系比较困难时，可以采用法．温度压强体积控制变量本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区3．在探究等温变化时，研究对象是被封闭在注射器内的，控制不变，探究与的关系．4．玻意耳定律(1)内容：一定质量的气体，在不变的情况下，压强和体积成．(2)公式：p∝1V也可写作p1p2＝V2V1或p1V1＝p2V2.(3)适用条件：气体的一定，不变．5．一定质量的气体等温变化的p－V图象的形状为．一定质量的气体，不同温度下的等温线是的(填“相同”或“不同”).一定质量的气体温度压强温度反比质量温度双曲线不同体积本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区一、探究气体等温变化的规律[实验探究]1．实验装置如图1所示：图1本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区2．数据采集：体积可由注射器的刻度直接读出，对应的压强可通过与计算机连接的压强传感器和数据采集器自动完成并输入计算机．多次改变柱塞位置，待气压计示数稳定后，记录对应压强和体积数据．3．数据处理：应用计算机，点击“绘图”，生成压强与体积关系图线和压强与体积倒数的关系图线．4．分析图线，得出结论：压强与体积成反比．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区5．实验注意事项(1)温度控制等温变化本身已明确了的研究方法，做实验时要缓慢进行，避免做功升温，不要用手直接接触气体部分的玻璃管，以免影响温度．(2)实验数据的处理采用p－1V来处理实验数据，化线为线，便于观察规律和图线描绘，这也是物理学研究的一种方法．控制变量曲直本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区二、玻意耳定律[要点提炼]1．一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强和体积成；或者说，压强与体积的乘积保持，这个规律叫做玻意耳定律．它的数学表达式为：p∝1V或p1V1＝或p1p2＝.2．适用条件(1)温度不太低，压强不太大．(2)被研究的气体质量不变，温度不变．p2V2V2V1反比不变本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区三、气体等温变化的图象[问题设计]由玻意耳定律可知，一定质量的气体在温度保持不变时，压强和体积的关系为p∝1V，由数学知识知p－V图象是什么曲线？答案p－V图象是双曲线中的一支．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区[要点提炼]1．p－V图象：一定质量的气体，其p－V图象(等温线)是双曲线的一支，曲线上的每一个点均表示气体在该温度下的一个状态，曲线上的一段表示等温变化的一个过程．而且同一条等温线上每个点对应的p、V坐标的乘积是相等的．一定质量的气体在不同温度下的等温线是不同的双曲线，且pV乘积越大，温度就，图2中T2＞T1.图2越高本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区2．p－1V图象：一定质量气体的等温变化过程，也可以用p－1V图象来表示，如图3所示．等温线是通过原点的倾斜直线，由于气体的体积不能无穷大，所以靠近原点附近处等温线应用表示，该直线的斜率k＝，故斜率越大，温度，图中T2T1.图3虚线pV越高＞本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区[延伸思考]在p－1V图象中，图线是一条过原点的直线，图线在原点及原点附近表示的气体的体积和压强有实际意义吗？答案原点表示气体的体积无穷大，气体的压强为零，所以图线在原点及原点附近没有实际意义，故画p－1V图象时，图线在原点及原点附近要画成虚线．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区例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4所示，实验步骤如下：图4①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；本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区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5所示的图线．(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；(3)如果实验操作规范、正确，但如图5所示的V－1p图线不过原点，则V0代表．图5本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区解析(1)通过涂润滑油可使注射器不漏气，从而保持其质量不变．(2)缓慢移动活塞是为了有足够的时间使封闭气体与外界进行热交换，不用手握住注射器封闭气体部分也是为了不使手上的热量传递给封闭气体，从而保持气体温度不变．(3)注射器与压强传感器连接部位有气体，从而使图线不过原点．答案(1)在注射器活塞上涂润滑油(2)移动活塞要缓慢不能用手握住注射器封闭气体部分(3)注射器与压强传感器连接部位的气体体积本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区例2如图6所示，一粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l1＝20cm(可视为理想气体)，两管中水银面等高．现将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h＝10cm.环境温度不变，大气压强p0＝75cmHg，求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)．图6本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区解析设U型管横截面积为S，右端与大气相通时左管中封闭气体的压强为p1，右端与一低压舱接通后，左管中封闭气体的压强为p2，气柱长度为l2，稳定后低压舱内的压强为p.左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得p1V1＝p2V2①p1＝p0②p2＝p＋ph③V1＝l1S④V2＝l2S⑤由几何关系得h＝2(l2－l1)⑥联立①②③④⑤⑥式，代入数据得p＝50cmHg答案50cmHg本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区例3(单选)如图7所示，是一定质量的某种气体状态变化的p－V图象，气体由状态A变化到状态B的过程中，气体分子平均速率的变化情况是()A．一直保持不变B．一直增大C．先减小后增大D．先增大后减小图7本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区解析由题图可知，pAVA＝pBVB，所以A、B两状态的温度相等，在同一等温线上．由于离原点越远的等温线温度越高，如图所示，所以从状态A到状态B，气体温度应先升高后降低，分子平均速率先增大后减小．答案D本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区例4如图8所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的汽缸内，活塞相对于底部的高度为h，可沿汽缸无摩擦地滑动．取一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上．沙子倒完时，活塞下降了h/4.再取相同质量的一小盒沙子缓慢地倒在活塞上表面上．外界大气的压强和温度始终保持不变，求此次沙子倒完时活塞距汽缸底部的高度．图8本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区解析设大气和活塞对气体的总压强为p0，加一小盒沙子后对气体产生的压强为p，由玻意耳定律得p0h＝(p0＋p)(h－14h)①由①式得p＝13p0②再加一小盒沙子后，气体的压强变为p0＋2p.设第二次加沙子后，活塞的高度为h′，由玻意耳定律得p0h＝(p0＋2p)h′③联立②③式解得h′＝35h.答案35h本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区VVVVVppppp本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区1．(双选)一定质量的气体，在等温变化过程中，下列物理量发生变化的是()A．分子的平均速率B．单位体积内的分子数C．气体的压强D．分子总数BC解析由于气体等温变化，温度不变，分子的平均动能不变，分子的平均速率不发生变化，A项错；由于是针对一定质量的气体，所以气体的分子总数也不变，D项错；在等温变化中，p和V都在发生变化，单位体积内的分子数随体积V的变化而变化，故B、C项正确．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区2.(双选)如图9所示，一根一端封闭的玻璃管开口向下插入水银槽中，玻璃管内封有一定质量的气体，管内水银面低于管外，在温度不变时，将玻璃管稍向下插入一些，下列说法正确的是()A．玻璃管内气体体积减小B．玻璃管内气体体积增大C．管内外水银面高度差减小D．管内外水银面高度差增大图9本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区解析此类题属于定性判断气体状态参量变化问题．要弄清p、V的定性变化关系，常用极限分析法或假设法解决．极限分析法：设想把管压下很深，则易知V减小，p增大，因为p＝p0＋ph，所以h增大，即选项A、D正确．假设法：将玻璃管向下插入过程中，假设管内气体体积不变，则h增大，p＝p0＋ph增大，由玻意耳定律判得V减小．由V减小得p＝p0＋ph也增大，所以h也增大．答案AD本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区3．如图10所示，喷雾器内有10L水，上部封闭有1atm的空气2L．关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入1atm的空气3L(设外界环境温度一定，空气可看做理想气体)．当水面上方气体温度与外界温度相等时，求气体压强．图10解析设气体初态压强为p1，体积为V1；末态压强为p2，体积为V2，由玻意耳定律得p1V1＝p2V2①而p1＝1atmV1＝2L＋3L＝5L，V2＝2L代入①式得，p2＝2.5atm.答案2.5atm本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区