【创新设计】2015-2016学年高中物理 第八章 气体 第1讲 气体的等温变化课件 新人教版选修3

第1讲气体的等温变化目标定位1.知道玻意耳定律的内容、表达式及适用条件.2.能运用玻意耳定律对有关问题进行分析、计算.3.了解p-V图、p-图的物理意义.1V1预习导学梳理·识记·点拨2课堂讲义理解·深化·探究3对点练习巩固·应用·反馈预习导学梳理·识记·点拨1.气体的状态参量生活中的许多现象都表明，气体的、、三个状态参量之间存在着一定的关系.2.玻意耳定律(1)内容：一定质量的某种气体，在不变的情况下，压强与体积成.(2)公式：pV＝C或.压强体积温度温度反比p1V1＝p2V2(3)条件：气体的一定，不变.(4)气体等温变化的p-V图象：气体的压强p随体积V的变化关系如图1所示，图线的形状为，它描述的是温度不变时的p-V关系，称为.一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的.图1质量温度双曲线等温线想一想如图1所示，为同一气体在不同温度下的等温线，T1和T2哪一个大？答案T1大于T2.因为体积相同时，温度越高，压强越大.课堂讲义理解·深化·探究一、气体压强的求法1.液柱封闭气体取等压面法：同种液体在同一深度液体的压强相等，在连通器中，灵活选取等压面，利用两侧压强相等求解气体压强.如图2甲所示，同一液面C、D两处压强相等，故pA＝p0＋ph；如图乙所示，M、N两处压强相等.故有pA＋ph2＝pB，从右侧管看，有pB＝p0＋ph1.图22.活塞封闭气体选与封闭气体接触的液柱或活塞为研究对象，进行受力分析，再利用平衡条件求压强.如图3甲所示，汽缸截面积为S，活塞质量为M.在活塞上放置质量为m的铁块，设大气压强为p0，试求封闭气体的压强.以活塞为研究对象，受力分析如图乙所示.由平衡条件得：Mg＋mg＋p0S＝pS，即：p＝p0＋.图3M＋mgS例1如图4所示，竖直放置的U形管，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的压强分别是多少？图4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＋ph1)S，受向上的大气压力为p0S，由于系统处于静止状态，则(pA＋ph1)S＝p0S，所以pA＝p0－ph1＝(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＋ph2)S＝pAS，所以pB＝pA－ph2＝(65－5)cmHg＝60cmHg.答案65cmHg60cmHg借题发挥(1)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是表示液面竖直高度，不一定是液柱长度.(2)特别注意大气压强的作用，不要漏掉大气压强.二、玻意耳定律的理解及应用1.成立条件：(1)质量一定，温度不变.(2)温度不太低，压强不太大.2.表达式：p1V1＝p2V2或pV＝常数或p1p2＝V2V1.3.应用玻意耳定律解题的一般步骤(1)确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律的条件.(2)确定初、末状态及状态参量(p1、V2；p2、V2).(3)根据玻意耳定律列方程求解.(注意统一单位)(4)注意分析隐含条件，作出必要的判断和说明.例2如图5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，汽缸内封住一定质量的气体，缸套和活塞间无摩擦，活塞面积为S，大气压强为p0，则封闭气体的压强为()A.p＝p0＋MgSB.p＝p0＋M＋mgSC.p＝p0－MgSD.p＝mgS图5解析以缸套为研究对象，有pS＋Mg＝p0S，所以封闭气体的压强p＝p0－，故应选C.对于活塞封闭气体类问题压强的求法，灵活选取研究对象会使问题简化.答案CMgS例3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竖直向下潜入水中，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.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＝12S末状态：p2＝p0＋ρg(h－0.02)，V2＝10S由玻意耳定律p1V1＝p2V2，得p0·12S＝[p0＋ρg(h－0.02)]·10S解得：h＝2.02m.答案2.02m三、等温变化中p-V图象和p-图象的理解和应用1.一定质量的气体，在pV图象中等温线是双曲线，双曲线上的每一个点，均表示一定质量的气体在该温度下的一个状态，而且同一条等温线上每个点对应的p、V坐标的乘积都是相等的.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，温度越高，如图6所示：T2T1.1V图62.一定质量气体的等温变化过程，也可以用p-图象表示，如图7所示.等温线是通过原点的直线，由于气体的体积不能无穷大，所以靠近原点附近处应用虚线表示，该直线的斜率k＝＝pV∝T，即斜率越大，气体做等温变化的温度越高.1Vp1V图7例4如图8所示，为一定质量的气体在不同温度下的两条p-图线，由图可知()A.一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成正比B.一定质量的气体在发生等温变化时，其p-图线的延长线是经过坐标原点的C.T1T2D.T1T2图81V1V解析这是一定质量的气体在发生等温变化时的p-1V图线，由图线过原点可知p1V＝恒量，即斜率k＝p-V为恒量，所以p与V成反比，A错，B正确；根据p-1V图线斜率的物理意义可知C错，D对.答案BD借题发挥由玻意耳定律可知，pV＝C(常量)，其中C的大小与气体的质量及温度有关，质量越大，温度越高，C也越大，在p-图象中，斜率k＝C也就越大.1V对点练习巩固·应用·反馈压强的计算1.求图9中被封闭气体A的压强.其中(1)、(2)、(3)图中的玻璃管内都装有水银，(4)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)1234图9解析(1)pA＝p0－ph＝76cmHg－10cmHg＝66cmHg.(2)pA＝p0－ph＝76cmHg－10×sin30°cmHg＝71cmHg.(3)pB＝p0＋ph2＝76cmHg＋10cmHg＝86cmHgpA＝pB－ph1＝86cmHg－5cmHg＝81cmHg.(4)pA＝p0＋ρ水gh＝1.01×105Pa＋1×103×10×1.2Pa＝1.13×105Pa.1234答案(1)66cmHg(2)71cmHg(3)81cmHg(4)1.13×105Pa12342.一个气泡由湖面下20m深处缓慢上升到湖面下10m深处，它的体积约变为原来体积的()A.3倍B.2倍C.1.5倍D.0.7倍1234玻意耳定律的基本应用解析气泡缓慢上升过程中，温度不变，气体等温变化，湖面下20m处，水的压强约为2个标准大气压(1个标准大气压相当于10m水产生的压强)，故p1＝3atm，p2＝2atm，由p1V1＝p2V2，得：＝1.5，故C项正确.V2V1＝p1p2＝3atm2atmC3.一定质量的气体，压强为3atm，保持温度不变，当压强减小了2atm，体积变化了4L，则该气体原来的体积为()1234A.43LB.2LC.83LD.3L解析设原来的体积为V，则3V＝(3－2)(V＋4)，得V＝2L.Bp-V图象或p-图象4.下图中，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发生等温变化的是()12341V解析A图中可以直接看出温度不变；1234B图说明p∝1V，即pV＝常数，是等温过程；C图是双曲线，但横坐标不是体积V，不是等温线；D图的p-V图线不是双曲线，故也不是等温线.答案AB