高二新人教版物理选修3-3课件8-1-气体的等温变化

第八章气体学习导言●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。其中气体实验三定律、理想气体状态方程是重要的热学规律，在实际生产、生活中应用广泛，应重点掌握。本章教材共分四节：第1节讲气体的等温变化；第2节讲气体的等容变化和等压变化；第3节讲理想气体的状态方程；第4节讲理想气体热现象的微观意义。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。本章学习过程中要掌握三个实验定律、一种研究方法、一种能力的培养、一个理想模型、一种观点。三个实验定律：气体的等温变化、气体的等容变化和等压变化。一种研究方法：实验探究方法。一种能力的培养：用图象处理问题的能力。一个理想模型：理想气体的模型。一个观点：统计的观点。●学法指导本章内容较抽象，初学者理解起来必须借助实验来理解，如何突破本章知识要点，把握重点，掌握方法是关键，气体等温变化是重点实验，突出探究的思想，鼓励同学们用与教材不同的方法和仪器去实验探究，对于三个定律及气体状态方程解题要突出初状态、末状态及过程的分析。对于气体热现象的微观意义要注意体会统计规律的运用，可通过不同的小实验来体会理解●考纲须知内容要求气体实验定律Ⅰ理想气体Ⅰ第一节气体的等温变化课堂情景切入知识自主梳理重点难点突破课后强化作业考点题型设计学习目标定位※了解玻意耳定律的内容、表达式及适用条件※了解p－V图象的物理意义课堂情景切入在一个恒温池中，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。气泡在上升过程中体积为何会变大？知识自主梳理知识点1等温变化1.气体的状态参量：______________和体积。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。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：铁架台、注射器、刻度尺、压力表(压强表)等，注射器下端用橡胶塞密封，上端用柱塞封闭一段________，这段_________就是我们的研究对象。2．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。空气柱空气柱压力表长度l横截面积S用手把柱塞向下或向上拉，读出体积与压强的几组值。3．数据处理：以________为纵坐标，以体积的倒数1V为横坐标作出p－1V图象。4．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。压强p正反知识点3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_____比。2．公式：_____＝C，或p1V1＝________。3．条件：气体的质量一定，温度不变。反pVp2V2知识点4气体等温变化的p－V图象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______线。一定质量的气体，不同温度下的等温线是_____的。p－V双曲线等温不同重点难点突破一、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、体积、压强三个。(1)体积：指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：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：垂直作用于容器壁单位面积上的压力。单位：帕(Pa)。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量变而其他量不变是不可能的，起码其中的两个量变或三个量都发生变化。下列过程可能发生的是()A．气体的温度变化，但压强、体积保持不变B．气体的温度、压强保持不变，而体积发生变化C．气体的温度保持不变，而压强、体积发生变化D．气体的温度、压强、体积都发生变化答案：CD解析：p、V、T三个量中，可以两个量发生变化，一个量恒定；也可以三个量同时发生变化；一个量变化的情况是不存在的，故C、D选项正确。二、对玻意耳定律的理解1．公式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．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。(2012·济南模拟)如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量。设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气()A．体积不变，压强变小B．体积变小，压强变大C．体积不变，压强变大D．体积变小，压强变小答案：B解析：本题考查气体的体积、压强、温度的关系，意在考查考生的分析综合能力。以细管中封闭气体为研究对象，当洗衣缸内水位升高时，细管中封闭气体压强变大，而气体温度不变，则由玻意尔定律知，气体体积变小，故B项正确。三、气体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T1T2(2012·青州高二期末)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不是等温变化的是()答案：D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。故选D。四、气体压强的计算方法1．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，力的关系由物体的状态来确定。考点题型设计题型1压强的计算如图所示，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()A.p0＋MgcosθSB.p0cosθ＋MgScosθC．p0＋Mgcos2θSD．p0＋MgS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答案：D点评：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。如图所示，玻璃管中都灌有水银，分别求出几种情况被封闭的气体的压强(设大气压强为76厘米汞柱)。答案：(1)pA＝p0－ph＝71cmHg(2)pA＝p0－ph＝66cmHg(3)pA＝p0＋ph＝(76＋10×sin30°)cmHg＝81cmHg(4)pA＝p0－ph＝71cmHgpB＝pA－ph＝66cmHg题型2玻意耳定律的应用(2011·桂林高二检测)一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的气缸内，活塞相对于底部的高度为h，可沿气缸无摩擦地滑动。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的上表面上。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气缸底部的高度。解析：设大气和活塞对气体的总压强为p0，加一小盒沙子对气体产生的压强为p，汽缸横截面积为S。则状态Ⅰ：p1＝p0，V1＝hS，状态Ⅱ：p2＝p0＋p，V2＝(h－14h)S，状态Ⅲ：p3＝p0＋2p，V3＝h′S，由玻意耳定律得：p0hS＝(p0＋p)(h－14h)S①p0hS＝(p0＋2p)h′S②联立①②式解得：h′＝35h。因此沙子倒完时活塞距汽缸底部的高度为35h。答案：35h一个气泡从水底升到水面上时，它的体积增大2倍，设水的密度为ρ＝1×103kg/m3，大气压强p0＝1.0×105Pa，水底与水面温差不计，求水的深度。(g＝10m/s2)答案：20m解析：气泡在水底时，气泡内气体的压强等于水面上大气压与水的压强之和，气泡升到水面上时，气泡内气体压强减小为大气压，因此体积增大。由于水底与水面温度相同，泡内气体经历的是一个等温变化过程。该气泡在水底时体积为V1、压强为p1＝p0＋ρgh气泡升到水面时的体积为V2，则V2＝3V1，压强为p2＝p0由玻意耳定律p1V1＝p2V2，得(p0＋ρgh)V1＝p0·3V1得水深：h＝2p0ρg＝2×1.0×1051×103×10m＝20m。一定质量的某实际气体，处在某一状态，经下列哪个过程后会回到原来的温度()A．先保持压强不变而使它的体积膨胀，接着保持体积不变而减小压强B．先保持压强不变而使它的体积减小，接着保持体积不变而减小压强C．先保持体积不变而增大压强，接着保持压强不变而使它的体积膨胀题型3p－V图象的应用D．先保持体积不变而减小压强，接着保持压强不变而使它的体积膨胀解析：由于此题要经过一系列状态变化后回到初始温度，所以先在p－V坐标中画出等温变化图线，然后在图线上任选中间一点代表初始状态，根据各个选项中的过程画出图线，如图所示。从图线的发展趋势来看，有可能与原来的等温线相交说明经过变化后能够回到原来的温度。选项A、D正确。答案：AD(2012·潍坊模拟)如图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变化至状态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．一直减小D．以上全错答案：D解析：由图象可看出pAVA＝pBVB，所以TA＝TB，但中间过程p、V乘积发生变化，温度发生变化，从而A、B、C全错，只能选D。题型4开放·探究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4×10