8.1物理3-3课件.ppt

第八章气体,1气体的等温变化,一、探究气体等温变化的规律,1.气体状态参量:气体的三个状态参量为压强p、_,_、温度T。,2.等温变化:一定质量的气体,在温度不变的条件下其,_与体积的变化关系。,体积,V,压强,图象结果,p-图象是一条过原点的_,实验结论,压强跟体积的倒数成_,即压强与,体积成_,直线,正比,反比,三、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_。,2.公式:_=C(常量)或p,1,V,1,=_。,3.适用条件:气体_不变、温度不变。,反比,pV,p,2,V,2,质量,四、气体等温变化的p-V图象,1.概念:如图,一定质量的理想气体的p-V图线的形状为,_,它描述的是温度不变时的p-V关系,称为等温,线。,2.分析:一定质量的气体,不同温度,下的等温线是_的。,双曲线,不同,【预习诊断】,1.请判断下列说法的正误。,(1)被封闭气体的质量发生变化不影响实验结果。,(),(2)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。(),提示:,(1)。因为实验研究的是一定质量的气体,所以实验过程中,被封闭气体的质量不能发生变化。,(2)。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成反比。,(3)。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.在“探究气体等温变化的规律”实验中,下列四个因素中对实验的准确性影响最小的是(),A.针筒封口处漏气,B.采用横截面积较大的针筒,C.针筒壁与活塞之间存在摩擦,D.实验过程中用手去握针筒,3.为了将空气装入气瓶内,现将一定质量的空气等温压缩,空气可视为理想气体。下列图象能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是(),【解析】,选B。气体做等温变化,遵守玻意耳定律,由,pV=C可知p与,成正比,故B正确。,知识点一探究气体等温变化的规律,探究导入:,如图所示为“探究气体等温变化规律”的装置。,(1)本实验应用了什么物理方法?,(2)在探究过程中,需要测定哪些物理量?如何测量?,提示:,(1)控制变量法。,(2)探究过程需要测量气体的体积和压强。体积可由注射器刻度读出,压强可由压力表读出。,【归纳总结】,1.保证气体质量不变的方法:采用实验前在柱塞上涂好润滑油,以免漏气的方法,保证气体质量不变。,3.封闭气体压强的计算方法:,(1)静止或匀速运动系统中压强的计算方法:,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,建立受力平衡方程消去面积,得到液片两侧压强相等,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,(p,A,+p,h0,)S=(p,0,+p,h,+p,h0,)S,即p,A,=p,0,+p,h,。,(2)容器加速运动时封闭气体压强的计算:当容器加速运动时,通常选与气体相关联的液柱、汽缸或活塞为研究对象,并对其进行受力分析,然后由牛顿第二定律列方程,求出封闭气体的压强。,如图,当竖直放置的玻璃管向上加速运动时,对液柱受,力分析有:,pS-p,0,S-mg=ma,得,p=p,0,+,。,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。,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。,用V-,图象处理实验数据,得出如图乙所示的图,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_。,【正确解答】,(1)为了保证气体的质量不变,要用润滑油涂在活塞上以达到封闭效果。,(2)气体的体积变化,外界对气体做正功或负功,要让气体与外界进行足够的热交换,一要时间长,也就是动作缓慢,二要活塞导热性能好。,答案:,(1)用润滑油涂活塞(2)慢慢地抽动活塞活塞导热性能好,(1)若气室A、B中的压强分别为p,A,、p,B,则它们与外界大气压强p,0,的大小顺序应为_。,(2)在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_(选填“越滴越慢”“越滴越快”或“恒定”)。,【解析】,(1)因为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p,0,这样易得p,A,p,0,即有p,B,p,0,p,A,。,(2)当输液瓶的悬挂高度与输液软管的内径确定时,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管中的气体的压强也不变,所以药液滴注的速度是恒定不变的。,答案:,(1)p,B,p,0,p,A,(2)恒定,【补偿训练】,1.(2017浏阳高二检测)如图所示,竖直放置的弯曲管A端开口,B端封闭,密度为的液体将两段空气封闭在管内,管内液面高度差分别为h,1,、h,2,和h,3,则B端气体的压强为(已知大气压强为p,0,)(),A.p,0,-g(h,1,+h,2,-h,3,),B.p,0,-g(h,1,+h,3,),C.p,0,-g(h,1,+h,3,-h,2,)D.p,0,-g(h,1,+h,2,),【解析】,选B。设弯曲管的横截面积为S,假设P点有一小液片,对小液片受力分析,由平衡条件可得:p,0,S=p,N,S+,gh,3,S,所以p,N,=p,0,-gh,3,p,N,=p,M,同理计算可得p,B,=p,M,-gh,1,联立可得p,B,=p,0,-g(h,1,+h,3,),所以B正确。,2.(多选)某同学做“探究气体等温变化的规律”时,测得的数据如下表所示,发现第5组数据中的pV乘积有较大偏差,如果读数和计算无误,那么造成此偏差的原因可能是(),实验次序,1,2,3,4,5,p(10,5,Pa),1.21,1.06,0.93,0.80,0.66,V(mL),33.2,37.8,43.8,50.4,69.2,pV(10,5,PamL),40.2,40.1,40.7,40.3,45.7,A.温度升高B.温度降低,C.漏入气体D.漏出气体,【解析】,选A、C。由于第5组数据中的pV乘积比前4组的值偏大了,如果质量不变,乘积变大,说明温度升高,选项A正确;如果温度没有变化,乘积偏大,说明气体的质量变大了,选项C正确。,3.(2017松原高二检测)如图所示,U形管封闭端内有一部分气体被水银封住,已知大气压强为p,0,封闭部分气体的压强p(以汞柱为单位)为(),A.p,0,+h,2,B.p,0,-h,1,C.p,0,-(h,1,+h,2,)D.p,0,+(h,2,-h,1,),【解析】,选,B,。选右边最低液面为研究对象,右边液面受到向下的大气压强,p,0,在相同高度的左边液面受到液柱,h,1,向下的压强和液柱,h,1,上面气体向下的压强,p,根据连通器原理可知,:p+h,1,=p,0,所以,p=p,0,-h,1,B,正确。,知识点二对玻意耳定律的理解及应用,探究导入:,玻意耳定律的数学表达式为p,1,V,1,=p,2,V,2,或pV=C。,(1)定律成立的条件是什么?,(2)pV=C中的C是一个与气体无关的常量吗?,提示:,(1)气体的质量不变,温度不变。,(2)pV=C中的C是常量的意思,是当p、V变化时,C的值不变,但对于温度不同,质量不同、种类不同的气体,C的数值不一定相同。,【归纳总结】,1.成立条件:玻意耳定律p,1,V,1,=p,2,V,2,是实验定律,只有在气体质量一定、温度不变的条件下才成立。,2.常量C:玻意耳定律的数学表达式pV=C中的常量C不是一个普适恒量,它与气体的种类、质量、温度有关,对一定质量的气体,温度越高,该恒量C越大。,3.应用玻意耳定律的思路和方法:,(1)确定研究对象,并判断是否满足玻意耳定律成立的条件。,(2)确定始末状态及状态参量(p,1,、V,1,p,2,、V,2,)。,(3)根据玻意耳定律列方程p,1,V,1,=p,2,V,2,代入数值求解(注意各状态参量要统一单位)。,(4)有时要检验结果是否符合实际,对不符合实际的结果要舍去。,【典题过关】,【典例】,(2016全国卷)一U形玻璃,管竖直放置,左端开口,右端封闭,左端,上部有一光滑的轻活塞。初始时,管内,汞柱及空气柱长度如图所示。用力向下缓慢推活塞,直,至管内两边汞柱高度相等时为止。求此时右侧管内气,体的压强和活塞向下移动的距离。已知玻璃管的横截面积处处相同;在活塞向下移动的过程中,没有发生气体泄漏;大气压强p,0,=75.0cmHg。环境温度不变。,【正确解答】,设初始时,右管中空气柱的压强为p,1,长度为,l,1,;左管中空气柱的压强为p,2,=p,0,长度为,l,2,。活塞被推下h后,右管中空气柱的压强为p,1,长度为,l,1,;左管中空气柱的压强为p,2,长度为,l,2,。以cmHg为压强单位,由题给条件得,p,1,=p,0,+(20.0-5.00)cmHg,l,1,=(20.0-,)cm,根据玻意耳定律p,1,l,1,=p,1,l,1,联立解得p,1,=144cmHg,根据题意可得p,1,=p,2,l,2,=4.00 -h,根据玻意耳定律可得p,2,l,2,=p,2,l,2,解得h=9.42cm。,答案:,144cmHg9.42cm,【过关训练】,(2015江苏高考)给某包装袋充入氮气后密封,在室温下,袋中气体压强为1个标准大气压、体积为1L。将其缓慢压缩到压强为2个标准大气压时,气体的体积变为0.45L。请通过计算判断该包装袋是否漏气。,【解析】,若不漏气,设加压后的体积为V,1,由等温过程得p,0,V,0,=p,1,V,1,代入数据得V,1,=0.5L,因为0.45L0.5 L,故包装袋漏气。,答案:,见解析,【补偿训练】,1.某容器的容积是10L,里面所盛气体的压强为2.010,6,Pa,保持温度不变,把这些气体装在另一个容器里,气体的压强为1.010,5,Pa,这个容器的容积是多大?,【解析】,以容器中的气体为所研究的对象,其初始状态,下V,1,=10L,p,1,=2.010,6,Pa,经过等温变化后,其末状态下,p,2,=1.010,5,Pa,由玻意耳定律有p,1,V,1,=p,2,V,2,则V,2,=,10L=200 L。,答案:,200L,2.,(2017长沙高二检测)如图所示,长为1 m,开口竖直向上的玻璃管内,封闭着长为15 cm的水银柱,封闭气体的长度为20 cm,已知大气压强为75 cmHg。现缓慢旋转玻璃管,求:,(1)当玻璃管水平放置时,封闭气体的长度为多少?,(2)当玻璃管开口竖直向下时,封闭气体的长度为多少?,【解析】,(1)以管内气体为研究对象,管口竖直向上为,初态:设管横截面积为S,则p,1,=75 cmHg+15 cmHg=,90 cmHg,V,1,=20S,水平放置为末态:p,2,=75cmHg,由玻意耳定律p,1,V,1,=p,2,V,2,得V,2,=,=24S,所以,管内气体长24cm。,(2)以管口竖直向上为初态,管口竖直向下为末态:,p,2,=75 cmHg-15 cmHg=60 cmHg,由玻意耳定律得V,2,=,=30S,所以,管内气体长30cm。因为30cm+15 cmT,1,一定质量的气体,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T,1,T,2,D.T,1,T,2,【解析】,选B、D。题图是一定质量的气体在发生等温,变化时的p-,图象,由图象知p,所以p与V应成,反比,A错误;由题图可以看出,p-,图象的延长线是,过坐标原点的,B正确;根据p-,图象斜率的物理意,义可知C错误、D正确。,【补偿训练】,1.(多选)某同学利用DIS实验系统,用同一个注射器在实验室先后做了两次实验验证玻意耳定律,操作完全正确。根据实验数据在p-V图上画出了两条不同双曲线,如图所示。造成这种情况的可能原因是(),A.两次实验中空气质量不同,B.两次实验中温度不同,C.其中一次实验时活塞受到的摩擦力太大,D.其中的一次在实验过程中发生了漏气现象,【解析】,选A、B。在研究温度不变的情况下,一定质量的气体压强与体积的关系时,气体的温度是不能变化的,p与V是成反比的,但是如果气体的温度发生变化,pV的乘积也就发生了变化,得到的图象也就不是一条图象,所以B正确;当封闭的气体不是同一部分气体时,气体的质量不同,此时得到的p-V图象也会是不同的图象,所以A正确。,2.(多选)(2017德州高二检测)某同学用“用DIS研究,气体的压强与体积的关系”,做了两次实验,操作完全,正确,在同一p-,图上得到了两条不同的直线,造成这,种情况的可能原因是(),A.两次实验中温度不同,B.两次实验中空气质量不同,C.两次实验中保持空气质量、温度相同,但所取的气体压强的数据不同,D.两次实验中保持空气质量、温度相同,但所取的气体体积的数据不同,【解析】,选A、B。由图象可知,p与,成正比,则p与V,成反比,即pV=C,C是常数;由玻意耳定律可知,对一定量,的气体,在温度不变时,压强与体积成反比,p与,成正,比,气体质量与温度相同时,不同状态下气体的p与,所对应的点在同一直线上,当气体质量相同而温度不同,或气体温度相同而质量不同时,气体的p与,所对应的,点不在同一直线上,故A、B正确,C、D错误。,3.(2017济宁高二检测)不同条件下理想气体的密度随压强p变化的下列四种图线中,属等温变化的是,(),【解析】,选A。理想气体做等温变化,由玻意耳定律,pV=C判断出p,;根据=,得到,;故p,即=kp。,【拓展例题】,考查内容:等温变化中的变质量问题,【典例】,现用活塞气筒向一个容积为V的自行车轮胎内打气,每次能把体积为V,0,、压强为p,0,的空气打入自行车轮胎内。若胎内原有空气的压强为p,设打入气体的温度不变,则打了n次后自行车轮胎内气体的压强为多大?并解释为何在打气过程中越打越费劲?,【解析】,取胎内原有气体和n次打入的气体为研究对象,由玻意耳定律知pV+np,0,V,0,=p,n,V,所以p,n,=p+n,p,0,、V,0,、V、p各量不变,n越多,p,n,越大即打入气的次数,越多,需要克服胎内气体对气筒(活塞)的压力越大,感,觉越费劲。,答案:,p+n,见解析,