高中物理第八章气体第1节气体的等温变化课件新人教版选修3-.ppt

第八章气体气体情情 景景 切切 入入空空气气是是地地球球上上的的动动植植物物生生存存的的必必要要条条件件。动动物物呼呼吸吸、植植物物光光合合作作用用都都离离不不开开空空气气；大大气气层层可可以以使使地地球球上上的的温温度度保保持持相相对对稳稳定定，如如果果没没有有大大气气层层，白白天天温温度度会会很很高高，而而夜夜间间温温度度会会很很低低；风风、云云、雨雨、雪雪的的形形成成都都离离不不开开大大气气。假假设设没没有有空空气气，我我们们的的地地球球上上将将是是一一片片荒荒芜芜的的沙沙漠漠，没没有有一一丝丝生生机机。为为更更好好地地认认识识我我们赖以生存的空气就需要掌握气体的性质和变化规律。们赖以生存的空气就需要掌握气体的性质和变化规律。知知 识识 导导 航航本本章章知知识识是是热热学学部部分分的的重重要要内内容容，研研究究的的是是气气体体实实验验三三定定律律、理理想想气气体体状状态态方方程程以以及及对对气气体体热热现现象象的的微微观观解解释释。本本章章可可分分为为两两个个单单元元：第第一一单单元元为为前前三三节节，介介绍绍理理想想气气体体的的三三个个实实验验定定律律和和在在此此基基础础上上推推导导出出的的理理想想气气体体状状态态方方程程。第第二二单单元元为为第第四四节节，学学习习用用分分子子动动理理论论和和统统计计观观点点对对气气体体实实验验定定律律进进行行具具体体和和比较详细的解释。比较详细的解释。本章重点：本章重点：理想气体状态方程。理想气体状态方程。本章难点：本章难点：气体热现象的微观意义。气体热现象的微观意义。学学 法法 指指 导导本本章章的的学学习习内内容容，是是分分子子动动理理论论和和统统计计观观点点的的一一次次具具体体应应用用。学学习习本本章章知知识识，要要注注重重两两个个方方面面：一一是是通通过过实实验验，发发现现气气体体的的宏宏观观规规律律，并并能能灵灵活活应应用用这这些些规规律律解解决决气气体体的的状状态态变变化化问问题题；二二是是能能用用分分子子动动理理论论和和统统计计观观点点解解释释这这些些规规律。同时，对理想气体这种理想化模型也要能从宏观、微观两个角度加深理解。律。同时，对理想气体这种理想化模型也要能从宏观、微观两个角度加深理解。第一节气体的等温变化第一节气体的等温变化【素养目标定位素养目标定位】掌握玻意耳定律的内容、表达式及适用条件掌握玻意耳定律的内容、表达式及适用条件了解了解pV图图象的物理意象的物理意义义【素养思维脉络素养思维脉络】课前预习反馈课前预习反馈知识点知识点 11气体的状态参量气体的状态参量研研究究气气体体的的性性质质时时常常用用气气体体的的_、_和和体体积积，这这三三个个参参量量来来描述气体的状态。描述气体的状态。2等温变化等温变化一一定定质质量量的的气气体体，在在_的的条条件件下下其其压压强强与与_变变化化时时的的关关系。系。等温变化等温变化温度温度 压强压强 温度不变温度不变 体积体积 知识点知识点 21实验器材实验器材如图所示，有铁架台，带压力表的注射器、铁夹等。如图所示，有铁架台，带压力表的注射器、铁夹等。2研究对象研究对象注射器内注射器内_。3数据收集数据收集空空气气柱柱的的压压强强p由由上上方方的的_读读出出，体体积积V用用刻刻度度尺上读出的空气柱的尺上读出的空气柱的_乘以气柱的乘以气柱的_计算。计算。用手把柱塞向下或向上拉，读出体积与压强的几组值。用手把柱塞向下或向上拉，读出体积与压强的几组值。实验：探究等温变化的规律实验：探究等温变化的规律被封闭的一段空气柱被封闭的一段空气柱 压力表压力表 长度长度l 横截面积横截面积S 压强压强p 正正 反反 知识点知识点 31内容内容一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积与体积V成成_比。比。2公式公式_C，或，或p1V1_。3适用条件适用条件气体的质量一定，温度不变。气体的质量一定，温度不变。玻意耳定律玻意耳定律反反 pV p2V2 知识点知识点 4为为了了直直观观地地描描述述压压强强p跟跟体体积积V的的关关系系，通通常常建建立立_坐坐标标系系，如如图图所所示示。图图线线的的形形状状为为_。由由于于它它描描述述的的是是温温度度不不变变时时的的pV关关系系，因因此此称它为称它为_。一定质量的气体，不同温度下的等温线是一定质量的气体，不同温度下的等温线是_的。的。气体等温变化的气体等温变化的pV图象图象pV 双曲线双曲线 等温线等温线 不同不同 判一判判一判(1)玻玻意意耳耳定定律律是是英英国国科科学学家家玻玻意意耳耳和和法法国国科科学学家家马马略略特特各各自自通通过过实实验验发发现现的。的。()(2)公式公式pVC中的中的C是常量，指当是常量，指当p、V变化时变化时C的值不变。的值不变。()(3)对于温度不同、质量不同、种类不同的气体，对于温度不同、质量不同、种类不同的气体，C值是相同的。值是相同的。()(4)在探究气体的等温变化实验中空气柱体积变化快慢对实验没有影响。在探究气体的等温变化实验中空气柱体积变化快慢对实验没有影响。()(5)气体等温变化的气体等温变化的pV图象是一条倾斜的直线。图象是一条倾斜的直线。()(6)一一定定质质量量的的某某种种气气体体，在在温温度度保保持持不不变变的的情情况况下下，压压强强p与与体体积积V成成正正比比。()辨析思考辨析思考选一选选一选(多多选选)下下列列图图中中，p表表示示压压强强，V表表示示体体积积，T为为热热力力学学温温度度，各各图图中中正正确确描描述一定质量的气体是等温变化的是述一定质量的气体是等温变化的是()解解析析：气气体体的的等等温温变变化化指指的的是是一一定定质质量量的的气气体体在在温温度度不不变变的的情情况况下下，气气体体压强与体积成反比，压强与体积成反比，BC正确，正确，D错误；温度不变，错误；温度不变，A正确。正确。ABC 想一想想一想借借助助铅铅笔笔，把把气气球球塞塞进进一一只只瓶瓶子子里里，并并拉拉出出气气球球的的吹吹气气口口，反反扣扣在在瓶瓶口口上上，如如图图所所示示，然然后后给给气气球球吹吹气气，无无论论怎怎么么吹吹，气气球球不不过过大大了了一一点点，想想把把气气球球吹吹大大，非常困难，为什么？非常困难，为什么？答答案案：由由题题意意“吹吹气气口口反反扣扣在在瓶瓶口口上上”可可知知瓶瓶内内封封闭闭着着一一定定质质量量的的空空气气。当当气气球球稍稍吹吹大大时时，瓶瓶内内空空气气的的体体积积缩缩小小，根根据据气气体体压压强强、体体积积的的关关系系，空空气气的的压强增大，阻碍了气球的膨胀，因而再要吹大气球是很困难的。压强增大，阻碍了气球的膨胀，因而再要吹大气球是很困难的。课内互动探究课内互动探究封闭气体压强的计算封闭气体压强的计算探究探究 一一 思考讨论思考讨论 1如如图图所所示示，玻玻璃璃管管中中都都灌灌有有水水银银，且且水水银银柱柱都都处处在在平平衡衡状状态态，大大气气压压相相当当于于76 cm高的水银柱产生的压强。高的水银柱产生的压强。(1)静止或匀速运动系统中气体的压强，一般采用什么方法求解？静止或匀速运动系统中气体的压强，一般采用什么方法求解？(2)图中被封闭气体图中被封闭气体A的压强各是多少？的压强各是多少？提提示示：(1)选选与与封封闭闭气气体体接接触触的的液液柱柱(或或活活塞塞、汽汽缸缸)为为研研究究对对象象进进行行受受力力分分析析，列平衡方程求气体压强。列平衡方程求气体压强。(2)pAp0ph71 cmHgpAp0ph66 cmHgpAp0ph(7610sin30)cmHg81 cmHgpAp0ph71 cmHgpBpAph66 cmHg归纳总结归纳总结1容器静止时求封闭气体的压强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。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)在在考考虑虑与与气气体体接接触触的的液液柱柱所所产产生生的的附附加加压压强强时时，应应特特别别注注意意液液柱柱产产生生的的压强压强gh中的中的h是表示竖直高度是表示竖直高度(不是倾斜长度不是倾斜长度)。(3)连连通通器器原原理理：在在连连通通器器中中同同一一液液体体(中中间间液液体体不不间间断断)的的同同一一水水平平液液面面上上压压强是相等的。强是相等的。(4)求求由由固固体体封封闭闭(如如气气缸缸或或活活塞塞封封闭闭)气气体体的的压压强强，应应对对此此固固体体(气气缸缸或或活活塞塞)进行受力分析，列合力平衡方程。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容器加速时求封闭气体的压强恰恰当当地地选选择择研研究究对对象象，进进行行受受力力分分析析，然然后后依依据据牛牛顿顿第第二二定定律律列列式式求求封封闭闭气体的压强，把求解压强问题转化为动力学问题求解。气体的压强，把求解压强问题转化为动力学问题求解。特别提醒特别提醒压强关系的实质反应力的关系，力的关系由物体的运动状态来确定。压强关系的实质反应力的关系，力的关系由物体的运动状态来确定。典例典例 1典例剖析典例剖析(2020山山东东省省淄淄川川中中学学高高二二下下学学期期段段考考)如如图图所所示示，一一个个横横截截面面积积为为S的的圆圆筒筒形形容容器器竖竖直直放放置置，金金属属圆圆板板的的上上表表面面是是水水平平的的，下下表表面面是是倾倾斜斜的的，下下表表面面与与水水平平面面的的夹夹角角为为，圆圆板板的的质质量量为为M，不不计计圆圆板板与与容容器器内内壁壁的的摩摩擦擦。若若大大气压强为气压强为p0，则被圆板封闭在容器中的气体的压强等于，则被圆板封闭在容器中的气体的压强等于()D 解解题题指指导导：当当由由液液体体或或固固体体(活活塞塞)封封闭闭一一部部分分气气体体，而而且且处处于于平平衡衡状状态态时时，确确定定气气体体的的压压强强，可可以以以以封封闭闭气气体体的的液液体体或或固固定定为为研研究究对对象象，分分析析其其受受力力情情况况，由平衡条件列出方程，从而求得气体的压强。由平衡条件列出方程，从而求得气体的压强。对点训练对点训练1.如如图图所所示示的的是是医医院院用用于于静静脉脉滴滴注注的的装装置置示示意意图图，倒倒置置的的输输液液瓶瓶上上方方有有一一气气室室A，密密封封的的瓶瓶口口处处的的软软木木塞塞上上插插有有两两根根细细管管，其其中中a管管与与大大气气相相通通，b管管为为输输液液软软管管，中中间间又又有有一一气气室室B，而而其其c端端则则通通过过针针头头接接人人体静脉。体静脉。(1)若若气气室室A、B中中的的压压强强分分别别为为pA、pB则则它它们们与与外外界界大大气气压压强强p0间间的大小关系应为的大小关系应为_；(2)当当输输液液瓶瓶悬悬挂挂高高度度与与输输液液软软管管内内径径确确定定的的情情况况下下，药药液液滴滴注注的的速度是速度是_。(填填“越滴越快越滴越快”、“越滴越慢越滴越慢”或或“恒定恒定”)pBp0pA 恒定恒定 解解析析：(1)因因a管管与与大大气气相相通通，故故可可以以认认为为a管管上上端端处处压压强强即即为为大大气气压压强强，这这样易得样易得pAp0，即有，即有pBp0pA。(2)当当输输液液瓶瓶悬悬挂挂高高度度与与输输液液软软管管内内径径确确定定时时，由由于于a管管上上端端处处的的压压强强与与人人体体血血管管中中的的压压强强都都保保持持不不变变，故故b管管上上方方气气体体部部分分的的压压强强也也不不变变，所所以以药药液液滴滴注注的的速度是恒定不变的。速度是恒定不变的。玻意耳定律玻意耳定律探究探究 二二 思考讨论思考讨论 2在在一一个个恒恒温温池池中中，一一串串串串气气泡泡由由池池底底慢慢慢慢升升到到水水面面，有有趣趣的的是是气气泡泡在在上上升升过程中，体积逐渐变大，到水面时就会破裂。过程中，体积逐渐变大，到水面时就会破裂。请思考：请思考：(1)上升过程中，气泡内气体的温度发生改变吗？上升过程中，气泡内气体的温度发生改变吗？(2)上升过程中，气泡内气体的压强怎么改变？上升过程中，气泡内气体的压强怎么改变？(3)气泡在上升过程中体积为何会变大？气泡在上升过程中体积为何会变大？提示：提示：(1)因为在恒温池中，所以气泡内气体的温度保持不变。因为在恒温池中，所以气泡内气体的温度保持不变。(2)变小。变小。(3)由玻意耳定律由玻意耳定律pVC可知，压强变小，气体的体积增大。可知，压强变小，气体的体积增大。归纳总结归纳总结3气体等温变化的两种图象气体等温变化的两种图象4.利用玻意耳定律解题的基本思路利用玻意耳定律解题的基本思路(1)明确研究对象明确研究对象根根据据题题意意确确定定所所研研究究的的气气体体，质质量量不不变变，温温度度不不变变，有有时时气气体体的的质质量量发发生生变化时，需通过设想，把变质量转化为定质量，才能应用玻意耳定律。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)明确状态参量明确状态参量即找出气体状态变化前后的两组即找出气体状态变化前后的两组p、V值。值。(3)列方程、求解列方程、求解因因为为是是比比例例式式，计计算算中中只只需需使使相相应应量量(p1、p2及及V1、V2)的的单单位位统统一一，不不一一定定用国际单位制的单位。用国际单位制的单位。(4)检检验验结结果果，在在等等温温变变化化中中，有有时时列列方方程程求求解解会会得得到到两两个个结结果果，应应通通过过合合理性的检验决定取舍。理性的检验决定取舍。典例剖析典例剖析农农村村常常用用来来喷喷射射农农药药的的压压缩缩喷喷雾雾器器的的结结构构如如图图所所示示，A的的容容积积为为7.5 L，装装入入药药液液后后，药药液液上上方方体体积积为为1.5 L，关关闭闭阀阀门门K，用用打打气气筒筒B每每次次打打进进105 Pa的的空空气气250 cm3。求：。求：(1)要要使使药药液液上上方方气气体体的的压压强强为为4105 Pa，打打气气筒筒活活塞塞应打几次？应打几次？(2)当当A中中有有4105 Pa的的空空气气后后，打打开开阀阀门门K可可喷喷射射药药液液，直到不能喷射时，喷射器剩余多少体积的药液。直到不能喷射时，喷射器剩余多少体积的药液。典例典例 2解解题题指指导导：向向喷喷雾雾器器容容器器A中中打打气气，是是一一个个等等温温压压缩缩过过程程。按按实实际际情情况况，在在A中中装装入入药药液液后后，药药液液上上方方必必须须留留有有空空间间，而而已已知知有有105 Pa的的空空气气1.5 L，把把这这部部分分空空气气和和历历次次打打入入的的空空气气一一起起作作为为研研究究对对象象，变变质质量量问问题题便便转转化化成成了了定定质质量量问问题题。向向A中中打打入入空空气气后后，打打开开阀阀门门K喷喷射射药药液液，A中中空空气气则则经经历历了了一一个个等等温温膨膨胀胀过过程，根据两过程中气体的初、末状态量，运用玻意耳定律，便可顺利求解本题。程，根据两过程中气体的初、末状态量，运用玻意耳定律，便可顺利求解本题。对点训练对点训练2(2020湖湖北北省省部部分分重重点点高高中中高高二二下下学学期期期期中中)如如图图，水水平平放放置置的的导导热热气气缸缸被被导导热热活活塞塞隔隔成成左左右右两两部部分分，两两部部分分气气体体a和和b为为同同种种理理想想气气体体，活活塞塞静静止止时时到到左左右右两两侧侧的的距距离离之之比比为为1 2，活活塞塞质质量量为为m、面面积积为为S，活活塞塞可可无无摩摩擦擦左左右右移移动动。现现在在把把气气缸缸转转动动90度度，a在在上上、b在在下下，结结果果活活塞塞正正好好在在气气缸缸中中间间。已已知知气气体体温温度始终不变，求开始时气体度始终不变，求开始时气体a的压强是多少？的压强是多少？核心素养提升核心素养提升探究气体等温变化规律的实验探究气体等温变化规律的实验(2020上上海海市市建建平平中中学学高高二二下下学学期期期期中中)用用DIS研研究究一一定定质质量量气气体体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图甲所示，实验步骤如下：在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图甲所示，实验步骤如下：案案 例例在注射器活塞上涂润滑油在注射器活塞上涂润滑油 移动活塞要缓慢移动活塞要缓慢 不能用手握住注射器封闭气体部分不能用手握住注射器封闭气体部分 注射器与压强传感器连接部位的气体体积注射器与压强传感器连接部位的气体体积 解解析析：(1)为为了了保保持持封封闭闭气气体体的的质质量量不不变变，实实验验中中采采取取的的主主要要措措施施是是在在注注射射器活塞上涂润滑油。这样可以保持气密性。器活塞上涂润滑油。这样可以保持气密性。(2)为为了了保保持持封封闭闭气气体体的的温温度度不不变变，实实验验中中采采取取的的主主要要措措施施是是移移动动活活塞塞要要缓缓慢；不能用手握住注射器封闭气体部分。这样能保证装置与外界温度一样。慢；不能用手握住注射器封闭气体部分。这样能保证装置与外界温度一样。(3)如如果果实实验验操操作作规规范范正正确确，但但图图线线不不过过原原点点，则则V0代代表表注注射射器器与与压压强强传传感感器连接部位的气体体积。器连接部位的气体体积。谢谢观赏勤能补拙，学有成就！2024/4/25 周四46