高中物理选修3-3《气体》整章(课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章,气体,高中物理选修,3,3,1,1、温度,热力学温度,T,：,开尔文,T,=,t,273 K,2、体积,体积,V,单位：有,L、mL,等,3、压强,压强,p,单位：,Pa（,帕斯卡）,复习,气体的状态参量,2,如何确定气体的状态参量呢？,温度（,T,）,-,温度计,体积（,V,）,-,容器的容积,压强（,p,）,-,气压计,3,探究方法：,控制变量法,4,第八章,气体,8.1,气体的等温变化,波意耳定律,5,问题的引入,生活实例：,夏天打足气的自行车在烈日下曝晒，会出现什么现象？原因是什么,动手,：,用一个注射器密闭一定质量的空气，缓慢的推动活塞，同学们观察活塞中空气体积变化？思考压强的变化？,气体状态变化,：,(,P,1,、,V,1,、,T,1,),(,P,1,、,V,1,、,T,1,),6,一、气体的等温变化：,气体在温度不变的状态下，发生的变化叫做等温变化。,7,实验探究,猜想,一定质量的气体，在温度不变时，其压强与体积之间有何关系？,试验探究,研究对象是什么？,如何控制气体的质量,m,、,温度,T,保持不变,如何改变压强,P,、,体积,V,如何测量压强,P,、,体积,V,？,采用仪器,移动注射器，气体压强传感器,8,实验：探究气体等温变化的规律,设计实验,数据处理,（测量哪些物理量）,（猜想）,体积、压强,图像法,乘积一定,注意事项,（温度不变）,9,10,动手体验定性关系,（等温变化过程中压强与体积的关系）,（二）实验探究,结论：,V,减小，,P,增大,猜想：,P,、,V,反比,11,定量研究：,设计一个实验研究一定质量的气体在等温变化过程中压强与体积的定量关系,（二）实验探究,1,、实验中的研究对象是什么？,2,、如何控制气体的质量,m,、,温度,T,保持不变,？,3,、如何改变压强,P,、,体积,V,？,4,、如何测量压强,P,、,体积,V,？,猜想：,P,、,V,反比,12,M,m,横截面积,S,(M+m)g,Ps,P,0,s,13,h,玻意耳实验的示意图,14,15,气,体,定,律,演,示,仪,16,主要步骤：,1,、密封一定质量的气体。,2,、改变气体的体积，记录气体长度和该状态下压强的大小。,3,、数据处理。,注意事项：,1,、尽量避免漏气。,2,、不要用手握住玻璃管。,3,、移动活塞要缓慢。,17,数据采集,P,增大，,V,减小，,P,V,间到底什么关系？猜想！,气体状态参量,0,1,2,3,4,5,气体的体积,气体的压强,室内温度,:,思考与讨论,18,实验数据的处理,实验,次数,1,2,3,4,5,压强（,10,5,Pa),3.0,2.5,2.0,1.5,1.0,体积,(L),1.3,1.6,2.0,2.7,4.0,19,p,/10 Pa,5,V,1,2,3,0,1,2,3,4,实验,作,P,，,V,图像，观察结果,20,p,/,10 Pa,5,1/,V,1,2,3,0,0.2,0.4,0.6,0.8,实验,作,P,，1/,V,图像，观察结果,21,探究结论：,在温度不变时，压强,p,和体积,V,成反比。,22,一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积成反比。,二、玻意耳定律,1,、内容：,2,、表达式：,3,、图像：,P,1/V,P,V,23,4,、条件,:,气体质量一定且温度不变,5,、适用范围：,温度不太低，压强不太大,24,p,/10 Pa,5,V,1,2,3,0,1,2,3,4,25,（,1,）、特点,:,等温线是双曲线的一支。,温度越高,其等温线离原点越远,.,同一气体，不同温度下等温线是不同的，你能判断那条等温线是表示温度较高的情形吗？你是根据什么理由作出判断的？,V,p,1,2,3,0,结论,:,t,3,t,2,t,1,26,（,2,）、图象意义,:,物理意义,:,反映压强随体积的变化关系,点意义,:,每一组数据,-,反映某一状态,P,1/V,P,V,27,利用玻意耳定律的解题思路,（,1,）明确研究对象（气体）；,（,2,）分析过程特点，判断为等温过程；,（,3,）列出初、末状态的,p,、,V,值；,（,4,）根据,p1V1=p2V2,列式求解；,28,29,30,例题：,一定质量气体的体积是,20L,时，压强为,110,5,Pa,。当气体的体积减小到,16L,时，压强为多大？设气体的温度保持不变。,答案：,1.2510,5,Pa,31,如图所示，,汽缸内封闭着一定温度的气体，气体长度为,12cm,。活塞质量为,20kg,，横截面积为,100cm,。,已知大气压强为,1105Pa,。,求,：,汽缸开口向上时，气体的长度。,32,解,：,以缸内封闭气体为研究对象，,初态：,末态：,由玻意耳定律 得,由活塞受力平衡得：,33,如图所示，,汽缸内封闭着一定温度的气体，气体长度为,12cm,。活塞质量为,20kg,，横截面积为,100cm,。,已知大气压强为,1105Pa,。,求,：,汽缸,开口向下,时，气体的长度。,34,例题：,一定质量的气体由状态,A,变到状态,B,的过程如图所示，,A,、,B,位于同一双曲线上，则此变化过程中，温度（）,A,、一直下降,B,、先上升后下降,C,、先下降后上升,D,、一直上升,B,35,36,37,38,39,40,41,如图所示，长为,1m,，开口竖直向上的玻璃管内，封闭着长为,15cm,的水银柱，封闭气体的长度为,20cm,，已知大气压强为,75cmHg,，求,：,（,1,）,玻璃管水平放置时，,管内气体的长度。,（,2,）玻璃管开口竖直向下时，,管内气体的长度。,（假设水银没有流出）,15cm,20cm,练习,3,42,解,：,(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,=75,15,90cmHg 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,=P,1,V,1,P,2,=,（,9020S,）,75=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,=75,15,60cmHg,由玻意耳定律得：,V,2,=P,1,V,1,P,2,30S,所以，管内气体长,30cm,因为,30cm,15cm,100cm,，所以水银不会流出,43,44,45,例,4.,某个容器的容积是,10L,，所装气体的压强是,2010,5,Pa,。如果温度保持不变，把容器的开关打开以后，容器里剩下的气体是原来的百分之几？设大气压是,1.010,5,Pa,。,解 设容器原装气体为研究对象。,初态,p,1,=2010,5,Pa V,1,=10L T,1,=T,末态,p,2,=1.0105Pa V,2,=,？,L T,2,=T,由玻意耳定律,p,1,V,1,=p,2,V,2,得,即剩下的气体为原来的,5,。,就容器而言，里面气体质量变了，似乎是变质量问题了，但若视容器中气体出而不走，就又是质量不变了。,46,47,48,49,50,51,52,53,第八章,气体,8.2,气体的等容变化和等压变化,查理定律、盖,吕萨克定律,54,结论：,一定质量的气体，保持,体积不变,，当温度升高时，气体的压强 增大；当温度降低时，气体的压强减小。,P,0,t,0,C,P,0,T/K,273,0,C,图象：,问题：,炎热的夏天，如果将自行车内胎充气过足，停车时又没能放在阴凉处，而是放在阳光下曝晒，这样极易爆裂，知道这是为什么吗？,答：,曝晒过程中内胎容积变化甚微，可认为容积不变；当温度升高时导致气体压强增大而使车胎爆裂,.,气体的等容变化,55,一、气体的等容变化,-,查理定律,一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强与,热力学温度,成正比。,2,、公式：,判断哪条等容线表示的是体积大,?,V,1,V,2,体积越大，斜率越小；,体积越小，斜率越大。,1,、内容：,3,、图象,或,（,C,是比例常数）,也可写成,或,56,【,课堂练习,】,1,、密闭在容积不变的容器中的气体，当温度降低时：,A,、压强减小，密度减小；,B,、压强减小，密度增大；,C,、压强不变，密度减小；,D,、压强减小，密度不变,D,57,2,、下列关于一定质量的气体的等容变化的说法中正确的是：,A,、气体压强的改变量与摄氏温度成正比；,B,、气体的压强与摄氏温度成正比；,C,、气体压强的改变量与热力学温度成正比；,D,、气体的压强与热力学温度成正比。,D,【,课堂练习,】,58,3,、如图所示，为质量恒定的某种气体的,PT,图，,A,、,B,、,C,三态中体积最大的状态是：,A,、,A,状态,B,、,B,状态,C,、,C,状态,D,、条件不足，无法确定,A,B,C,0,P,T,C,【,课堂练习,】,59,二、气体的等压变化,-,盖,.,吕萨克定律,一定质量的气体，在,压强,不变的情况下其,体积,V,与,热力学温度,T,成正比,.,2,、公式：,3,、图象,不同压强下的等压线，,斜率越大，压强越小,.,1,、内容：,V,T,判断哪条等压线表示的是压强大,?,P,1,P,2,或,C,为常量,或,60,【,课堂训练,】,1,、两个气缸中都充有质量相同的氧气，其中,如图所示,、容器中氧气的压强较小,、容器中氧气的密度较大,、两容器中气体的密度相同,、两容器中气体的温度不同,A,B,A,61,第八章,气体,8.3,理想气体的状态方程,62,复习回顾,【,问题,1】,三大气体实验定律内容是什么？,公式：,pV,=,C,1,2,、査理定律：,公式：,1,、玻意耳定律：,3,、盖,-,吕萨克定律：,公式：,63,【,问题,2】,这些定律的适用范围是什么？,温度不太低，压强不太大,.,64,一,.,理想气体,假设有这样一种气体，它在,任何温度,和,任何压强,下都,能严格地遵从,气体实验定律,我们把这样的气体叫做“,理想气体,”。,理想气体具有那些特点呢？,1,、理想气体是不存在的，是一种理想模型。,2,、在,温度不太低,压强不太大,时实际气体都可看成是理想气体。,65,一定质量,的,理想气体,的,内能,仅,由温度,决定,与气体的体积无关,.,4,、从能量上说：理想气体的微观本质是,忽略了分子力,，,没有分子势能,，理想气体的内能只有分子动能。,3,、从微观上说：分子间以及分子和器壁间，除碰撞外无其他作用力，,分子本身没有体积,，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。,66,【,问题,3】,如果某种气体的三个状态参量（,p,、,V,、,T,）都发生了变化，它们之间又遵从什么规律呢？,67,如图所示，一定质量的某种理想气体从,A,到,B,经历了一个等温过程，从,B,到,C,经历了一个等容过程。分别用,p,A,、,V,A,、,T,A,和,p,B,、,V,B,、,T,B,以及,p,C,、,V,C,、,T,C,表示气体在,A,、,B,、,C,三个状态的状态参量，那么,A,、,C,状态的状态参量间有何关系呢？,0,p,V,A,B,C,T,A,=T,B,68,推导过程,从,A,B,为等温变化：由玻意耳定律,p,A,V,A,=p,B,V,B,从,B,C,为等容变化：由查理定律,0,p,V,A,B,C,又,T,A,=T,B,V,B,=V,C,解得：,69,二、理想气体的状态方程,1,、内容：,一定质量的某种理想气体在从一个状态变化到另一个状态时，尽管,p,、,V,、,T,都可能改变，但是压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变。,2,、公式：,或,3,、使用条件,:,一定质量,的某种,理想气体,.,4,、气体密度式：,70,一定质量的理想气体，由初状态（,p,1,、,V,1,、,T,1,）变化到末状态（,p,2,、,V,2,、,T,2,）时，两个状态的状态参量之间的关系为：,方程具有普遍性,71,第八章,气体,8.4,气体热现象的微观意义,72,一,.,气体分子的运动特点,1.,气体分子除了相互碰撞或与器壁碰撞外，不受力而做,匀速直线运动,2.,某一时刻，向各个方向运动的气体分子,数目都相等,3.,气体分子做无规则运动，速率有大小，却按,一定规律,分布,气体分子速率的分布规律,中间多，两头少,对个别分子而言，未必温度越高速率越大,温度越高，占大比例的分子的速率（区间）越大，说明分子运动越剧烈,温度是分子平均动能的标志,73,大量气体分子的速率,是按一定规律分布，呈,“中间多，两头少”,的分布规律，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大。,尽管大量分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率却按一定的规律分布。,74,二,.,气体压强的微观意义,2.,影响气体压强的两个因素,:,气体分子的平均动能,气体分子的密集程度,-,温度,-,体积,1,产生原因,是,大量分子频繁地碰撞器壁,，就对器壁产生持续、均匀的压力所以从分子动理论的观点看来，,气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力,微观因素,宏观因素,75,三、对气体实验定律的微观解释,玻意尔定律,m,一定,T,一定,一定,V,变小,n,变大,p,变大,宏观,微观,n,：单位体积内分子数,76,查理定律,m,一定,V,一定,n,一定,T,升高,p,变大,宏观,微观,变大,三、对气体实验定律的微观解释,77,盖,-,吕萨克定律,m,一定,V,变大,n,变小,T,升高,宏观,微观,变大,P,不变,可能,三、对气体实验定律的微观解释,78,1.,确定研究对象被封闭的气体,(,满足质量不变的条件,),；,2.,写出气体状态的初态和末态状态参量,(,p,1,，,V,1,，,T,1,),和,(,p,2,，,V,2,，,T,2,),数字或表达式；,3.,根据气体状态变化过程的特点，列出相应的气体公式,(,本节课中就是玻意耳定律公式,),；,4.,将,2,种各量代入气体公式中，求解未知量；,5.,对结果的物理意义进行讨论,用气体定律解题的步骤,79,类型,1.,液体密封气体,2.,容器密封气体,3.,气缸密封气体,气体压强计算,:,思路方法步骤,1.,定对象,2.,分析力,3.,用规律,整体,部分,缸体,活塞,密封气体,静态,F,外,=0,动态,F,外,=,ma,80,1.,计算的主要依据是液体静止力学知识。,液面下,h,深处的压强为,p,=,gh,。,液面与外界大气相接触。则液面下,h,处的压强为,p,=,p,0,+,gh,帕斯卡定律：加在密闭静止液体（或气体）上的压强能够大小不变地由液体（或气体）向各个方向传递（注意：适用于密闭静止的液体或气体）,连通器原理,：,在连通器中，同一种液体（中间液体不间断）的同一水平面上的压强是相等的。,气体压强的计算方法（一）,参考液片法,81,2.,计算的方法步骤,选取假想的一个液体薄片（其自重不计）为研究对象,分析液体两侧受力情况，建立力的平衡方程，消去横截面积，得到液片两面侧的压强平衡方程,解方程，求得气体压强,静止,1,2,3,4,h,已知大气压,P,0,，水银柱长均为,h,82,气体压强的计算方法（二）,平衡条件法,求用固体（如活塞等）封闭在静止容器内的气体压强，应对固体（如活塞等）进行受力分析。然后根据平衡条件求解。,5,6,7,m S,M,M,m S,M,m S,已知大气压,P,0,，水银柱长均为,h,83,气体压强的计算方法（三）,运用牛顿定律计算气体的压强,当封闭气体的所在的系统处于力学非平衡状态时，欲求封闭气体压强，首先要选择 恰当的对象（如与气体相关的液体、活塞等）并对其进行正确的受力分析（特别注意分析内外的压力）然后应用牛顿第二定律列方程求解。,不计一切摩擦,8,9,F,mS,M,自由下滑,已知大气压,P,0,，水银柱长均为,h,84,例,1.,将一端封闭的均匀直玻璃管开口向下，竖直插入水银中，当管顶距槽中水银面,8cm,时，管内水银面比管外水银面低,2cm,要使管内水银面比管外水银面高,2cm,，应将玻璃管竖直向上提起多少厘米？已知大气压强,p,0,支持,76cmHg,，设温度不变,85,分析,：均匀直玻璃管、,U,形玻璃管、汽缸活塞中封闭气体的等温过程是三种基本物理模型，所以在做题时必须掌握解题方法在确定初始条件时，无论是压强还是体积的计算，都离不开几何关系的分析，那么，画好始末状态的图形，对解题便会有很大用本题主要目的就是怎样去画始末状态的图形以找到几何关系，来确定状态参量,86,解：根据题意，由图知,P,1,=,P,0,+2cmHg=78cmHg,V,1,=(8+2),S,=10,S,，,p,2,=,p,0,-2cmHg=74cmHg,，,V,2,=(8+,x,)-2,S,=(6+,x,),S,根据玻意耳定律：,P,1,V,1,=,P,2,V,2,代入数据解得玻璃管提升高度：,x,=4.54cm,87,例,2.,均匀,U,形玻璃管竖直放置，用水银将一些空气封在,A,管内，当,A,、,B,两管水银面相平时，大气压强支持,72cmHg,A,管内空气柱长度为,10cm,，现往,B,管中注入水银，当两管水银面高度差为,18 cm,时，,A,管中空气柱长度是多少？注入水银柱长度是多少？,88,分析：如图所示，由于水银是不可压缩的，所以,A,管水银面上升高度,x,时，,B,管原水银面下降同样高度,x,那么，当,A,、,B,两管水银面高,度差为,18cm,时，在,B,管中需注入,的水银柱长度应为,(18+2,x,)cm,解：,P,1,=,P,0,=72cmHg,，,V,1,=10S,，,V,2,(10-,x,)S,P,2,=,P,0,+18,90cmHg,由玻意耳定律有,P,1,V,1,=,P,2,V,2,代入数据解得,x,=2cm,注入水银长度为,18+2,x,=22cm,89,例,3,密闭圆筒内有一质量为,100g,的活塞，活塞与圆筒顶端之间有一根劲度系数,k,=20N/m,的轻弹簧；圆筒放在水平地面上，活塞将圆筒分成两部分，,A,室为真空，,B,室充有空气，平衡时，,l,0,=0.10m,，弹簧刚好没有形变如图所示现将圆筒倒置，问这时,B,室的高度是多少？,分析：汽缸类问题，求压强是关键：应根据共点力平衡条件或牛顿第二定律计算压强,解：圆筒正立时：,90,圆筒倒立时，受力分析如图所示，有,p,2,S,+,mg,=,kx,，,x,=,l,-,l,0,，则,温度不变，根据玻意耳定律：,p,1,V,1,=,p,2,V,2,91,例,4.,某个容器的容积是,10L,，所装气体的压强是,2010,5,Pa,。如果温度保持不变，把容器的开关打开以后，容器里剩下的气体是原来的百分之几？设大气压是,1.010,5,Pa,。,92,解 设容器原装气体为研究对象。,初态,p,1,=2010,5,Pa,V,1,=10L,T,1,=,T,末态,p,2,=1.0105Pa,V,2,=,？,L,T,2,=,T,由玻意耳定律,p,1,V,1,=,p,2,V,2,得,即剩下的气体为原来的,5,。,就容器而言，里面气体质量变了，似乎是变质量问题了，但若视容器中气体出而不走，就又是质量不变了。,93,