人教版 (2019)选择性必修 第三册气体的等温变化教学ppt课件

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在庆典活动中放飞的气球，会飞到我们看不见的地方。随着气球的升空，大气压在减小，温度在降低，气球在膨胀…看来，一定质量的气体的压强、体积和温度三个状态参量之间是有联系的。那么，它们会有怎样的联系呢?
研究T、V、p三个物理量中任意两个状态参量之间的关系，须保持第三个参量恒定不变，即采用控制变量法。根据保持恒定不变的物理量，可将气体的变化分为：等温变化：保持温度T 恒定不变等压变化：保持压强p 恒定不变等体变化：保持体积V 恒定不变
一定质量的气体，在温度不变的情况下，其压强与体积的变化关系。
压强 p,单位：Pa（帕斯卡）
体积 V,单位：有L、mL等
热力学温度T ：开尔文T = t ＋ 273 K
探究气体等温变化的规律
①研究对象：质量不变的空气柱
②实验操作：缓慢上下抽动柱塞可以改变气体的体积
刻度尺读出空气柱的长度L，乘下底面积s
温度不变时压强与体积的关系
压强和体积的倒数成正比
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成反比
④读取空气柱长度时，视线要与刻度线相平，以减小读数误差
①气体体积的改变要缓慢进行,保证温度不变
②柱塞事先要涂好润滑油，保证装置的气密性
③实验过程中，不要用手接触注射器的圆筒,保证等温变化
适用范围：温度不太低，压强不太大。
pV=C 或p1V1=p2V2
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成反比
式中C为常数，与气体质量、温度有关.
①等温线是双曲线的一支。
②图中温度越高,C值也就越大，其等温线离原点越远。
例1：如图所示是一定质量的某气体状态变化的p－V图象，则下列说法正确的是( 　　)
A．气体做的是等温变化B．气体的压强从A到B一直减小C．气的体积从A 到B一直增大D．气体的三个状态参量一直都在变
例2：一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的。有两条等温线，哪条等温线表示的是温度比较高时的情形吗?请你尝试给出判断，并说明理由。
解析：图线温度越高，C值也就越大其等温线离原点越远。所以
例3：氧气瓶在储存过程中，由于密封不严，其瓶内氧气的压强和体积变化如图从A到B所示，则瓶内氧气的温度（ ）
A．一直升高B．一直降低C．先升高后降低D．不变
解析：题目中不满足等温变化的规律，密封不严导致的漏气，可以看做是一个缓慢的过程，那瓶内的气体就可以与外界环境进行充分的热交换，所以和外界温度相等。
用传感器探究气体等温变化的规律
一、平衡态下液体封闭气体压强的计算
例1.下列各图装置均处于静止状态。设大气压强为p0，用水银封闭一定量的气体在玻璃管中，求封闭气体的压强p
二、封闭气体压强的计算
(1)如图1甲所示，C、D液面水平且等高，液体密度为ρ，重力加速度为g，其他条件已标于图上，试求封闭气体A的压强.
答案　同一水平液面C、D处压强相同，可得pA＝p0＋ρgh.
(2)在图乙中，汽缸置于水平地面上，汽缸横截面积为S，活塞质量为m，汽缸与活塞之间无摩擦，设大气压强为p0，重力加速度为g，试求封闭气体的压强.
答案　以活塞为研究对象，受力分析如图所示，由平衡条件得mg＋p0S＝pS
1.取等压面法同种液体在同一深度向各个方向的压强相等，在连通器中，灵活选取等压面，利用同一液面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，从左侧管看有pB＝pA＋ph2，从右侧管看，有pB＝p0＋ph1.
2.力平衡法选与封闭气体接触的活塞、汽缸或液体为研究对象进行受力分析，由平衡条件列式求气体压强.说明：容器加速运动时，可由牛顿第二定律列方程求解.
例1　如图3所示，活塞的质量为m，缸套的质量为M，通过弹簧静止吊在天花板上，汽缸内封住一定质量的气体，缸套和活塞间无摩擦，活塞横截面积为S，大气压强为p0，重力加速度为g，则封闭气体的压强p为
例2　如图4所示，竖直静止放置的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10 cm，水银柱b两个液面间的高度差h2为5 cm，大气压强为75 cmHg，求空气柱A、B的压强分别是多少.
答案　65 cmHg　60 cmHg
解析　设管的横截面积为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＝65 cmHg，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＝60 cmHg.
②图中温度越高，C值也就越大，其等温线离原点越远。
气体等温变化的p－V图像或p－ 图像
例3如图2所示，D→A→B→C表示一定质量的某种气体状态变化的一个过程，则下列说法正确的是A.D→A是一个等温过程B.A→B是一个等温过程C.A与B的状态参量相同D.B→C体积减小，压强减小，温度不变
例4　如图3所示是一定质量的某种气体状态变化的p－V图像，气体由状态A变化到状态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.先减小后增大D.先增大后减小
解析　由题图可知，pAVA＝pBVB，所以A、B两状态的温度相等，在同一等温线上.
由于离原点越远的等温线温度越高，如图所示，所以从状态A到状态B，气体温度应先升高后降低，分子平均速率先增大后减小，故选D.
例5　(多选)如图4甲所示，一汽缸竖直放置，汽缸内有一质量不可忽略的活塞.将一定质量的气体封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁无摩擦，气体处于平衡状态.现保持温度不变，把汽缸向右倾斜90°(如图乙所示)，达到平衡后，与原来相比A.气体的压强变大B.气体的压强变小C.气体的体积变大D.气体的体积变小
例2.如图所示，玻璃管中都灌有水银，且水银柱都处在平衡状态，大气压相当于76 cm高的水银柱产生的压强。则图中被封闭气体A的压强各是多少？
①pA＝p0－ph＝71 cmHg②pA＝p0－ph＝66 cmHg③pA＝p0＋ph＝(76＋10×sin30°)cmHg＝81 cmHg④pA＝p0－ph＝71 cmHg　pB＝pA－ph＝66 cmHg
例3：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）
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 p1=75＋15＝90cmHg V1=20S 水平放置为末态，p2=75cmHg 由玻意耳定律p1V1=p2V 2得：V2=p1V1／p2=（90×20S）／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p2=75－15＝60cmHg由玻意耳定律得：V2= p1V1／p2＝30S所以，管内气体长30cm因为30cm＋15cm＜100cm，所以水银不会流出
方法：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是哪部分封闭气体,注意其质量和温度应不变。(2)明确状态参量,找准所研究气体初、末状态的p、V值。(3)根据玻意耳定律列方程求解。温馨提醒 利用玻意耳定律解题时,经常使用p1V1=p2V2,相同物理量的单位要求使用同一单位即可。
例4：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20kg，横截面积为100cm²。已知大气压强为1×105Pa。求：汽缸开口向上时，气体的长度。
解：以缸内封闭气体为研究对象
例5.如图为某压缩式喷雾器储液桶，其容量是5.7×10－3m3，往桶内倒入4.2×10－3 m3的药液后开始打气，假设打气过程中药液不会向外喷出．如果每次能打进2.5×10－4m3的空气，要使喷雾器内空气的压强达到4atm，应打气几次？(设标准大气压为1 atm，打气过程中不考虑温度的变化)
4.2×10－3 m3
一定质量气体的等温变化
p0V ＋ p0×N×(2.5×10－4 m3) ＝ 4p0 V
V＝5.7×10－3 m3－4.2×10－3 m3＝1.5×10－3 m3