高中物理 8.1《气体的等温变化》课件3 新人教版选修33.ppt

1 气体的等温变化 一 玻意耳定律1 气体状态参量气体的三个状态参量为 2 实验探究 1 实验装置 如图所示 实验的研究对象是 温度 体积 压强 气体 被封闭的 2 实验数据收集空气柱的压强p可以从上读出 空气柱的长度l可以从注射器两侧的上读出 则空气柱的体积为长度l与横截面积s的乘积 即v ls 用手把柱塞向下压或向上拉 读出若干组与的值 3 实验数据处理 猜想 由实验观察及记录数据可知 空气柱的体积越小 其压强就 空气柱的压强与体积可能成 压力表 压强p 体积v 越大 反比 刻度 反比 正比 3 玻意耳定律 1 内容 一定的气体 在温度保持不变时 它的压强和体积成反比 或者说 压强和体积的乘积保持 此即玻意耳定律 2 数学表达式 pv c 常量 或p1v1 p2v2 3 适用条件 气体质量不变 温度不变 气体温度不太低 压强不太大 不变 质量 二 气体等温变化的p v图象1 p v图象一定质量的理想气体的p v图象如图甲所示 图线为双曲线的一支 且温度t1 t2 甲乙 一 容器静止或匀速运动时封闭气体压强的求法1 取等压面法 根据同种液体在同一水平液面处压强相等 在连通器内灵活选取等压面 由两侧压强相等列方程求解压强 例如图中 同一液面c d处压强相等pa p0 ph 2 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 pa ph0 s p0 ph ph0 s 即pa p0 ph 3 力平衡法 选与封闭气体接触的液柱 或活塞 汽缸 为研究对象进行受力分析 由f合 0列式求气体压强 如图所示 竖直放置的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10cm 水银柱b两个液面间的高度差为5cm 大气压强为75cmhg 求空气柱a b的压强 解析 设气体a b产生的压强分别为pa pb 管截面积为s 取a液柱为研究对象进行受力分析如图甲所示 得pas mag p0s 而pas gh1s mag 故pas pas p0s所以pa p0 pa 75cmhg 10cmhg 65cmhg取液柱b为研究对象进行受力分析如图乙所示 同理可得pbs pbs pas所以pb pa pb 65cmhg 5cmhg 60cmhg 答案 65cmhg60cmhg 二 对玻意耳定律的理解1 成立条件 玻意耳定律p1v1 p2v2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 恒量的定义 p1v1 p2v2 恒量c 该恒量c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 等温变化的图象 1 p v图象 一定质量的气体发生等温变化时的p v图象如图所示 图象为双曲线的一支 图线反映了在等温情况下 一定质量的气体的压强与体积成反比的规律 图象上的点 代表的是一定质量气体的一个状态 一定质量的气体在不同温度下的等温线是不同的 如图所示的两条等温线 分别是一定质量的气体在较低温度t1和较高温度t2时的等温线 气体的温度越高 它的等温线越远离两坐标轴 即t1 t2 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 教材资料分析 思考与讨论 教材p20图中有两条等温线 你能判断哪条等温线表示的是温度比较高时的情形吗 你是根据什么理由做出判断的 点拨 图中的两条等温线t2 t1 因为玻意耳定律pv c 恒量 其中恒量c随气体温度的升高而增大 温度越高 恒量c越大 等温线 双曲线的一支 离坐标轴越远 所以t2 t1 如图 粗细均匀的弯曲玻璃管a b两端开口 管内有一段水银柱 右管内气体柱长为39cm 中管内水银面与管口a之间气体柱长为40cm 先将b端封闭 再将左管竖直插入水银槽中 设整个过程温度不变 稳定后右管内水银面比中管内水银面高2cm 求 1 稳定后右管内的气体压强p 2 左管气柱的长度l 大气压强p0 76cmhg 答案 1 78cmhg 2 38cm 反思总结 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 跟踪发散 1 1 一端封闭的玻璃管开口向下插入水银槽内 如图所示 管内水银柱比槽内水银面高h 5cm 空气柱长l 45cm 要使管内 外水银面相平 求 1 应如何移动玻璃管 2 此刻管内空气柱长度为多少 设此时大气压相当于75cmhg产生的压强 答案 1 向下 2 42cm 如图所示 为一定质量的气体在不同温度下的两条等温线 则下列说法正确的是 a 从等温线可以看出 一定质量的气体在发生等温变化时 其压强与体积成反比b 一定质量的气体 在不同温度下的等温线是不同的c 由图可知t1 t2d 由图可知t1 t2 解析 根据等温图线的物理意义可知a b选项都对 气体的温度越高时 等温图线的位置就越高 所以c错 d对 答案为a b d 答案 abd 跟踪发散 2 1 如图所示是某气体状态变化的p v图象 则下列说法中正确的是 a 气体作的是等温变化b 从a至b气体的压强一直减小c 从a至b气体的体积一直增大d 气体的三个状态参量一直都在变 解析 一定质量的气体的等温过程的p v图象即等温曲线是双曲线 显然图中所示ab图线不是等温线 ab过程不是等温变化 a选项不正确 从ab图线可知气体从a状态变为b状态的过程中 压强p在逐渐减小 体积v在不断增大 则b c选项正确 又该过程不是等温过程 所以气体的三个状态参量一直都在变化 d选项正确 答案 bcd 1 一定质量的气体 在等温变化过程中 下列物理量发生变化的是 a 分子的平均速率b 单位体积内的分子数c 气体的压强d 分子总数解析 一定质量的气体 温度不变 因此分子的总数及平均速率都是不变的 但压强与体积要发生变化使单位体积的分子数发生变化 故选bc 答案 bc 2 如图所示 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 解析 d a是一个等温过程 a对 a b两状态温度不同 a b是一个等容过程 体积不变 b c错 b c v增大 p减小 t不变 d错 答案 a 3 2010 广东卷 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 解析 当洗衣缸水位升高时 封闭空气的压强增大 因温度不变 由玻意耳定律可知体积一定减小 故选b 答案 b 4 一定质量的理想气体经历一等温膨胀过程 这一过程可以用p v图上的曲线来表示 如图所示 由此可知 当气体的体积v1 5l时 气体的压强p1 pa 当气体的体积v2 10l时 气体的压强p2 pa 当气体的体积v3 15l时 气体的压强p3 pa 解析 p1 p3可直接从p v图中读出 分别为p1 3 105pa p3 1 0 105pa 由于a b过程为等温变化 由玻意耳定律可得p1v1 p2v2 p1 3 105pa v1 5l v2 10l 即3 105 5 p2 10 p2 1 5 105pa 答案 3 1051 5 1051 105 5 粗细均匀的玻璃棒 封闭一端长