高考物理 8.1 气体的等温变化课件 新人教版选修33.ppt

1气体的等温变化 1 理解一定质量的气体 在温度不变的情况下压强与体积的关系 2 会通过实验的手段研究问题 探究物理规律 学习用电子表格与图象对实验数据进行处理与分析 体验科学探究过程 3 理解气体等温变化的p v图象的物理意义 4 会用玻意耳定律计算有关的问题 重点 1 掌握一定质量的气体在等温变化时压强与体积的关系 2 理解p v图象的物理意义及玻意耳定律的适用条件 难点 1 学会设计探究实验 2 用图象法处理数据 得出气体压强与体积的关系 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 2 等温变化 一定质量的某种气体 在温度不变的条件下其 与 的变化关系 压强 体积 温度 压强 体积 3 实验探究 1 实验器材 如图所示 有铁架台 带压力表的注射器 铁夹等 2 研究对象 注射器内 3 实验数据的收集 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 被封闭的空气柱 压力表 刻度 4 用手把柱塞向下压或向上拉 读出若干组体积与压强的值 5 实验数据处理 以 为纵坐标 以 为横坐标作出图象 6 实验结论 p 图象是一条过 说明压强p跟体积v的倒数成正比 即压强p与体积v成 压强p 体积v的倒数 原点的直线 反比 p 二 玻意耳定律1 内容 的某种气体 在温度保持不变的情况下 压强p和体积v成反比 2 公式 常量 或 3 适用条件 1 气体 不变 不变 2 气体温度不太低 压强不太大 一定质量 pv c p1v1 p2v2 质量 温度 三 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图象为一条 如图 双曲线 2 p 图象 一定质量的理想气体的p 图象为过原点的 如图 倾斜直线 判一判 1 在探究气体压强 体积 温度三个状态参量之间关系时采用控制变量法 2 在进行探究气体等温变化的实验时可以快速压缩被封闭气体 3 所有气体在质量和温度不变时 压强p都与成正比 提示 1 由于是探究三个物理量之间的关系 所以我们常采用的方法是控制变量法 以便于研究 所以 1 正确 2 实验时要缓慢压缩被封闭气体 以避免气体的温度升高 所以 2 错误 3 玻意耳定律适用于气体的温度不太低 压强不太大时 当温度过低或压强太大时 定律就不适用了 所以 3 错误 探究气体等温变化的规律 1 做 探究气体等温变化的规律 实验 回答以下问题 1 实验中如何保证气体的质量和温度不变 提示 柱塞上涂润滑油防止漏气 以保证气体的质量不变 缓慢移动柱塞 筒不与手接触 以保证气体的温度不变 2 实验中可观察到什么现象 为验证猜想 可采用什么方法对实验数据进行处理 提示 实验中可观察到空气柱的体积越小 压强越大 为验证猜想 可采用图象法对实验数据进行处理 即作出气体的p 图象 如果是一条过原点的直线 说明压强p与体积v成反比 误区警示 在对实验数据进行分析得出实验结论时 学生往往作出p v图象就得出了p与v成反比的结论 这种思路是错误的 p v图象是曲线 但不一定就是双曲线 每一状态的pv乘积也不一定是恒量 所以教学中要引导学生作出p 图象 这样就可以很直观地判断出p与v成反比 知识点拨 实验过程中的误差分析本实验的误差主要有 1 注射器的柱塞漏气导致气体的质量减小 2 注射器与气压计相连部分的体积 使封闭气体的质量减小 3 实验中移动柱塞对气体做功 或由于手和注射器接触导致气体的温度变化 4 气压计的测量误差 5 读数误差 探究归纳 1 实验研究对象 注射器内被封闭的空气柱 2 实验前提 1 气体质量不变 2 气体温度不变 3 实验数据处理 作p 图象 典例1 用dis研究一定质量气体在温度不变时 压强与体积关系的实验装置如图甲所示 实验步骤如下 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 1 p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 思路点拨 解答本题要把握以下两点 1 实验研究的是等温变化 2 为保持被研究气体温度不变 应动作缓慢 使热交换良好 解析 1 为了保证气体的质量不变 要用润滑油涂活塞达到封闭效果 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 变式训练 关于 探究气体等温变化的规律 实验 下列说法正确的是 a 实验过程中应保持被封闭气体的质量和温度不发生变化b 实验中为找到体积与压强的关系 一定要测量空气柱的横截面积c 为了减小实验误差 可以在柱塞上涂润滑油 以减小摩擦d 处理数据时采用p 图象 是因为p 图象比p v图象更直观 解析 选a d 本实验探究采用的方法是控制变量法 所以要保持气体的质量和温度不变 a正确 由于注射器是圆柱形的 横截面积不变 所以只需测出空气柱的长度即可 b错误 涂润滑油的主要目的是防止漏气 使被封闭气体的质量不发生变化 不仅是为了减小摩擦 c错误 当p与v成反比时 p 图象是一条过原点的直线 而p v图象是双曲线 所以p 图象更直观 d正确 探究玻意耳定律1 玻意耳定律的数学表达式为pv c其中c是一常量 c是不是一个与气体无关的恒量 提示 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的数值未必一样 所以c是一个与气体种类 温度 质量有关的物理量 温度越高c越大 2 玻意耳定律成立的条件是气体的温度不太低 压强不太大 那么为什么在压强很大 温度很低的情况下玻意耳定律就不成立了呢 提示 在气体的温度不太低 压强不太大时 气体分子之间的距离很大 气体分子之间除碰撞外可以认为无作用力 并且气体分子本身的大小也可以忽略不计 这样由玻意耳定律计算得到的结果与实际的实验结果之间基本吻合 玻意耳定律成立 但当压 强很大 温度很低时 气体分子之间的距离很小 此时气体分子之间的分子力引起的效果就比较明显 同时气体分子本身占据的体积也不能忽略 并且压强越大 温度越低 由玻意耳定律得到的结果与实际的实验结果之间差别越大 因此在温度很低 压强很大的情况下玻意耳定律也就不成立了 知识点拨 玻意耳定律表达式 中各量的含义 公式中的p1 v1和p2 v2分别表示气体在1 2两个不同状态下的压强和体积 探究归纳 1 玻意耳定律 一定质量的某种气体在温度保持不变时 它的压强和体积成反比 即pv c c与气体种类 质量 温度有关 2 适用条件 1 被研究的气体质量不变 温度不变 2 温度不太低 压强不太大 典例2 2012 衡阳高二检测 如图所示 一个上下都与大气相通的直圆筒 内部横截面积为s 0 01m2 中间用两个活塞a和b封住一定质量的气体 a b都可沿圆筒无摩擦地上下滑动 且不漏气 a的质量不计 b的质量为m 并与一劲度系数为k 5 103n m的较长的弹簧相连 已知大气压p0 1 105pa 平衡时两活塞之间的距离l0 0 6m 现用力压a 使之缓慢向下移动一段距离后 保持平衡 此时用于压a的力f 500n 求活塞a下移的距离 解析 设活塞a下移距离为l 活塞b下移的距离为x 对圆筒中的气体 初状态 p1 p0v1 l0s末状态 p2 p0 v2 l0 x l s由玻意耳定律得 p1v1 p2v2即p0l0s p0 l0 x l s 根据胡克定律 x 代入数据解得 l 0 3m答案 0 3m 规律方法 利用玻意耳定律解题的一般步骤 1 明确研究对象是哪部分气体 并判断玻意耳定律是否成立 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 并注意单位的统一 变式训练 粗细均匀的圆柱状玻璃管 一端开口 一端封闭 管长12cm 一个人手持玻璃管开口向下潜入水中 当潜到水下某深度时看到水进入玻璃管口2cm 求人潜入水中的深度 取水面上大气压强为p0 1 0 105pa g 10m s2 解析 设玻璃管的横截面积为s 下潜深度为h 下潜过程可视为等温变化 以玻璃管内的气体为研究对象 初状态 p1 p0v1 12s末状态 p2 p0 ghv2 10s由玻意耳定律 p1v1 p2v2 得 代数解得h 2m 答案 2m 气体等温变化的p v图象1 如图为气体等温变化的p v图象 你对图象是怎样理解的 思路分析 比较两条等温线温度的高低 可以画出平行于p轴的辅助线 就可根据生活常识判断在体积相同的情况下 压强大的温度高 也可以画出平行于v轴的辅助线 判断出在压强相同的情况下 体积越大 温度越高 从而可得出t1 t2 提示 1 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变化规律 图象是双曲线的一支 叫等温线 2 图象上的每一个点 代表的是一定质量气体的一个状态 3 一定质量的气体在不同温度下的等温线是不同的 温度越高 其等温线离原点越远 如图所示的两条等温线 即t1 t2 2 如图 p 图象是一条过原点的直线 更能直观描述压强与体积的关系 为什么直线在原点附近要画成虚线 两条直线表示的温度高低有什么关系 提示 在等温变化过程中 体积不可能无限大 故和p不可能为零 所以图线在原点附近要画成虚线表示过原点 但此处实际不存在 直线的斜率越大 温度越高 所以t1 t2 知识点拨 区分等温变化中的 状态 和 过程 所谓状态是一个瞬时量 也就是等温线上每一点所对应的气体参量 而过程为一个过程量 是由无限多个状态量组成 所以 区分 状态 和 过程 关键在于区分它们两者之间的包含关系 探究归纳 1 气体等温变化的p v图象是双曲线的一支 离原点越远 温度越高 2 p 图象是一条过原点的直线 直线斜率反映温度的高低 典例3 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 由图可知t1 t2b 由图可知t1 t2c 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d 一定质量的气体 在不同温度下的等温线是不同的 思路点拨 解答本题要把握以下三点 1 等温线描述了p与v成反比 2 不同等温线 表示的温度不同 3 等温线离原点越远 温度越高 解析 选a c d 等温线离原点越远 温度越高 a和d正确 b错误 等温线是双曲线 p与v成反比 所以c正确 规律方法 玻意耳定律口诀实验定律控变量 温度不变定质量 压强随着体积变 pv相乘是恒量 变式训练 为了将空气装入气瓶内 现将一定质量的空气等温压缩 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 由pv c得 p与成正比 故b项正确 本题易错选c 主要是没有看清横坐标的物理意义 盲目地按p v图象作了选择 温馨提示 在气体质量和温度不变时 我们可以用玻意耳定律来进行有关的计算 但我们经常会遇到质量发生变化的情况 这时我们就要把变质量问题转化成恒质量问题进行处理 典例 如图为喷洒农药的喷雾器结构图 喷雾器的容积为10l 药液上方有压强为1atm的空气2l 1 打气筒每次可以打进250cm3的空气 要使药液上方的压强为2 5atm 需要打几次气 整个过程可视为等温变化 2 当喷雾器内气体压强等于2 5atm时 打开喷雾阀门直到药液不能喷射 求喷雾器内剩余多少药液 不考虑筒内液体产生的压强 大气压为1atm 思路点拨 解答本题要把握以下四点 1 选取研究对象 把变质量问题转化为恒质量问题 2 判断是否属于等温变化 3 确定气体的初末状态参量 4 利用玻意耳定律列方程求解 解析 1 设打入n次气 每次打入的气体体