2019_2020学年高中物理第4章气体第1节气体实验定律第1课时学案鲁科版.docx

第1节气体实验定律第1课时1.了解描述气体状态的三个参量和物理意义(重点)2.学会使用玻意耳定律，弄清条件、研究方法及其应用(重点难点)3初步学会使用pV图象、p 图象处理问题(难点)一、探究气体规律的方法1气体参量：研究气体的性质时，常用气体的温度、体积和压强描述气体的状态2探究方法：同时研究三个量之间的关系比较困难，可以采用控制变量法，控制其中一个量不变，研究另外两个物理量之间的变化关系控制变量法是物理上研究多个变量时常用的方法如探究加速度与物体质量及物体受合外力的关系中所用的方法便是此方法二、玻意耳定律1等温变化：一定质量的气体，在温度不变的条件下，压强和体积的变化关系2探究等温变化的规律(1)实验装置如图所示研究对象：针筒内被封闭的气体气体初态压强和体积：从气压计上直接读出气体压强；从针筒刻度直接读出气体体积(2)实验方法缓慢地向前推或向后拉活塞(保持气体温度不变)，待气压计示数稳定后，记下气体的压强(p)和体积(V)按步骤中的方法，测出几组对应的压强和体积值(3)处理数据：作p 图象(4)探究结果：压强与体积成反比3玻意耳定律(1)内容：一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，压强与体积成反比(2)公式：p也可写作p1V1p2V2或pV恒量(3)条件：气体的质量一定，温度保持不变1(1)玻意耳定律是英国科学家玻意耳和法国科学家马略特各自通过实验发现的()(2)公式pVC中的C是常量，指当p、V变化时C的值不变()(3)对于温度不同、质量不同、种类不同的气体，C值是相同的()提示：(1)(2)(3)三、气体等温变化的图象(即等温线)1图象：如图所示2特点：一定质量的气体在温度不变时，由于压强与体积成反比，在pV图象上等温线应为双曲线的一支，在p 图象上等温线应为过原点的直线2(1)一定质量的气体的等温线上的两点的压强p和体积V的乘积相等()(2)pV图中的等温线上的一点代表一定质量的气体的一个状态()提示：(1)(2)封闭气体压强的计算1静止或匀速运动系统中压强的计算方法(1)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，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(pAph0)S(p0phph0)S.即pAp0ph.(2)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列等式求气体压强(3)连通器原理：在连通器中，同一种液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强相等，如图中同一液面C、D处压强相等pAp0ph.2容器加速运动时封闭气体压强的计算当容器加速运动时，通常选与气体相关联的液柱、汽缸或活塞为研究对象进行受力分析，然后由牛顿第二定律列方程，求出封闭气体的压强如图，当竖直放置的玻璃管向上加速时，对液柱受力分析有：pSp0Smgma得：pp0.水银柱模型，压强的单位一般用cmHg，汽缸模型，压强的单位一般用国际单位Pa或标准大气压atm. 命题视角1水银封闭气体压强的计算如图所示，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10 cm，水银柱b两个液面间的高度差为5 cm，大气压强为75 cmHg，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pASmagp0S，而paSgh1Smag，故pASpaSp0S所以pAp0pa75 cmHg10 cmHg65 cmHg取液柱b为研究对象进行受力分析如图乙所示，同理可得pBSpbSpAS所以pBpApb65 cmHg5 cmHg60 cmHg.答案65 cmHg60 cmHg 命题视角2活塞封闭气体压强的计算一圆形汽缸静止于地面上，如图所示汽缸筒的质量为M，活塞的质量为m，活塞的面积为S，大气压强为p0.现将活塞缓慢向上提，求汽缸刚离开地面时汽缸内气体的压强(忽略汽缸壁与活塞间的摩擦)思路点拨对活塞、整体(活塞和汽缸)分别受力分析列平衡方程求解 解析题目中的活塞和汽缸均处于平衡状态，以活塞为研究对象，受力分析，由平衡条件，得FpSmgp0S.以活塞和汽缸整体为研究对象，受力分析，有F(Mm)g，由以上两个方程式，得pSMgp0S，解得pp0.答案p0如图，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管，下部有长l166 cm的水银柱，中间封有长l26.6 cm的空气柱，上部有长l344 cm的水银柱，此时水银面恰好与管口平齐已知大气压强为p076 cmHg.如果使玻璃管绕底端在竖直平面内缓慢地转动一周，求在开口向下和转回到原来位置时管中空气柱的长度封入的气体可视为理想气体，在转动过程中没有发生漏气解析：设玻璃管开口向上时，空气柱的压强为p1p0gl3.式中，和g分别表示水银的密度和重力加速度玻璃管开口向下时，原来上部的水银有一部分会流出，封闭端会有部分真空设此时开口端剩下的水银柱长度为x，则p2gl1，p0p2gx式中，p2为管内空气柱的压强由玻意耳定律有p1l2Sp2hS，式中，h是此时空气柱的长度，S为玻璃管的横截面积，由以上几式和题干条件得h12 cm，从开始转动一周后，设空气柱的压强为p3，则p3p0gx.由玻意耳定律得p1l2Sp3hS式中，h是此时空气柱的长度，解得h9.2 cm.答案：12 cm9.2 cm玻意耳定律及其应用1玻意耳定律的适用条件(1)温度不太低，压强不太大；(2)被研究的气体质量不变，温度不变2玻意耳定律p1V1p2V2是个实验定律，明确是在温度不变的情况下，一定质量的气体的变化规律，其中p1V1和p2V2分别表示气体在两个不同状态下的压强和体积3此定律中的恒量C不是一个普适恒量，它与气体所处的温度高低有关，温度越高，恒量C越大4应用玻意耳定律解题的一般步骤(1)首先确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律的条件(2)然后确定始末状态及状态参量(p1、V1，p2、V2)(3)最后根据玻意耳定律列方程求解(注意统一单位)(4)注意分析隐含的已知条件，必要时还应由力学或几何知识列出辅助方程应用玻意耳定律解题应先确定研究对象为一定质量的封闭气体，其次判断是否是等温变化，再次确定初末两个状态的体积和压强，最后用玻意耳定律求解，注意单位要统一，但不一定是国际单位制中的单位，只要两边单位相同即可 命题视角1玻意耳定律的应用如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的汽缸内，活塞相对于底部的高度为h，可沿汽缸无摩擦地滑动取一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上沙子倒完时，活塞下降了.再取相同质量的一小盒沙子缓慢地倒在活塞上表面上外界大气的压强和温度始终保持不变，求此次沙子倒完时活塞距汽缸底部的高度思路点拨缓慢向活塞上表面倒沙子，汽缸可导热，说明封闭气体温度不变用玻意耳定律求解 解析设大气和活塞对气体的总压强为p0，加一小盒沙子对气体产生的压强为p，由玻意耳定律得p0h(p0p)(hh)由式得pp0再加一小盒沙子后，气体的压强变为p02p.设第二次加沙子后，活塞的高度为h，由玻意耳定律得p0h(p02p)h联立式解得hh.答案h本题通过沙子对活塞的压力以改变封闭气体的压强温度不变，压强增大后体积减小，根据玻意耳定律列出方程求解即可. 命题视角2充气问题如图所示为某压缩式喷雾器储液桶，其容量是5.7103m3，往桶内倒入4.2103 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2.5104 m3的空气，要使喷雾器内空气的压强达到4 atm，应打气几次？这个压强能否使喷雾器内的药液全部喷完？(设标准大气压为1 atm，打气过程中不考虑温度的变化)思路点拨本题是一道变质量的问题，我们可以灵活选取研究对象把变质量问题转化为等质量问题 解析设标准大气压为p0，药桶中空气的体积为V，打气N次后，喷雾器中的空气压强达到4 atm，打入气体在1 atm下的体积为N2.5104 m3.选取打气N次后药桶中的空气为研究对象，由玻意耳定律得p0Vp0N(2.5104 m3)4p0V其中V5.7103 m34.2103 m31.5103 m3代入上式后解得N18当空气完全充满药桶后，如果空气压强仍然大于大气压，则药液可以全部喷出，否则不能完全喷出由玻意耳定律得4p0Vp5.7103解得p1.053p0p0，所以药液可以全部喷出答案18能此类问题我们可认为打入喷雾器的气体都在其周围，且可以认为是一次性打入的，若初态时内外气体压强相同，则体积为内外气体体积之和，状态方程为：p1(VnV0)p2V.若初态时内外气体压强不同，则体积不等于内外气体体积之和，状态方程应为：p1Vnp1V0p2V. 【通关练习】1容积V20 L的钢瓶充满氧气后，压强p30 atm，打开钢瓶阀门，让氧气分装到容积为V5 L的小瓶中去，小瓶子已抽成真空分装完成后，每个小钢瓶的压强p2 atm.在分装过程中无漏气现象，且温度保持不变，那么最多可能装的瓶数是()A4瓶B50瓶C56瓶 D60瓶解析：选C.设最多可装的瓶数为n，由等温分态公式得pVpVnpV，解得n56瓶故C正确2用活塞式打气筒向一个容积为V的容器内打气，每次能把体积为V0、压强为p0的空气打入容器内，若容器中原有空气的压强为p，打气过程中假设温度不变，则打了n次后容器内空气的压强为()A.Bpnp0Cpn Dpp0解析：选C.每次打入的气体相同，取容器内原有气体和n次打入的气体整体为研究对象，初状态分为两部分，每次打入的气体相同，可等效认为气体是一次性打入的，由气体实验定律得，在温度不变的情况下，有pVnp0V0pnV，解得pnpn，故C正确pV图象和p 图象的理解1一定质量的气体，其等温线是双曲线，双曲线上的每一个点，均表示一定质量的气体在该温度下的一个状态，而且同一条等温线上每个点对应的p、V坐标的乘积都是相等的如图甲所示2玻意耳定律pVC(恒量)，其中恒量C不是一个普适恒量，它随气体温度的升高而增大，温度越高，恒量C越大，等温线离坐标轴越远如图乙所示四条等温线的关系为：T4T3T2T1.3一定质量气体的等温变化过程，也可以用p 图象来表示，如图丙所示等温线是通过原点的直线，由于气体的体积不能无穷大，所以靠近原点附近处应用虚线表示，该直线的斜率kpVT，即斜率越大，气体做等温变化的温度越高4一定质量气体的等温变化过程，用pT和VT图象表示，如图所示(1)pV图线与p 图线都能反映气体等温变化的规律，分析问题时一定要注意区分两个图线的不同形状(2)p 图象是一条直线，分析比较简单pV图象是一条双曲线，但p和V的关系更直观 命题视角1等温变化的pV图象(多选)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T1T2D由图可知T1T2DT1gV，故放手后加速下沉同样道理，D选项也正确9如图所示，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是等温变化的是()解析：选ABC.A图中可以直接看出温度不变B图说明p1/V，即pV常数，是等温过程；C图是双曲线的一支，也是等温线；D图的pV乘积越来越大，表明温度升高10.如图所示，两端开口的均匀玻璃管竖直插入水银槽中，管中有一段水银柱h1封闭一定质量的气体，这时管下端开口处内、外水银面高度差为h2，若保持环境不变，当外界压强增大时，下列分析正确的是()Ah2变长 Bh2不变Ch1上升 Dh1下降解析：选BD.被封闭气体的压强pp0h1p0h2.故h1h2，随着大气压强的增大，被封闭气体压强也增大，由玻意耳定律知气体的体积减小，空气柱长度变短，但h1、h2长度不变，h1液柱下降，B、D项正确三、非选择题11如图所示是探究气体等温变化规律的简易装置图，下表是某小组的数据序号V/mLp/(103 Pa)pV/(105 PamL)1201.001 020.0202181.095 219.7143161.231 319.7014141.403 019.6425121.635 119.621(1)若要研究p、V之间的关系，绘制图象时应选用_(填“pV”或“p”)作为坐标系；(2)仔细观察发现pV的值越来越小，可能的原因是_解析：(1)由表得，pV近似为定值，用p坐标时，图象类似为直线，而用pV作为坐标系时为曲线，所以应选用p作为坐标系(2)系统pV的值下降，可能原因是温度下降、有气体泄漏等原因，因是等温变化，所以是漏气答案：(1)p(2)漏气12.如图所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U形管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气