高中物理选修3-3第8章《气体》整章优秀课件

1、第八章第八章 气体气体高中物理选修331 1、温度、温度热力学温度热力学温度T T ：开尔文开尔文 T T = = t t 273 K 273 K2 2、体积、体积体积体积 V V单位：有单位：有L L、mLmL等等3 3、压强、压强压强压强 p p单位：单位：PaPa（帕斯卡）帕斯卡）复习复习气体的状态参量气体的状态参量如何确定气体的状态参量呢？如何确定气体的状态参量呢？温度（温度（ T T ）-温度计温度计体积（体积（ V V ）-容器的容积容器的容积压强（压强（ p p ）-气压计气压计探究方法：探究方法：控制变量法控制变量法第八章第八章 气体气体.6 问题的引入动手：气体状态变化：(P

2、1、V1、T1) (P1、V1、T1)一、气体的等温变化：一、气体的等温变化： 气体在温度不变的状态下，气体在温度不变的状态下，发生的变化叫做等温变化。发生的变化叫做等温变化。.8实验探究实验探究猜想猜想一定质量的气一定质量的气体，在温度不体，在温度不变时，其压强变时，其压强与体积之间有与体积之间有何关系？何关系？试验探究试验探究 研究对象是什么？研究对象是什么？如何控制气体的质量如何控制气体的质量m、温度温度T保持不变保持不变 如何改变压强如何改变压强P、 体体积积 V如何测量压强如何测量压强P、体体积积V？采用仪器采用仪器 移动注射移动注射器，气体器，气体压强传感压强传感器器.9实验：探究

3、气体等温变化的规律实验：探究气体等温变化的规律设计实验设计实验数据处理数据处理（测量哪些物理量）（测量哪些物理量）（猜想）（猜想）体积、压强体积、压强图像法图像法乘积一定乘积一定注意事项注意事项（温度不变）（温度不变）.10.11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.12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.13Mm横截面积S(M+

4、m)gPsP0s.14h玻意耳实验的示意图.15.16气气体体定定律律演演示示仪仪.17主要步骤：主要步骤：1、密封一定质量的气体。、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、改变气体的体积，记录气体长度和该状态下压强的大小。状态下压强的大小。3、数据处理。、数据处理。注意事项：注意事项：1、尽量避免漏气。、尽量避免漏气。2、不要用手握住玻璃管。、不要用手握住玻璃管。3、移动活塞要缓慢。、移动活塞要缓慢。.18数据采集 P增大，V减小，P,V间到底什么关系？猜想！气体状态参量气体状态参量0 01 12 23 34 45 5气体的体积气体的体积气体的压强气体的压强室内温度室内温度

5、: : 思考与讨论思考与讨论.19实验数据的处理实验数据的处理实验次数次数12345压强（压强（105Pa) 3 . 0 2.5 2 . 0 1 . 5 1 . 0体积体积(L) 1 . 3 1.6 2 . 0 2 . 7 4 . 0p p/10 Pa5V V1 12 23 30 01 12 23 34 4实实验验作作P，V图像，观察结果图像，观察结果p p/10 10 PaPa51/V V1 12 23 30 00.0.2 20.40.40.60.60.0.8 8实实验验作作P，1/V图像，观察结果图像，观察结果探究结论：探究结论： 一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强一定质量的气体

6、，在温度不变的情况下，它的压强跟体积成反比。跟体积成反比。二、玻意耳定律二、玻意耳定律 1、内容：、内容：2、表达式：、表达式：3、图像：、图像：CPV2211VPVPP1/VPVVP1VCP .24 4、条件、条件:气体质量一定且温度不变气体质量一定且温度不变 5、适用范围：、适用范围：温度不太低，压强不太大温度不太低，压强不太大p p/10 Pa5V V1 12 23 30 01 12 23 34 4（1）、特点）、特点: 等温线是双曲线的一支。等温线是双曲线的一支。 温度越高温度越高, ,其等温线离原点越远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，你能判断同一气体，不同温

7、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？理由作出判断的？Vp1230结论结论:t3t2t1（2 2）、图象意义）、图象意义: : 物理意义物理意义: :反映压强随体积的变化关系反映压强随体积的变化关系 点意义点意义: :每一组数据每一组数据-反映某一状态反映某一状态P1/VPV.28利用玻意耳定律的解题思路利用玻意耳定律的解题思路（1）明确研究对象（气体）；）明确研究对象（气体）；（2）分析过程特点，判断为等温过程；）分析过程特点，判断为等温过程； （3）列出初、末状态的）列出初、末状态的p、V值；

8、值；（4）根据）根据p1V1=p2V2列式求解；列式求解；.29.30例题：例题：一定质量气体的体积是一定质量气体的体积是20L20L时，压时，压强为强为1 110105 5PaPa。当气体的体积减。当气体的体积减小到小到16L16L时，压强为多大？设气体时，压强为多大？设气体的温度保持不变。的温度保持不变。 答案：答案： 1.251.2510 10 5 5PaPa.32如图所示，如图所示，汽缸内封闭着一定温度的气体，气体汽缸内封闭着一定温度的气体，气体长度为长度为12cm。活塞质量为。活塞质量为20kg，横截面积为，横截面积为100cm。已知大气压强为已知大气压强为1 1105Pa105Pa

9、。求求：汽缸开口向上时，气体的长度。汽缸开口向上时，气体的长度。.332211LpLp解解：以缸内封闭气体为研究对象，以缸内封闭气体为研究对象，,101501PappSLV11初态：初态：cmpLpL102112,102 . 1502PaSmgppSLV22末态：末态：2211VpVp由玻意耳定律由玻意耳定律 得得mgSpSp02由活塞受力平衡得：由活塞受力平衡得：.34如图所示，如图所示，汽缸内封闭着一定温度的气体，气体汽缸内封闭着一定温度的气体，气体长度为长度为12cm。活塞质量为。活塞质量为20kg，横截面积为，横截面积为100cm。已知大气压强为已知大气压强为1 1105Pa105Pa

10、。求求：汽缸汽缸开口向下开口向下时，气体的长度。时，气体的长度。.35 例题：例题：一定质量的气体由状态一定质量的气体由状态A A变到状变到状态态B B的过程如图所示，的过程如图所示，A A、B B位于同一双位于同一双曲线上，则此变化过程中，温度（曲线上，则此变化过程中，温度（ ） A A、一直下降、一直下降 B B、先上升后下降、先上升后下降 C C、先下降后上升、先下降后上升 D D、一直上升、一直上升 B.36.37.38.39.40.41.42如图所示，如图所示， 长为长为1m1m，开口竖直向上的玻璃管内，开口竖直向上的玻璃管内，封闭着长为封闭着长为15cm15cm的水银柱，封闭气体的

11、长度为的水银柱，封闭气体的长度为20cm20cm，已知大气压强为，已知大气压强为75cmHg75cmHg，求，求：（1 1）玻璃管水平放置时，玻璃管水平放置时， 管内气体的长度。管内气体的长度。（2 2）玻璃管开口竖直向下时，）玻璃管开口竖直向下时， 管内气体的长度。管内气体的长度。 （假设水银没有流出）（假设水银没有流出）15cm20cm练习练习3.43解解：(1)以管内气体为研究对象，管口竖直向上为初态以管内气体为研究对象，管口竖直向上为初态: 设管横截面积为设管横截面积为S，则，则 P1=751590cmHg V1=20S 水平放置为末态，水平放置为末态，P2=75cmHg 由玻意耳定律

12、由玻意耳定律P1V1=P2V 2得：得： V2=P1V1P2=（9020S）75=24S 所以，管内气体长所以，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以管口竖直向上为初态，管口竖直向下为末态 P2=751560cmHg 由玻意耳定律得：由玻意耳定律得：V2= P1V1P230S 所以，管内气体长所以，管内气体长30cm 因为因为30cm15cm100cm，所以水银不会流出，所以水银不会流出.44.45.46例4. 某个容器的容积是10L，所装气体的压强是20105Pa。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1.0105P

13、a。解 设容器原装气体为研究对象。初态 p1=20105Pa V1=10L T1=T末态 p2=1.0105Pa V2=？L T2=T由玻意耳定律 p1V1=p2V2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。.47.48.49.50.51.52.53第八章第八章 气体气体.55结论：结论：一定质量的气体，保持一定质量的气体，保持体积不变体积不变，当温度升高，当温度升高时，气体的压强时，气体的压强 增大；当温度降低时，气体的压强增大；当温度降低时，气体的压强减小。减小。P0t0CP0T/K2730C图象：图象： 问题：

14、问题：炎热的夏天，如果将自行车内胎充气过足，停炎热的夏天，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？裂，知道这是为什么吗？ 答：答：曝晒过程中内胎容积变化甚微，可认为容积不变；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. 气体的等容变化气体的等容变化.56一、气体的等容变化一、气体的等容变化-查理定律查理定律一定质量的气体，在体积不变的情况下，一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强与它的压强与热力

15、学温度热力学温度成正比。成正比。2、公式：、公式：判断哪条等容线表示的是体积大判断哪条等容线表示的是体积大?V1 V2体积越大，斜率越小；体积越大，斜率越小；体积越小，斜率越大。体积越小，斜率越大。1、内容：、内容：3、图象、图象CTP CTP或（C是比例常数）是比例常数）也可写成也可写成 或2211TpTp2121TTPp.57【课堂练习课堂练习】1、密闭在容积不变的容器中的气体，、密闭在容积不变的容器中的气体，当温度降低时：当温度降低时： A、压强减小，密度减小；、压强减小，密度减小； B、压强减小，密度增大；、压强减小，密度增大； C、压强不变，密度减小；、压强不变，密度减小； D、压强

16、减小，密度不变、压强减小，密度不变D.582、下列关于一定质量的气体的等容变化的说、下列关于一定质量的气体的等容变化的说法中正确的是：法中正确的是： A、气体压强的改变量与摄氏温度成正比；、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；、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；、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。、气体的压强与热力学温度成正比。D【课堂练习课堂练习】.593、如图所示，为质量恒定的某种气体的、如图所示，为质量恒定的某种气体的PT图，图，A、B、C三态中体积最大的三态中体积最大的状态是：状态

17、是： A、A状态状态 B、B状态状态 C、C状态状态 D、条件不足，无法确定、条件不足，无法确定ABC0PTC【课堂练习课堂练习】.60二、气体的等压变化二、气体的等压变化-盖盖. .吕萨克定律吕萨克定律一定质量的气体，在一定质量的气体，在压强压强不变的情况下不变的情况下其其体积体积V与与热力学温度热力学温度T成正比成正比.2、公式：、公式：3、图象、图象不同压强下的等压线，不同压强下的等压线，斜率越大，压强越小斜率越大，压强越小.1、内容：、内容：VT判断哪条等压线表示的是压强大判断哪条等压线表示的是压强大?P1 P2CTV 或或2121TTVVCTVC为常量为常量2211TVTV或或.61

18、【课堂训练课堂训练】1、两个气缸中都充有质量相同的氧气，、两个气缸中都充有质量相同的氧气，其中其中如图所示如图所示 、容器中氧气的压强较小、容器中氧气的压强较小 、容器中氧气的密度较大、容器中氧气的密度较大 、两容器中气体的密度相同、两容器中气体的密度相同 、两容器中气体的温度不同、两容器中气体的温度不同ABA第八章第八章 气体气体公式：公式： pV =C12CTp公式：公式：3CTV公式：公式：.64.65一一. .理想气体理想气体 假设有这样一种气体，它在假设有这样一种气体，它在和和下都下都气体实验定律气体实验定律, ,我们把我们把这样的气体叫做这样的气体叫做“”。1 1、理想气体是不存在

19、的，是一种理想模型。、理想气体是不存在的，是一种理想模型。2 2、在、在温度不太低温度不太低, ,压强不太大压强不太大时实际气体都时实际气体都可看成是理想气体。可看成是理想气体。.664、从能量上说：理想气体的微观本质是、从能量上说：理想气体的微观本质是，理想气体的内能只有分子动能。，理想气体的内能只有分子动能。3 3、从微观上说：分子间以及分子和器壁间，除碰撞外、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，无其他作用力，即它所占据的空间，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。认为都是可以被压缩的空间。.67.68 如图所示，一定质量的某种理想气体如图所示，一定质量的某种理想

20、气体从从A到到B经历了一个等温过程，从经历了一个等温过程，从B到到C经经历了一个等容过程。分别用历了一个等容过程。分别用pA、VA、TA和和pB、VB、TB以及以及pC、VC、TC表示气体在表示气体在A、B、C三个状态的状态参量，那么三个状态的状态参量，那么A、C状状态的状态参量间有何关系呢？态的状态参量间有何关系呢？0pVTA=TB从从AB为等温变化：由玻意耳定律为等温变化：由玻意耳定律pAVA=pBVB从从BC为等容变化：由查理定律为等容变化：由查理定律0pVCBBCppTTCCCAAATVpTVp又又TA=TB VB=VC解得：解得：.70一定质量的某种理想气体在从一个状态变一定质量的某

21、种理想气体在从一个状态变化到另一个状态时，尽管化到另一个状态时，尽管p、V、T都可能改变，但是都可能改变，但是压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变。压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变。1 12212pVp VTT或或pVCT121 122PPTT.71CTpVTVpTVp 或或222111 一定质量的理想气体，由初状态（一定质量的理想气体，由初状态（p1、V1、T1）变化到末状态（变化到末状态（p2、V2、T2）时，两个状态的状态）时，两个状态的状态参量之间的关系为：参量之间的关系为：方程具有方程具有普遍性普遍性2211VpVpT保持不变当温度2211TpTpV保持不变当体积22

22、11TVTVp保持不变当压强第八章第八章 气体气体.73一一. .气体分子的运动特点气体分子的运动特点1. 1.气体分子除了相互碰撞或与器壁碰撞外，不受力而做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匀速直线运动2. 2.某一时刻，向各个方向运动的气体分子某一时刻，向各个方向运动的气体分子数目都相等数目都相等3. 3.气体分子做无规则运动，速率有大小，却按气体分子做无规则运动，速率有大小，却按一定规律一定规律分布分布气体分子速率的分布规律气体分子速率的分布规律中间多，两头少中间多，两头少对个别分子而言，未必温度越高速率越大对个别分子而言，未必温度越高速率越大温度越高，占大比例的

23、分子的速率（区间）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说明分子运动越剧烈kET温度是分子平均动能的标志温度是分子平均动能的标志.74 大量气体分子的速率大量气体分子的速率是按一定规律分布，呈是按一定规律分布，呈“中中间多，两头少间多，两头少”的分布规律，且这个分布状态与温度的分布规律，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大。有关，温度升高时，平均速率会增大。.75二二.气体压强的微观意义气体压强的微观意义2.影响气体压强的两个因素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平均动能气体分子的密集程度气体分子的密集程度-温度温度-体积体积1产

24、生原因产生原因 是是大量分子频繁地碰撞器壁大量分子频繁地碰撞器壁，就对，就对器壁产生持续、均匀的压力所以从分器壁产生持续、均匀的压力所以从分子动理论的观点看来，子动理论的观点看来，气体的压强就是气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力平均作用力微观因素微观因素宏观因素宏观因素.76三、对气体实验定律的微观解释三、对气体实验定律的微观解释玻意尔定律玻意尔定律m一定一定T一定一定一定一定kEV变小变小n变大变大p变大变大宏观宏观微观微观n n：单位体积内分子数：单位体积内分子数2211VPVP.77查理定律查理定律m一定一定V一定一定n n一定一

25、定T升高升高p变大变大宏观宏观微观微观变大变大kE三、对气体实验定律的微观解释三、对气体实验定律的微观解释2211TpTp.78盖盖- -吕萨克定吕萨克定律律m一定一定V变大变大n n变小变小T升高升高宏观宏观微观微观变大变大kEP不变不变可能可能三、对气体实验定律的微观解释三、对气体实验定律的微观解释2211TVTV.791.确定研究对象被封闭的气体确定研究对象被封闭的气体(满足质量不变的条件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写出气体状态的初态和末态状态参量(p1，V1，T1)和和 ( p2，V2，T2)数字或表达式；数字或表达式；3.根据气体状态变化过程的特点，列出

26、相应的气体公式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本节课中就是玻意耳定律公式)；4.将将2种各量代入气体公式中，求解未知量；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对结果的物理意义进行讨论用气体定律解题的步骤.80类型类型1.液体密封气体液体密封气体2.容器密封气体容器密封气体3.气缸密封气体气缸密封气体气体压强计算气体压强计算: :思路思路方法方法步骤步骤1.定对象定对象2.分析力分析力3.用规律用规律整体整体部分部分缸体缸体活塞活塞密封气体密封气体静态静态F外外=0动态动态F外外=ma.811 .计算的主要依据是液体静止力学知识。

27、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= p0+ 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.822.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 静止静止1234h已知大气压已知大气压P0，水银柱长均为，水银柱长均为h.83气体压强的

28、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。567m SMMm SMm S 已知大气压已知大气压P0，水银柱长均为，水银柱长均为h.84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。不计一切摩擦不计一切摩擦89 FmSM自由下滑自由下滑已知大气压已知大气压P0，水银柱长均为，水银柱长均为h.85例例1 . 将一

29、端封闭的均匀直玻璃管开口向下，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时，管内水银面比管外水银面低2cm要使要使管内水银面比管外水银面高管内水银面比管外水银面高2cm，应将玻璃，应将玻璃管竖直向上提起多少厘米？已知大气压强管竖直向上提起多少厘米？已知大气压强p0支持支持76cmHg，设温度不变，设温度不变.86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

30、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.87解：根据题意，由图知解：根据题意，由图知P1=P0+2cmHg=78cmHgV1=(8+2)S=10S，p2=p0-2cmHg=74cmHg，V2=(8+x)-2S=(6+x)S根据玻意耳定律：根据玻意耳定律：P1V1=P2V2 代入数据解得玻璃管提升高度：代入数据解得玻璃管提升高度：x=4.54cm .88例例2. 均匀均匀U形玻璃管竖直放置，用水银将一些空气封形玻璃管竖直放置，用水银将一些空气封在在A管内，当管内，当A、B两管水银面相平时，大气压强支持两管水银面相平时，大气压强支持72cmHgA管内空气柱长度为管内空气柱长度为10cm，现往，现往B管中注入管中注入水银，当两管水银面高度差为水银，当两管水银面高度差为18 cm时，时，A管中空气柱管中空气柱长度是多少？注入水银柱长度是多少？长度是多少？注入水银柱长度是多少？.89分析：如图所示，由于水银是不可压缩的，所以分析：如图所示，由于水银是不可压缩的，所以A管管