物理：8.1《气体的等温变化》课件(新人教版_选修3-3)

1、1 1、气体的等温变化、气体的等温变化1、温度、温度2、体积、体积3、压强、压强热力学温度热力学温度T ：开尔文：开尔文 T = t 273 K体积体积 V单位：有单位：有L、mL等等压强压强 p单位：单位：Pa（帕斯卡）（帕斯卡）1Pa=1N/m21atm=76cmHg=1.01105 Pa气体的状态参量气体的状态参量复复习习问题问题引入引入 一定质量的气体，它的温度、一定质量的气体，它的温度、体积和压强三个量之间变化是相体积和压强三个量之间变化是相互对应的。我们如何确定三个量互对应的。我们如何确定三个量之间的关系呢？之间的关系呢？方法研究方法研究引引入入 在物理学中，当需要研究在物理学中，

2、当需要研究三个物理量之间的关系时，三个物理量之间的关系时，往往采用往往采用“保持一个量不变，保持一个量不变，研究其它两个量之间的关系，研究其它两个量之间的关系，然后综合起来得出所要研究然后综合起来得出所要研究的几个量之间的关系的几个量之间的关系”， 控制变量控制变量的方法的方法二二 研究的课题：研究的课题：气体的等温变化气体的等温变化一定质量的气体在温度不变的情况下，一定质量的气体在温度不变的情况下，发生的状态变化叫做等温变化发生的状态变化叫做等温变化采用的方法：控制变量法采用的方法：控制变量法定性关系定性关系（等温变化过程中压强与体积的关（等温变化过程中压强与体积的关系）系）（二）实验探究（

3、二）实验探究结论：结论：V减小，减小，P增大增大（1 1）研究的是哪一部分）研究的是哪一部分气体气体? ?（3 3）如何测）如何测 V V ? ?（4 4）如何测量）如何测量p p？（2 2）保证质量一定，）保证质量一定，温度不变。温度不变。定量关系定量关系数据采集数据采集室内温度室内温度不变: : 次数12345压强/105Pa体积/L实验数据实验数据次数次数12345压强压强/105Pa3.02.52.01.51.0体积体积/L1.31.62.02.74.0V V1 12 23 30 01 12 23 34 4 p p/10/10 PaPa5 5次数次数 1 2 3 4 5压强压强/105

4、Pa3.02.52.01.51.0体积体积/L1.31.62.02.74.0 p p/10/10 PaPa5 51/V V1 12 23 3O O0.20.20.40.40.60.60.80.813.01.322.51.632.02.041.52.751.04.0次次数数压压强强体体积积结论：结论： 一定质量的气体一定质量的气体, 一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积成反比压强跟体积成反比（三）玻意耳定律（三）玻意耳定律 1、内容：、内容：2、表达式：、表达式：CPV2211VPVPVP1VCP 1）成立条件：玻意耳定律）成立条件：玻意耳定

5、律p1V1p2V2是实验定律只有是实验定律只有在在气体质量一定、温度不变气体质量一定、温度不变的条件下才成立的条件下才成立2）恒量的定义：）恒量的定义：p1V1p2V2恒量恒量C该该恒量恒量C与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该恒量气体，温度越高，该恒量C越大越大一、玻意耳定律一、玻意耳定律3.3.条件条件: :一定质量气体且温度一定质量气体且温度不变不变4、适用范围：温度不太低，压强不太大P1/VPV二二. .等温变化图象等温变化图象1、特点、特点:(1)(1)等温线是双曲线的一支。等温线是双曲线的一支。( (2)2)温度越高

6、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，你能判断那条等温线同一气体，不同温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？你是根据什么理由作出判断的？是表示温度较高的情形吗？你是根据什么理由作出判断的？Vp1230结论结论:t3t2t1n图图815例题：例题：一定质量气体的体积是一定质量气体的体积是20L时，时，压强为压强为1105Pa。当气体的体积。当气体的体积减小到减小到16L时，压强为多大？设时，压强为多大？设气体的温度保持不变。气体的温度保持不变。 答案：答案： 1.2510 5Pa用气体定律解题的步骤用气体定律解题的

7、步骤1 1确定研究对象被封闭的气体确定研究对象被封闭的气体( (满足质量不变的满足质量不变的条件条件) )；2 2用一定的数字或表达式写出气体状态的初始条用一定的数字或表达式写出气体状态的初始条件件(p(p1 1，V V1 1，T T1 1，p p2 2，V V2 2，T T2 2) )；3 3根据气体状态变化过程的特点，列出相应的气根据气体状态变化过程的特点，列出相应的气体公式体公式( (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 4将各初始条件代入气体公式中，求解未知量；将各初始条件代入气体公式中，求解未知量；5 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例例4

8、. 4. 某个容器的容积是某个容器的容积是10L10L，所装气体的压强是，所装气体的压强是202010105 5PaPa。如果温度保持不变，把容器的开关打。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？开以后，容器里剩下的气体是原来的百分之几？设大气压是设大气压是1.01.010105 5PaPa。解解 设容器原装气体为研究对象。设容器原装气体为研究对象。初态初态 p p1 1=20=2010105 5Pa VPa V1 1=10L =10L 末态末态 p p2 2= = 1.0105Pa V V2 2= =？L L 由玻意耳定律由玻意耳定律 p p1 1V V1

9、1=p=p2 2V V2 2得得即剩下的气体为原来的即剩下的气体为原来的5 5。教科书教科书P20问题与练习参考答案问题与练习参考答案类型类型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: :思路方思路方法步骤法步骤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=ma1 .计算的主要依据是液体静止力学知识。计算的主要依据是液体静止力学知识。液面下液面下h深处的压强为深处的压强为p= gh。液面与外界大气相接触。则液面下液面与外界大气相接触。则液面下h

10、处的压强为处的压强为 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）（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。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）气体压强的计算方法（一）参考液片法参考液片法2.计算的方法步骤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

11、象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例如，图812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.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列式求气体压强图图812(即时突破，小试

12、牛刀)1.已知大气压强为p0，如图813所示，竖直的U形管内A、B两部分被水银柱密封着，则两部分气体的压强分别为：pA_；pB_.图图813图817求被封闭气体求被封闭气体A的压强其中的压强其中(1)、(2)、(3)图中的玻璃管内都图中的玻璃管内都灌有水银，灌有水银，(4)图中的小玻璃管浸没在水中大气压强图中的小玻璃管浸没在水中大气压强p076 cmHg.(p01.01105 Pa，g10 m/s2，水水1 103kg/m3)27【精讲精析】(1)pAp0ph76 cmHg10 cmHg66 cmHg.(2)pAp0ph76 cmHg10sin30 cmHg71 cmHg.(3)pBp0ph2

13、76 cmHg10 cmHg86 cmHg，pApBph186 cmHg5 cmHg81 cmHg.(4)pAp0水gh1.01105 Pa110310(1.20.8) Pa1.05105 Pa.气体压强的计算方法（二）气体压强的计算方法（二）平衡条件法平衡条件法 求用固体（如活塞等）封闭在静止容器内的气求用固体（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。后根据平衡条件求解。567m SMMm SMm S 已知大气压已知大气压P0，不计一切摩擦不计一切摩擦31变式训练变式训练3如图如图8113所示，

14、钢筒质量为所示，钢筒质量为40 kg，活塞质量为，活塞质量为20 kg，横截面积为，横截面积为100 cm2，钢筒放在水平地面上时，气柱长度，钢筒放在水平地面上时，气柱长度为为10 cm，大气压强为，大气压强为1105 Pa，温度为温度为7 ，求：当竖，求：当竖直向上提活塞杆，将钢筒缓直向上提活塞杆，将钢筒缓慢地提起来时，气柱多长？慢地提起来时，气柱多长？图图811332气体压强的计算方法（三）气体压强的计算方法（三）运用牛顿定律计算气体的运用牛顿定律计算气体的压强压强 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，首先要选择封闭

15、气体压强，首先要选择 恰当的对象（如与气体相关的液恰当的对象（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。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，水银柱长为，水银柱长为h,例例1一根一端封闭的玻璃管开口向下插入水银槽中一根一端封闭的玻璃管开口向下插入水银槽中,内封内封一定质量的气体一定质量的气体,管内水银面低于管外管内水银面低于管外,在温度不变时在温度不变时,将玻将玻璃管稍向下插入一些璃管稍向下插

16、入一些,下列说法正确的是下列说法正确的是,如图所示如图所示.A.玻璃管内气体体积减小玻璃管内气体体积减小; B.玻璃管内气体体积增大玻璃管内气体体积增大C.管内外水银面高度差减小管内外水银面高度差减小;D.管内外水银面高度差增大管内外水银面高度差增大.AD练习练习 如图所示，注有水银的如图所示，注有水银的U型管，型管，A管上端封闭，管上端封闭，A、B两管用橡皮管相通开始时两管液面相平，现将两管用橡皮管相通开始时两管液面相平，现将B管缓慢降低，在这一过程中，管缓慢降低，在这一过程中，A管内气体体积管内气体体积_，B管比管比A管液面管液面_ 强调思路，由强调思路，由V的变化的变化压强变化压强变化借

17、助借助p的计算判断液面的高低的计算判断液面的高低 增大增大低低例例2 . 将一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，时，管内水银面比管外水银面低管内水银面比管外水银面低2cm要使管内水要使管内水银面比管外水银面高银面比管外水银面高2cm，应将玻璃管竖直向，应将玻璃管竖直向上提起多少厘米？已知大气压强上提起多少厘米？已知大气压强p0支持支持76cmHg，设温度不变，设温度不变分析：均匀直玻璃管、分析：均匀直玻璃管、U形玻璃管、形玻璃管、汽缸活塞中封闭气体的等温过程汽缸活塞中封闭气体的等温过程是

18、三种基本物理模型，所以在做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积的计算，都离不开几何关系的分析，那么，画好始末状态的图分析，那么，画好始末状态的图形，对解题便会有很大用本题形，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，来确定的图形以找到几何关系，来确定状态参量状态参量解：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

19、=(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 例例3. 均匀均匀U形玻璃管竖直放置，用水银将一些空气封在形玻璃管竖直放置，用水银将一些空气封在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？分析：如图所示，由

20、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管水银面管水银面上升高度上升高度x时，时，B管原水银面下降同样高度管原水银面下降同样高度x那么，当那么，当A、B两管水银面高两管水银面高度差为度差为18cm时，在时，在B管中需注入管中需注入的水银柱长度应为的水银柱长度应为(18+2x)cm解：解： P1=P0=72cmHg，V1=10S，V2(10-x)SP2=P0+1890cmHg由玻意耳定律有由玻意耳定律有P1V1= P2V2代入数据解得代入数据解得x=2cm注入水银长度为注入水银长度为18+2x=22cm例例4 密闭圆筒内有一质量为密闭圆筒内有一质量为100g的活塞，活

21、塞与圆筒顶端之的活塞，活塞与圆筒顶端之间有一根劲度系数间有一根劲度系数k=20N/m的轻弹簧；圆筒放在水平地面上，的轻弹簧；圆筒放在水平地面上，活塞将圆筒分成两部分，活塞将圆筒分成两部分，A室为真空，室为真空，B室充有空气，平衡时，室充有空气，平衡时，l0=0.10m，弹簧刚好没有形变如图所示现将圆筒倒置，问，弹簧刚好没有形变如图所示现将圆筒倒置，问这时这时B室的高度是多少？室的高度是多少？分析：汽缸类问题，求压强是关键：应根据共点力平衡分析：汽缸类问题，求压强是关键：应根据共点力平衡条件或牛顿第二定律计算压强条件或牛顿第二定律计算压强解：圆筒正立时：解：圆筒正立时：圆筒倒立时，受力分析如图所

22、示，有圆筒倒立时，受力分析如图所示，有p2S+mg=kx，x=l-l0，则，则温度不变，根据玻意耳定律：温度不变，根据玻意耳定律：p1V1=p2V242化变质量为定质量问题化变质量为定质量问题 如图如图8114所示为某压缩式喷雾器储液桶，其所示为某压缩式喷雾器储液桶，其容量是容量是5.7103m3，往桶内倒入，往桶内倒入4.2103m3的药液后开的药液后开始打气，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打进2.5104m3的空气，要使喷雾器内空气的压强达到的空气，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应打气几次？这个压强能否使喷雾器内的药液全部喷完？器内的药液全部喷完？(设标准大设标准大气压为气压为1 atm，打气过程中不考虑，打气过程中不考虑温度的变化温度的变化)图图811443【