物理粤教版学案第二章第七节气体实验定律（Ⅰ）

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第七节气体实验定律（Ⅰ）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，体验科学探究过程．3．能利用玻意耳定律解决气体等温变化问题．为适应太空环境，航天员都要穿航天服，航天服是一种高科技产品，它有一套生命保障系统，这套系统为航天员提供合适的温度、氧气和气压，让航天员在太空如同在地面上一样舒适．为什么要穿航天服呢？提示：航天员在地球上正常生活和工作时受到的大气压强是一个大气压,身体内（比如说肺部)气体的压强和身体外的大气压强处于平衡状态．如果不穿航天服,当航天员进入太空时，体外的压强很快减小,根据玻意耳定律，这时肺部气体的体积会急剧增大,可能使肺部撑裂．当航天员返回地面时，体外的压强很快增大，同样根据玻意耳定律，肺部气体的体积会急剧减小，可能使肺部被压裂．1．等温过程一定质量的气体，在保持温度不变的情况下，发生状态变化的过程．2．探究等温变化规律(1）研究对象：被封闭在注射器内的气体．(2)数据采集:体积可由注射器的刻度直接读出，对应的压强可通过与计算机连接的压强传感器和数据采集器自动完成并输入计算机．多次改变活塞位置,待气压计示数稳定后,分别记录对应压强和体积数据．（3)数据处理：应用计算机，点击“绘图”，生成压强与体积的关系图线和压强与体积倒数的关系图线．（4)分析图线，得出结论：压强与体积成反比．3．玻意耳定律（1）内容:一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强和体积成反比．(2）公式：p∝eq\f（1,V)或p1V1＝p2V2。(3）条件:气体的质量一定，温度不变．4．气体等温变化的p-V图像和p-eq\f(1，V)图像（即等温线)．（1)图像如图所示．（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p—V图上等温线应为双曲线的一支,在p—eq\f（1，V)图上等温线应为过原点的直线．一、玻意耳定律的应用玻意耳定律是一定质量的气体，当温度保持不变时，其压强与体积的变化所遵循的规律．利用该定律解题时，首先要明确研究对象是哪一部分气体，然后确定初末状态的压强与体积，往往求解压强是解题的关键．二、变质量气体的求解问题玻意耳定律只适用于气体质量一定的情况，但容器往往会存在漏气的问题，或存在给容器打气的问题，我们必须合理选择研究对象，将变质量问题转化成定质量问题．三、如何在p—V图、p—eq\f(1，V)图上判断温度的高低？1．p-V图一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积的乘积必然越大,在p—V图上的等温线就越高，如图甲中T1＜T2.2．p—eq\f(1,V)图一定质量的气体，温度不变时，pV＝恒量，p与V成反比,p与eq\f(1，V)就成正比，在p-eq\f(1,V)图上的等温线应是过原点的直线,直线的斜率即为p与V的乘积,斜率越大,pV乘积越大,温度就越高，如图乙中T2＞T1。甲乙类型一玻意耳定律的基本应用【例题1】如图所示，一个厚度可以不计、质量为m的汽缸放在光滑的水平地面上，活塞的质量为m′，面积为S，内部封有一定质量的气体．活塞不漏气，摩擦不计,外界大气压强为p0，若在活塞上加一水平向左的恒力F（不考虑气体温度的变化），当汽缸和活塞以共同加速度运动时，缸内气体初末状态的长度之比是(）A．eq\f(F，p0S） B．1C．1＋eq\f(F,p0S) D．1＋eq\f（mF,（m＋m′)p0S）解析：初态p1＝p0，V1＝l1S；加上力F后，整体的加速度是：a＝eq\f(F,m＋m′），对活塞由牛顿第二定律得：p0S＋F－p2S＝m′a，得p2＝p0＋eq\f(mF,(m＋m′)S),由玻意耳定律:p1V1＝p2V2得:eq\f（l1，l2）＝1＋eq\f(mF,（m＋m′)p0S）.答案：D题后反思:压强是力热综合的桥梁,要善于灵活选择研究对象,运用有关力学规律求出压强．类型二玻意耳定律在相关联的两部分气体中的应用【例题2】如图所示，内径均匀的U形管中装入水银，两管中水银面与管口的距离均为l＝10.0cm,大气压强p0＝75。8cmHg时，将右侧管口封闭，然后从左侧管口处将一活塞缓慢向下推入管中，直到左右两侧水银面高度差达h＝6。0cm为止．求：(1）右侧管内气体此时的压强;（2)活塞在左侧管内移动的距离．解析：（1)设U形管截面积为S，则右侧气体体积为(l－eq\f(h，2))S.取右侧气体为研究对象,根据玻意耳定律有p0lS＝p2(l－eq\f(h,2)）S解得p2＝eq\f(p0l，l－\f（h，2）)＝eq\f（758，7）cmHg。(2)设活塞在管内移动的距离为x，则左侧气体体积为(l＋eq\f（h,2)－x)S。左侧气柱的压强为p1＝p2＋ρgh＝eq\f（800,7）cmHg取左侧气柱为研究对象，由玻意耳定律得p0lS＝p1(l＋eq\f（h，2）－x)S解得x＝6。4cm.答案：（1）eq\f(758,7）cmHg（2）6.4cm题后反思：对相关联的两部分气体问题，除对每部分气体确定初末状态参量,由玻意耳定律列式外,还要找出两部分气体间的压强、体积关系，最后联立求解．类型三变质量气体的求解问题【例题3】活塞式气泵是利用气体体积膨胀来降低气体压强的,已知某贮气罐的容积为V0，气泵气筒的容积为V，设抽气过程中温度不变，贮气罐内气体原来压强是p0，抽气2次后，贮气罐内气体压强变为多少？解析：以贮气罐内气体为研究对象，抽气1次前后,根据玻意耳定律有p1（V0＋V）＝p0V0同理抽气2次前后有p2（V0＋V）＝p1V0可解得p2＝(eq\f(V0,V0＋V))2p0。答案:（eq\f（V0,V0＋V))2p0题后反思：本题很容易错解为：p0V0＝p（V0＋2V），原因在于忽略了每抽一次气容器中气体的压强都发生变化．一定要领会：每次抽气,容器中的气体体积从V0等温膨胀为（V0＋V)，压强减小．1大气压强p0＝1。0×105Pa。某容器容积为20L，装有压强为2.0×106Pa的某种气体（不计分子势能），如果保持气体温度不变,把容器的开关打开,待气体达到新的平衡时，容器中剩下的气体质量与原来质量之比为()A．1∶9B．1∶20C．2∶39D．1∶18解析：由p1V1＝p2V2得，p1V0＝p0（V0＋V），V0＝20L，得V＝380L．即容器中剩余20L、1atm的气体，而同样大气压下原容器中气体的总体积为400L,所以剩下气体的质量与原来质量之比等于同压下气体的体积之比：eq\f（20,400)＝eq\f(1，20),B项正确．答案：B2（双选)某同学用同一个注射器做了两次验证玻意耳定律的实验，操作完全正确．根据实验数据却在p-V图上画出了两条不同的双曲线，如图所示．造成这种情况的可能原因是()A．两次实验中空气质量不同B．两次实验中温度不同C．两次实验中保持空气质量、温度相同，但所取的气体压强的数据不同D．两次实验中保持空气质量、温度相同，但所取的气体体积的数据不同解析：实验时若两次所封气体的质量不同，在同一坐标系上会画出不同的等温线，A项正确．在质量一定的情况下，温度不同，得出的等温线也不同，B项正确．质量、温度都不变,压强与体积成反比,得到的是同一条等温线,C、D项错误．答案:AB3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，若保持环境温度不变，当外界压强增大时，下列分析正确的是(）A．h2变长B．h2变短C．h1上升D．h1下降解析：被封闭气体的压强为p＝p0＋ph1，或p＝p0＋ph2，始终有h1＝h2；当p0增大时，被封闭气体的压强增大，由玻意耳定律知,封闭气体的体积应减小．答案：D4如图所示，两端封闭的U形管，内径均匀，两边水银柱等高．水银柱上方封闭的空气柱长度l1＝30cm，l2＝38cm。现从阀门C处注入水银,结果左管中水银面上升5cm,右管中水银面上升6cm,求封闭端气体原来的压强．解析:设原来两部分气体压强都为p0(因水银面等高),初状态左管中气体的体积V1＝l1S，右管中气体体积V2＝l2S.末状态左管的