2.2 气体的等温变化-学案

2.2气体的等温变化【学习目标】1．知道什么是等温变化。2．知道玻意耳定律是实验定律，掌握玻意耳定律的内容和公式，知道定律的适用条件。3．理解气体等温变化图象的物理意义。4．知道用分子动理论对玻意耳定律的定性解释。5．会用玻意耳定律计算有关的问题。【学习重点】1．知道玻意耳定律是实验定律，掌握玻意耳定律的内容和公式，知道定律的适用条件。2．理解气体等温变化图象的物理意义。【学习难点】理解气体等温变化图象的物理意义。【学习过程】一、知识储备1．研究气体的性质，用__________、__________、__________三个物理量描述气体的状态。描述气体状态的这三个物理量叫做气体的____________________。2．温度：温度是表示物体____________________的物理量，从分子运动论的观点看，温度标志着物体内部____________________的剧烈程度。在国际单位制中，用热力学温标表示的温度，叫做__________温度。用符号____表示，它的单位是__________，简称__________，符号是__________。热力学温度与摄氏温度的数量关系是：T=__________。3．体积：气体的体积是指气体____________________。在国际单位制中，其单位是__________，符号__________。体积的单位还有升（L）、毫升（mL）；1L=__________m3，1mL=__________m3。4．压强：__________________________________________________叫做气体的压强，用__________表示。在国际单位制中，压强的单位是__________，符号__________。气体压强常用的单位还有标准大气压（atm）和毫米汞柱（mmHg），1atm=__________Pa=__________mmHg。5．气体状态和状态参量的关系：对于一定质量的气体，如果温度、体积、压强这三个量____________________，我们就说气体处于一定的状态中。如果三个参量中有两个参量发生改变，或者三个参量都发生了变化，我们就说气体的状态发生了改变，只有一个参量发生改变而其它参量不变的情况是____________________发生的。二、新课教学（一）探究气体等温变化的规律1．思考一下几个问题：①研究哪部分气体？②怎样保证气体温度不变？③空气柱的压强怎么读出？④空气柱的体积怎样表示？⑤怎样处理读取的数据？实验：气体的等温变化2．实验数据的采集与分析次数12345压强（×1053.02.52.01.51.0体积（L）1.31.62.02.74.0体积的倒数绘制p-1实验结论：__________________________________________________。（二）玻意耳定律1．文字表述：____________________________________________________________。2．公式表述：____________________或____________________。3．图象表述：4．图象意义（1）物理意义：反映_______________随________________的变化关系，图线表示_____________________。（2）点的意义：图线上每一个点表示某一“__________”。（3）结论：体积缩小到原来的几分之一，压强增大到原来的几倍。体积增大到原来的几倍，它的压强就减小为原来的几分之一。5．适用条件：压强________________、温度_________________的各种气体。例题1：一定质量气体的体积是20L时，压强为1×105Pa。当气体的体积减小到16L时，压强为多大？设气体的温度保持不变。答案：1.25×105Pa总结：用气体定律解题的步骤1．确定研究对象。被封闭的气体（满足质量不变的条件）；2．用一定的数字或表达式写出气体状态的初始条件；3．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）；4．将各初始条件代入气体公式中，求解未知量；5．对结果的物理意义进行讨论。【深入学习】气体等温变化图象一定质量气体等温变化图象是双曲线，它描述的是温度不变时的关系，称为等温线。（1）等温线是双曲线的一支。（2）温度越高，其等温线离原点越________。【练习巩固】1．对于一定质量的气体，下列过程可能发生的是（）A．气体的温度变化，但压强、体积保持不变B．气体的温度、压强保持不变，而体积发生变化C．气体的温度保持不变，而压强、体积发生变化D．气体的温度、压强、体积都发生变化答案：CD2．一定质量的气体在温度保持不变时，压强增大到原来的4倍，则气体的体积变为原来的（）A．4倍 B．2倍 C．1/2 D．1/4答案：D3．某容器的容积是10L，里面所盛气体的压强为2.0×106PA．如果温度保持不变，把这些气体装入另一个容器里，气体的压强变为1.0×105Pa，则此容器的容积是多大？答案：200L4．如图所示，三个完全相同的试管内分别由长度相同的水银柱封闭着一定质量的气体，已知大气压为p0，试管的横截面积为S，管内水银柱的质量为m。当三支试管及水银均静止时，管内气体的压强分别为多少？【答案】p0p0+mgSp05．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：①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。②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。③用图象处理实验数据。（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_____________________。答案：（1）用润滑油涂抹活塞。慢慢抽动活塞，不能用手握住注射器封闭气体的部分。第二章2A组·基础达标1．如图为一种减震垫，上面布满了圆柱状薄膜气泡，每个气泡内充满体积为V0，压强为p0的气体，当平板状物品平放在气泡上时，气泡被压缩．若气泡内气体可视为理想气体，其温度保持不变，当体积压缩到V时气泡与物品接触面的面积为S，则此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力为()A．eq\f(V0,V)p0S B．eq\f(V0S,Vp0)C．eq\f(p0S,V) D．eq\f(V0p0,SV)【答案】A【解析】设压力为F，压缩后气体压强为p，由p0V0＝pV和F＝pS，得F＝eq\f(V0,V)p0S.2．如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量．设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气()A．体积不变，压强变小B．体积变小，压强变大C．体积不变，压强变大D．体积变小，压强变小【答案】B【解析】由于气体温度不变，属于等温变化，水位升高，封闭气体的体积减小，根据玻意耳定律pV＝C(C为定值)，压强增大，故B正确．3．一个气泡由湖面下20m深处上升到湖面下10m深处，它的体积约变为原来体积的(温度不变，ρ水＝103kg/m3，大气压强p0＝105Pa)()A．3倍 B．2倍C．1.5倍 D．0.7【答案】C【解析】水下深20m处，压强为3p0(p0为大气压强)，10m深处，压强为2p0，由玻意耳定律得3p0V1＝2p0V2，V2＝1.5V1，故C正确．4．如图是一定质量的某种气体在p－V图中的等温线，A、B是等温线上的两点，△OAD和△OBC的面积分别为S1和S2，则()A．S1＞S2 B．S1＝S2C．S1＜S2 D．无法比较【答案】B【解析】△OBC的面积S2＝eq\f(1,2)BC·OC＝eq\f(1,2)pBVB，同理，△OAD的面积S1＝eq\f(1,2)pAVA，根据玻意耳定律pAVA＝pBVB，可知两个三角形面积相等．5．(多选)如图所示为一定质量的气体的两条等温线，则下列关于各状态温度的说法正确的有()A．tA＝tB B．tB＝tCC．tC>tA D．tD>tA【答案】ACD【解析】两条等温线，故tA＝tB，tC＝tD，故A正确；两条等温线比较，tD>tA，tC>tA，故B错误，C、D正确．6．(多选)如图，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发生等温变化的是()【答案】AB【解析】A图中可以直接看出温度不变；B图说明p∝eq\f(1,V)，即p·V＝常数，是等温过程；C图是双曲线，但横坐标不是体积V，不是等温线，D图的p－V图线不是双曲线，故也不是等温线．7．(多选)一定质量的气体，在温度不变的条件下，将其压强变为原来的2倍，则()A．气体分子的平均动能增大B．气体的密度变为原来的2倍C．气体的体积变为原来的一半D．气体的分子总数变为原来的2倍【答案】BC【解析】温度是分子平均动能的标志，由于温度不变，故分子的平均动能不变，据玻意耳定律得p1V1＝2p1V2，解得V2＝eq\f(1,2)V1，ρ1＝eq\f(m,V1)，ρ2＝eq\f(m,V2)，可得ρ1＝eq\f(1,2)ρ2，即ρ2＝2ρ1，故B、C正确．8．(多选)某同学做“验证玻意耳定律”实验时，将注射器竖直放置，测得的数据如下表所示，发现第5组数据中的pV乘积有较大偏差，如果读数和计算无误，那么造成此偏差的原因可能是()实验次序12345p/(×105Pa)1.211.060.930.800.66V/mL33.237.843.850.469.2pV/(×105Pa·mL)40.240.140.740.345.7A．温度升高 B．温度降低C．漏入气体 D．漏出气体【答案】AC【解析】若pV值变大，可能是温度升高使p增大；当温度一定时，也可能是气体变多使p变大，即气体质量变大．温度升高，与结论相符，A正确；温度降低，与结论不相符，B错误；漏入气体，与结论相符，C正确；D漏出气体，与结论不相符，D错误．9．某同学用如图所示装置探究气体等温变化的规律．关于该实验的操作，下列说法正确的是()A．柱塞上涂油的目的是为了减小摩擦，便于推拉柱塞B．柱塞与注射器之间的摩擦不影响压强的测量C．为了方便推拉柱塞，应用手握紧注射器再推拉柱塞D．实验中，为找到体积与压强的关系，需要测量柱塞的横截面积【答案】B【解析】在柱塞上涂油的目的是为了避免漏气，不是为了减小摩擦，A错误；柱塞与注射器之间的摩擦对气体压强的测量无影响，B正确；手握紧注射器会改变气体的温度，不符合实验条件，C错误；实验中要验证p1V1＝p2V2，由于柱塞前后柱塞横截面积不变，因此只需验证p1L1＝p2L2，无需测量柱塞的横截面积，D错误．10．(多选)如图所示是医院给病人输液的部分装置示意图．在输液过程中()A．A瓶中的药液先用完B．当A瓶中液面下降时，B瓶内液面高度保持不变C．随着液面下降，A瓶内C处气体压强逐渐增大D．随着液面下降，A瓶内C处气体压强保持不变【答案】ABC【解析】在药液从B瓶中流下时，封闭气体体积增大，温度不变，根据玻意耳定律知，气体压强减小，A瓶中空气将A瓶中药液压入B瓶补充，所以B中流出多少液体，A瓶就会有多少液体流入B瓶，所以B瓶液面保持不变，直到A瓶液体全部流入B瓶，所以A瓶液体先用完，故A、B正确；A瓶瓶口处压强和大气压相等，但液面下降，液体产生压强减小，因此封闭气体压强增大，故C正确，D错误．B组·能力提升11．请回答下列有关“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积关系”实验的问题．(1)如图所示，用一个带有刻度的注射器及DIS实验系统来探究气体的压强与体积关系．实验中气体的质量保持不变，气体的体积V直接读出，气体的压强p是由图中________传感器测量得到．(2)完成本实验的基本要求是________．A．在等温条件下操作B．封闭气体的容器密封良好C．必须弄清所封闭气体的质量D．气体的压强和体积必须用国际单位(3)甲同学在做本实验时，缓慢推动活塞，使注射器内空气柱体积减小，且pVeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(×105Pa·mL))数值越来越小，造成这一现象的原因可能是__________；A．实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大B．实验时环境温度增大了C．实验时外界大气压强发生了变化D．实验时注射器内的空气向外发生了泄漏(4)乙同学实验数据用图像处理，但如图所示的V－eq\f(1,p)图线不过原点，则造成这一现象的原因可能是____________．【答案】(1)压强(2)AB(3)D(4)见解析【解析】(1)气体的压强p是由图中压强传感器测量得到；(2)玻意耳定律成立的前提条件是等温且质量一定，气体质量的具体值不需要测量，故A、B正确，C错误；单位可以不用国际单位，故D错误．(3)实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大，不会影响气压与体积，A错误；若实验时环