2.2气体等温变化 （33张PPT）

2.2 气体的等温变化
人教版（2019）普通高中物理选择性必修第三册同步教学课件
第二章. 气体、固体和液体
目录
1
探究等温变化的规律
2
玻意耳定律
3
玻意耳定律的应用
问题
在庆典活动中放飞的气球，会飞到我们
看不见的地方。随着气球的升空，大气压在减小，温度在降低，气球在膨胀……看来，一定质量的气体的压强、体积和温度三个状态参量之间是有联系的。那么，它们会有怎样的联系呢？
知识点一：探究等温变化的规律
问题
一定质量的气体，我们怎样研究温度T、体积V、压强P之间的关系呢？
研究方法：控制变量法
气体的等温变化
我们首先研究一种特殊的情况：一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系。我们把这种变化叫作气体的等温变化。
问题
气体的等温变化有什么规律呢？
知识点一：探究等温变化的规律
探究气体等温变化的规律
探究实验
探究气体等温变化的规律
实验思路
在保证密闭注射器中气体的　　和　　不变的条件下，通过改变密闭注射器中气体的体积，由压力表读出对应气体的压强值，进而研究在恒温条件下气体的压强与体积的关系.
质量
温度
思考：如何控制气体的质量m、温度T保持不变？
知识点一：探究等温变化的规律
探究气体等温变化的规律
探究实验
探究气体等温变化的规律
橡胶塞和柱塞一起把一段空气柱封闭在玻璃管中
封闭、缓慢移动活塞
实验器材
带铁夹的铁架台、　　　、柱塞(与压力表密封连接)、压力表、______、刻度尺.
注射器
橡胶套
物理量的测量
1.如图所示组装实验器材.
知识点一：探究等温变化的规律
探究气体2.利用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭.
3.把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据.空气柱的长度l可以通过刻度尺读取，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.空气柱的压强p可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取.等温变化的规律
探究实验
物理量的测量
2.利用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭.
3.把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据.空气柱的长度l可以通过刻度尺读取，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.空气柱的压强p可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取.
知识点一：探究等温变化的规律
探究气体2.利用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭.
3.把
柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据.空气柱的长度l可以通过刻度尺读取，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.空气柱的压强p可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取.等温变化的规律
探究实验
探究气体等温变化的规律
数据分析
1.作p－V图像
以压强p为纵坐标，以体积V为横坐标，用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘出等温曲线，如图2所示.观察p－V图像的特点看能否得出p、V的定量关系.
知识点一：探究等温变化的规律
探究气体2.利用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭.
3.把
柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据.空气柱的长度l可以通过刻度尺读取，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.空气柱的压强p可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取.等温变化的规律
探究实验
知识点一：探究等温变化的规律
探究气体2.利用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭.
3.把
柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据.空气柱的长度l可以通过刻度尺读取，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.空气柱的压强p可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取.等温变化的规律
探究实验
3.实验结论：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，其压强与体积的倒数成正比.
探究气体等温变化的规律
数据分析
知识点二：玻意耳定律
1.玻意耳定律
（1）内容
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比．
（2）公式
pV＝C或p1V1＝p2V2.
（3）条件
气体的质量一定，温度不变．
知识点二：玻意耳定律
1.玻意耳定律
（4）常量的意义
p1V1＝p2V2＝C，该常量C与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，则常量C越大．
（5）应用玻意耳定律解题的一般步骤
确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律的条件．
确定初、末状态及状态参量(p1、V1；p2、V2)．
根据玻意耳定律列方程求解．(注意统一单位)
注意分析隐含条件，作出必要的判断和说明．
知识点二：玻意耳定律
2.两种等温变化图像
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}内容
p－????????图像
p－V图像
图像特点
物理意义
一定质量的某种气体，温度不变时，pV＝恒量，p与V成反比，p与就成正比，在p－图上的等温线应是过原点的倾斜直线
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，p与V成反比，因此等温过程的p－V图像是双曲线的一支
温度高低
直线的斜率为p与V的乘积，斜率越大，pV乘积越大，温度就越高，图中T2>T1
一定质量的某种气体，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，图中T2>T1
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}内容
p－V图像
图像特点
物理意义
一定质量的某种气体，温度不变时，pV＝恒量，p与V成反比，p与就成正比，在p－图上的等温线应是过原点的倾斜直线
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，p与V成反比，因此等温过程的p－V图像是双曲线的一支
温度高低
直线的斜率为p与V的乘积，斜率越大，pV乘积越大，温度就越高，图中T2>T1
一定质量的某种气体，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，图中T2>T1
知识点二：玻意耳定律
3.玻意耳定律的理解
①玻意耳定律????1????1＝????2????2是个实验定律，阐述的是在温度不变的情况下，一定质量的气体的变化规律，其中????1、????1和????2、????2分别表示气体在1、2两个不同状态下的压强和体积。
②此定律中的常量C不是一个普适常量，它与气体所处的温度高低有关，温度越高，常量C越大。
③由于经常使用????1????1＝????2????2或????1????2=????2????1这两种形式，故对单位要求使用统一单位即可。
?
知识点三：玻意耳定律的应用
1.气体压强的求法
（1）取等压面法
同种液体在同一深度向各个方向的压强相等，在连通器中，灵活选取等压面，利用同一液面压强相等求解气体压强.如图2甲所示，同一液面C、D两处压强相等，故pA＝p0＋ph；如图乙所示，M、N两处压强相等，从左侧管看有pB＝pA＋ph2，从右侧管看，有pB＝p0＋ph1.
知识点三：玻意耳定律的应用
（2）力平衡法
选与封闭气体接触的活塞、汽缸或液体为研究对象进行受力分析，由平衡条件列式求气体压强.
1.气体压强的求法
以活塞为研究对象，受力分析如图乙所示.由平衡条件得：Mg＋mg＋p0S＝pS，即：p＝p0＋ .
知识点二：玻意耳定律
2.利用玻意耳定律解题的一般步骤
(1)确定研究对象，即被封闭的质量一定的某种气体。
(2)分析状态变化过程，明确初、末状态，确认在状态变化过程中气体的质量和温度保持不变。
(3)分别找出初、末两状态的压强和体积。
(4)根据玻意耳定律列方程求解。
(5)分析所求结果是否合理。
气体的等温变化
探究气体等温变化的规律
玻意耳定律
考点一：探究气体等温变化的规律
例1　(多选)“探究气体等温变化的规律”的实验装置如图所示，下列说法正确的是
A.实验过程中应保持被封闭气体的质量和温度不发生变化
B.实验中为找到体积与压强的关系，一定要测量空气柱
　的横截面积
C.为了减小实验误差，可以在柱塞上涂润滑油，以减小摩擦
D.处理数据时采用p－ 图像，是因为p－ 图像比p－V图像更直观
图4
√
√
考点一：探究气体等温变化的规律
解析　本实验采用的方法是控制变量法，所以要保持被封闭气体的质量和温度不变，A正确；由于注射器的横截面积不变，所以只需测出空气柱的长度即可，B错误；涂润滑油的主要目的是防止漏气，使被封闭气体的质量不发生变化，C错误；
考点一：探究气体等温变化的规律
例2　(2020·启东中学高二开学考试)对一定质量的气体，在等温条件下得出体积V与压强p的数据如下表：
V/m3
1.00
0.50
0.40
0.25
0.20
p/(×105 Pa)
1.45
3.10
3.95
5.98
7.70
考点一：探究气体等温变化的规律
解析　作图如图所示
考点一：探究气体等温变化的规律
(2)由画出的图线可得结论是______________________________________
__________________.
一定质量的气体，在温度不变的情况下，
压强与体积成反比
考点二：气体压强计算
例2 有一段12 cm长的水银柱，在均匀玻璃管中封住一定质量的气体，若开口向上将玻璃管放置在倾角为30°的光滑斜面上，求在下滑过程中被封气体的压强。(大气压强????0＝76 cmHg)。
?
解析：对水银柱受力分析如图所示。由牛顿第二定律得：
p0S＋Mgsin θ－pS＝Ma；①
取玻璃管和水银柱组成的系统研究，整体应用牛顿第二定律可得：M总gsin θ＝M总a，②
由②得：a＝gsin θ。
将a＝gsin θ代入①得：p＝p0＝76 cmHg。
考点二：气体压强计算
变式训练2. 如图所示，活塞的质量为m，缸套的质量为M，通过弹簧吊在天花板上，汽缸内封住一定质量的气体，缸套和活塞间无摩擦，活塞面积为S，大气压强为p0，则封闭气体的压强为(　　)
考点二：气体压强计算
解析　以缸套为研究对象，有pS＋Mg＝p0S，所以封闭气体的压强p＝p0－ ，故应选C.对于活塞封闭气体类问题压强的求法，灵活选取研究对象会使问题简化.
答案　C
考点二：气体压强计算
变式训练3.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h1为10 cm，水银柱b两个液面间的高度差h2为5 cm，大气压
强为75 cmHg，求空气柱A、B的压强分别是多少？
考点二：气体压强计算
解析　设管的截面积为S，选a的下端面为参考液面，它受向下的压力为(pA＋ph1)S，受向上的大气压力为p0S，由于系统处于静止状态，则(pA＋ph1)S＝p0S，
所以pA＝p0－ph1＝(75－10)cmHg＝65 cmHg，
再选b的左下端面为参考液面，由连通器原理知：液柱h2的上表面处的压强等于pB，则(pB＋ph2)S＝pAS，所以pB＝pA－ph2＝(65－5)cmHg＝60 cmHg.
答案　65 cmHg　60 cmHg
考点三：波意耳定律
考点三：波意耳定律
考点三：波意耳定律
考点三：波意耳定律
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