2.2.1气体的等温变化(共33张ppt)

(共33张PPT)
第二章 气体、固体和液体
2.2.1 气体的等温变化
人教版（2019）高中物理选择性必修第二册
CONTENTS
01
探究气体等温变化的规律
02
气体的等温变化规律
03
目录
典例分析
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？
新课导入
3、温度
2、体积
1、压强
热力学温度T ：开尔文
T = t ＋ 273 K
体积 V
单位：有m3、L、mL等
压强 p
单位：Pa（帕斯卡）
复习：气体的状态参量（P、V、T）
多变量问题，如何研究？
——控制变量法
≈10m水柱
01
探究气体等温变化的规律
气体、固体和液体
（2）说明：气体的状态参量（P、V、T），三个量中有两个或三个都发生了变化，气体状态就发生了改变。
（1）定义：一定质量的气体，在温度不变的条件下其压强与体积的变化。我们把这种变化叫做等温变化。（ m不变；T不变）
想一想
三个状态参量中可以只变化一个吗？
1、等温变化
（1）定性研究
健身球自然放地面上时，手摸球的触感——很软；
一个人压在健身球上面，手摸球的触感——很硬。
能吹起气球吗？
将针筒的细口堵上，用力向里压柱塞，越往里压会有什么感觉？
结论：质量一定的气体，体积越小，压强越大。
2、探究气体等温变化的规律
①让空气柱的体积变化不要太快（缓慢拉动活塞，容器透热）
1、选定一个热力学系统：
【实验思路】
注射器内一定质量的气体.
①柱塞上涂上润滑油（凡士林）
②不能用手触摸玻璃管，环境恒温。
2、实验要求：
⑴保证气体质量一定——不漏气。
②注射器下端的开口有橡胶套
⑵保证温度不发生明显的变化。
（2）定量研究
实验目的：在温度保持不变时，研究一定质量气体的压强P和体积V的关系
实验方法：控制变量法
实验器材：铁架台、注射器、刻度尺、压力表(压强表)等，注
射器下端用橡胶塞密封，上端用柱塞封闭一段空气柱
想一想
①研究的是哪一部分气体
注射器内一定质量的气体.
②怎样保证气体质量不变
柱塞上涂上润滑油（凡士林）——主要是防止漏气，不是为了减小摩擦，该装置即使有摩擦，也不影响实验结果。
③如何保证封闭气体的温度不变
不能用手触摸玻璃管，缓慢拉动活塞，环境恒温，容器透热
④如何测 V
测量空气柱的长度L，V=空气柱长度L× 空气柱的横截面积S
⑤如何测量P？
压力表读出,稳定后再读数
实 验
从压力表读取。
压强p：
因为横截面积S一定，以空气柱的长度l 代表气体的体积。
体积V：
读数次数 5 4 3 初始 2 6
压强（×105Pa）
体积(单位体积)
2.00
1.00
2.25
0.85
1.52
1.29
1.25
1.65
1.00
2.00
2.50
0.80
【数据分析】
温度不变时压强与体积的关系
1）在这个实验中，为了找到体积与压强的关系，是否一定要测量空气柱的横截面积？
V1:V2 = SL1:SL2 =L1:L2
由于注射器是圆柱形的，横截面积不变，所以只需测出空气柱的长度即可
想一想
2) 实验中如何保证气体温度不变？
①改变气体体积时，要缓慢进行，等稳定后再读出气体压强，
以防止气体体积变化太快，气体的温度发生变化．
②实验过程中，不用手接触注射器的圆筒以防止圆筒从手上吸收热量，引起内部气体温度变化.
02
气体的等温变化规律
气体、固体和液体
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强P跟体积V成反比
1、内容：
2、表达式：
研究对象:一定质量的气体
适用条件:温度保持恒定
适用范围:温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比）
其中P1，V1和P2，V2分别表示气体在1，2两个状态下的压强和体积
C与气体的种类、质量、温度有关。（ PV=C=nRT ）
对一定质量的某种气体：温度不变，C不变；
对一定质量的某种气体：温度越高，C越大．
玻意耳定律又叫玻马定律，英国物理学家玻意耳和法国物理学家马略特各自通过实验发现。
玻意耳定律
相当于大气压几倍的压强都可以算作“压强不太大”，零下几十摄氏度的温度也可以算作“温度不太低”。
1. P-V图：一定质量的理想气体，在温度不变的情况下P与V成反比，因此P-V图像的形状为双曲线的一支。它描述的是温度不变时的p -V关系，称为等温线。
面积：S=PV=C=nRT
V
p
0
等温线
对一定质量的某种气体，
温度不变,C不变；温度越高，C越大．
T1
T2
特点：
（1）每条等温线上气体各状态温度相同；
（2）温度越高等温线离坐标轴或原点越远（T1（3）一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的。
【想一想】为什么体积相同，压强大的温度高
因为温度高，分子运动剧烈，撞击容器壁。
P-V图（等温线）
做一做
用传感器探究气体等温变化的规律
数据分析
读数次数 1 2 3 4 5
压强/KPa
体积/ml
12
84.90
14
72.80
6
159.40
8
124.80
10
101.10
『判一判』
(1)玻意耳定律是英国科学家玻意耳和法国科学家马略特各自通过实验发现的。 (　　)
(2)公式pV＝C中的C是常量，指当p、V变化时C的值不变。 (　　)
(3)对于温度不同、质量不同、种类不同的气体，C值是相同的。 (　　)
(4)在探究气体的等温变化实验中空气柱体积变化快慢对实验没有影响。
(　　)
(5)气体等温变化的p－V图象是一条倾斜的直线。 (　　)
(6)一定质量的某种气体，在温度保持不变的情况下，压强p与体积V成正比。 (　　)
√
×
×
×
×
×
辨析思考
『选一选』
(多选)下列图中，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是等温变化的是(　　　)
解析：气体的等温变化指的是一定质量的气体在温度不变的情况下，气体压强与体积成反比，BC正确，D错误；温度不变，A正确。
ABC
『想一想』
借助铅笔，把气球塞进一只瓶子里，并拉出气球的吹气口，反扣在瓶口上，如图所示，然后给气球吹气，无论怎么吹，气球不过大了一点，想把气球吹大，非常困难，为什么？
答案：由题意“吹气口反扣在瓶口上”可知瓶内封闭着一定质量的空气。当气球稍吹大时，瓶内空气的体积缩小，根据气体压强、体积的关系，空气的压强增大，阻碍了气球的膨胀，因而再要吹大气球是很困难的。
在一个恒温池中，一串串气泡由池底慢慢升到水面，有趣的是气泡在上升过程中，体积逐渐变大，到水面时就会破裂。请思考：
(1)上升过程中，气泡内气体的温度发生改变吗？
(2)上升过程中，气泡内气体的压强怎么改变？
(3)气泡在上升过程中体积为何会变大？
提示：
(1)因为在恒温池中，所以气泡内气体的温度保持不变。
(2)变小。
(3)由玻意耳定律pV＝C可知，压强变小，气体的体积增大。
03
典例分析
气体、固体和液体
【例题1】如图所示是一定质量的某种气体状态变化的p－V图象，气体由状态A变化到状态B的过程中，气体分子平均速率的变化情况是(　　)
A.一直保持不变 B.一直增大
C.先减小后增大 D.先增大后减小
D
解析：
要比较气体分子平均速率的变化情况，就是要比较气体温度变化情况。由图象可知，pAVA＝pBVB，所以A、B两状态的等，在同一等温线上。即图中A状态和B状态分子平均速率相同；
过A、B两点画一条等温线，再画一条等温线与AB直线相切，切点为C。
C
可知A到C气体温度升高，分子平均速度增大，C到B温度降低，分子平均速率减小，D项正确。
【例题2】某个容器的容积是10L，所装气体的压强是20×105Pa。如果温度保持不变，把容器的开关打开以后，经过足够长时间，容器里剩下的气体是原来的百分之几？设大气压是1.0×105Pa.
解析：
初态 p1=20×105Pa V1=10L T1=T
剩下的气体为原来的
分析：由题意可知，打开开关后气体的压强等于外界大气压。本题解题的关键不是气体状态的确定，而是研究对象的选取。
末态 p2=1.0×105Pa V2=？L T2=T
由玻意耳定律 p1V1=p2V2得 V2=200L
就容器而言，里面气体质量变了，但可视容器中气体出而不走，以原来容器中的气体为研究对象，就可以运用气体的等温变化规律求解。气体状态变化如图所示。
法一：
【例题2】某个容器的容积是10L，所装气体的压强是20×105Pa。如果温度保持不变，把容器的开关打开以后，经过足够长时间，容器里剩下的气体是原来的百分之几？设大气压是1.0×105Pa.
解析：
初态 p1=1.0×105Pa V1=10L T1=T
剩下的气体为原来的
末态 p2=20×105Pa V2=？L T2=T
由玻意耳定律 p1V1=p2V2得 V2=0.5L
以后来容器中的气体为研究对象。气体状态变化如图所示。
法二：
【例题3】如图所示是一定质量的某种气体状态变化的p－V图象，气体由状态A变化到状态B的过程中，气体分子平均速率的变化情况是(　　)
A．一直保持不变
B．一直增大
C．先减小后增大
D．先增大后减小
由图象可知，pAVA＝pBVB，所以A、B两状态的温度相等，在同一等温线上．
D
温度越高，该恒量C越大．
分子平均速率
分子平均动能
温度
先升后降
先大后小
先大后小
1、(多选)关于“探究气体等温变化的规律”实验,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 图像,是因为 图像比p-V图像更直观
AD
解析：
本实验探究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;由于注射器是圆柱形的,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,不仅是为了减小摩擦,C错误;当p与V成反比时, 图像是一条过原点的直线,而p-V图像是类似于双曲线的图线,所以 图像更直观，D正确。
小试牛刀
以气泡中的气体为研究对象，假设气泡在水底的体积为V0
初状态：
P1=P0+ρgh
V1=V0
末状态：
P2=P0=1.0×105Pa
V2=3V0
由玻意耳定律得 p1V1=p2V2
代入数据解得：h=20m
2、一个气泡从水底升到水面上时，它的体积增大2倍，设水的密度为ρ＝1×103kg/m3，大气压强p0＝1.0×105Pa，水底与水面温差不计，求水的深度。(g＝10m/s2)
解析：
小试牛刀
3.如图所示,一端开口、另一端封闭的玻璃管内用水银柱封闭一定质量的气体,保持温度不变,把管子以封闭端为圆心,从开口向上的竖直位置逆时针缓慢转到水平位置的过程中,可用来说明气体状态变化的p-V图像是 (　　)
小试牛刀
【解析】选C。水平方向上有:p1=p0,竖直方向上有:p2=p0+ρgh,从开口向上的竖直位置逆时针缓慢转到水平位置的过程中,气体的压强减小,体积增大,又因为温度不变,所以p-V图线应为双曲线的一支,故C正确。
C
4.(多选)如图所示为一定质量的气体在不同温度下的两条p- 图线。由图可知(　　)
A.一定质量的气体在发生等温变化时,其压强与体积成正比
B.一定质量的气体在发生等温变化时,其p- 图线的延长
线经过坐标原点
C.T1>T2
D.T1【解析】选B、D。由图线可知A错误,B正确。p- 图线斜率越大,气体的温度越高,C错误,D正确。
BD
小试牛刀
5.(多选)如图所示,p表示压强,V表示体积,T为热力学温度,图中正确描述一定质量的气体发生等温变化的是 (　 　)
小试牛刀
【解析】选A、B。A图中可以直接看出温度不变;B图说明p∝ ,即pV=常量,是等温过程;C图是双曲线的一条,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。
AB