物理人教版（2019）选择性必修第三册2.2气体的等温变化 （共39张ppt）

(共39张PPT)
人教社2019版高中物理选择性必修三
第二章气体、固体和液体
2.气体的等温变化
核心素养
物理观念
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.学会通过实验的方法研究问题,探究物理规律,学习用电子表格与图像对实验数据进行处理与分析,体验科学探究过程。
3.理解气体等温变化的p-V图像、 图像的物理意义。
4.学会用玻意耳定律计算有关的问题。
科学思维
1.学会通过实验的方法研究问题以及探究物理规律,学会用实验表格与图像对实验数据进行处理与分析的方法,体验科学探究过程。
2.体会并感受科学家对气体变化问题的探索精神和科学态度。
2.气体的等温变化
知识回顾
1.热力学系统的状态参量
(1)体积V:系统的几何参量, 确定系统的空间范围。
(2)压强p:系统的力学参量, 描述系统的力学性质。
(3)温度T:系统的热学参量, 反映系统的冷热程度。
2.平衡态和热平衡
(1)平衡态:一个系统温度、压强、体积等所有状态参量都不随时间 发 生变化，系统处于平衡态。
(2)热平衡是处于平衡态的两个系统具有了相同的温度。
3.温度与温标
(1).热力学温度与摄氏温度关系：T=t+273.15 K
(2).表示温度差：用摄氏温度与热力学温度是等效的,即ΔT=Δt 。
(3). 热力学温度没有负值,但摄氏温度可以有负值。
2.气体的等温变化
一、探究气体等温变化的规律
情境探究
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,气球都只大了一点,想把气球吹大非常困难,为什么
要点提示由“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,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。
这种现象说明了在温度不变的条件下空气的体积缩小,空气的压强增大。那么空气的体积和空气的压强有什么定量的关系呢？
2.气体的等温变化
一、探究气体等温变化的规律
1.实验目的
研究一定质量的气体在温度保持不变时,它的压强与体积的关系。
2.实验器材
DIS设备、压强传感器、注射器(针筒)等。
一、探究气体等温变化的规律
3.实验思路
(1)实验研究对象:注射器内的一定质量的气体。
(2)实验方法:控制气体温度和质量不变,研究气体压强与体积的关系。
(3) 测量的物理量：
测气体压强:可以通过压强传感器读出。
测气体体积:通过注射器刻度读出。
一、探究气体等温变化的规律
4.实验步骤
(1)安装实验装置（如图所示）。
(2)将注射器活塞推到刻度2处。
记下此时的压强值和对应的体积值(刻度值),填入表格。
(3)缓慢推拉活塞,使刻度值分别为1.5、1、…(或2.5、3、…),分别记下对应的压强和体积，填入表格。
5.实验数据处理
用 p-V 图像处理数据时,得到的图线是双曲线;
用 图像处理数据时,得到的图线是过原点的直线,
图线的斜率等于pV , 且保持不变。
6.实验结论
一定质量的某种气体,在温度不变的条件下,压强与体积的倒数成正比,即压强与体积成反比。
我们把它叫作 -------波意耳定律(气体等温变化的规律)
一、探究气体等温变化的规律
缓慢改变气体体积,测出多组对应的气体体积和压强,
并利用图像来探究一定质量的气体压强和体积的关系。
1.保证气体质量不变:针筒要密封, 可于实验前在柱塞上涂好润滑油,以免漏气。
2.保证气体温度不变:
(1)改变气体体积时,要缓慢进行。
(2)实验操作时不要触摸注射器的空气柱部分。
(3)改变气体体积后不要立即读数,待稳定后再读数。
3.实验数据处理:
可用p-V图像处理数据,得到的图线是双曲线;
也 可 用 图像处理数据,得到的图线是过原点的直线,
7.实验注意事项
一、探究气体等温变化的规律
例1 (2020北京海淀区二模)如图1所示,用气体压强传感器探究气体等温变化的规律,操作步骤如下:
①在注射器内用活塞封闭一定质量的气体,将注射器、压强传感器、
数据采集器和计算机逐一连接起来;
②移动活塞至某一位置,记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算机显示的气体压强值p1;
③重复步骤②,多次测量并记录;
④根据记录的数据,作出相应图像,分析得出结论。
典例精析
(1)关于本实验的基本要求,下列说法中正确的是　　　　(选填选项前的字母)。
A.移动活塞时应缓慢一些
B.封闭气体的注射器应密封良好
C.必须测出注射器内封闭气体的质量
D.气体的压强和体积必须用国际单位
(2)为了能最直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系,应作出　　　　(选填“p-V”或“ ”)图像。对图线进行分析,如果在误差允许范围内该图线是一条　　　　 线,就说明一定质量的气体在温度不变时,其压强与体积成反比。
AB　
过原点的倾斜直
例1
解析(1)由于该实验是“用气体压强传感器探究气体等温变化的规律”,条件是对于一定质量的气体而言的,故实验中不能出现漏气的现象,移动活塞时,外界对气体做功或者气体对外做功,如果太快的话,气体的温度就可能会发生变化,故A、B正确;等温变化的规律为p1V1=p2V2,所以不必测出气体的质量,只要看它是否满足这样的变化规律即可,故C错误;只要压强p两边的单位统一,体积V两边的单位统一,就可以得出等温变化的规律,故D错误。
(2)如果作p-V图像,因为它们的乘积是不变的,故这个图像应该是一条曲线,不能直观地判断压强p与体积V的数量关系,直线更能形象直观地体现二者的关系,故应作出 的图像,在误差允许的范围内, 图线是一条过原点的倾斜直线。
答案(1)AB　(2) 　 过原点的倾斜直
典例精析例1
变式训练1：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 图像处理实验数据,得出如图乙所示的图线。
(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　　　　　　　　　　　　 。
(3)如果实验操作规范正确,但如图所示的 图线不过原点,
则V0代表 　 。
在注射器活塞上涂润滑油
移动活塞要缓慢
不能用手握住注射器封闭气体部分
注射器与压强传感器连接部位的气体体积
变式训练1：
解析(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在注射器活塞上涂润滑油。这样可以保持气密性。
(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移动活塞要缓慢;不能用手握住注射器封闭气体部分。这样能保证装置与外界温度一样。
(3)如果实验操作规范正确,但图线不过原点,则V0代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积。
答案(1)在注射器活塞上涂润滑油
(2)移动活塞要缓慢　不能用手握住注射器封闭气体部分
(3)注射器与压强传感器连接部位的气体体积
变式训练1：
二、玻意耳定律
情境探究
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。则:
(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
(4)为什么气泡到达水面会破
要点提示(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)由玻意耳定律可知,压强变小,气体的体积增大。
(4)内外压强不相等，且内部压强大于外部压强。
2.气体的等温变化
二、玻意耳定律
2.玻意耳定律的表达式：
式中p1,V1和p2,V2分别表示一定质量的气体，在温度不变时，处于不同的两个状态中的压强和体积。
玻意耳定律的数学表达式pV=C 中的常量C, 它与气体的种类、质量、温度有关,对一定质量的气体,温度越高,该恒量C越大。
3.玻意耳定律适用条件：
(1)一定质量的气体,且气体温度保持不变。
(2)压强不太大,温度不太低。
二、玻意耳定律
1.波意耳定律：一定质量的某种气体,在温度不变的条件下,压强与体积的倒数成正比,即压强与体积成反比。(气体等温变化的规律)
4. 等温变化两种图像（等温线）
二、玻意耳定律
利用玻意耳定律解题的基本思路
(1)明确研究对象
根据题意确定所研究的气体,其质量不变,温度不变，才能应用玻意耳定律。
(2)明确状态参量
应用玻意耳定律解决问题时,一定要先确定好初、末状态的体积和压强,即找出气体状态变化前后的两组p、V值(即p1、p2及V1、V2) 。
(3)列方程、求解
用 公式列式计算，
注意公式中 (p1、p2及V1、V2)单位统一即可,不一定用国际单位制单位。
二、玻意耳定律
规律方法
例2 (2020山东青岛二模)呼吸机在抗击新冠肺炎的“战疫”中发挥了重要的作用。呼吸机的工作原理可以简述为:吸气时会将气体压入患者的肺内,当压力上升到一定值时,呼吸机会停止供气,呼气阀也会相继打开,患者的胸廓和肺就会产生被动性的收缩,进行呼气。若吸气前肺内气体的体积为V0,肺内气体压强为p0(大气压强)。吸入一些压强为p0的气体后，肺内气体的体积变为V,压强变为p,整个过程温度保持不变,则吸入气体的体积为(　　)
解析：设吸入的气体体积为V1,气体发生等温变化,由玻意耳定律得p0(V0+V1)=pV,解得 ,故D正确,A、B、C错误。
答案D
初态： p1 = p0 ，V1=(V0+V1)
末态：p2=p ，V2=V
典例精析
变式训练2如图所示,开口向上的汽缸内用质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体,现让汽缸做自由落体运动。汽缸导热良好,不计活塞与汽缸间的摩擦,环境温度不变。在下落过程中,当活塞再次相对汽缸静止时,下列说法正确的是(　　)
A.活塞相对于汽缸仍在原位置
B.活塞相对于汽缸在原位置上方
C.活塞相对于汽缸在原位置下方
D.气体压强不变
缸内气体等温变化,初状态时,气体压强:
末状态时,汽缸处于完全失重状态, 气体压强 p2=p0
根据玻意耳定律 p1V1=p2V2 可得V1故在下落过程中,当活塞再次相对汽缸静止时，活塞相对于汽缸在原位置上方, B正确,A、C、D错误。
解析
初态： ，V1
末态：p2=p0 ，V2
答案B
解析缸内气体等温变化,初状态时,气体压强:
末状态时,汽缸处于完全失重状态, 气体压强p2=p0
根据玻意耳定律p1V1=p2V2 可得V1说明活塞相对于汽缸在原位置上方,故B正确,A、C、D错误。
答案B
变式训练2
2.玻意耳定律的表达式：
式中p1,V1和p2,V2分别表示一定质量的气体，在温度不变时，处于不同的两个状态中的压强和体积。一定质量的气体,温度越高, 常量C越大。
3.玻意耳定律适用条件：
(1)一定质量的气体,且气体温度保持不变。
(2)压强不太大,温度不太低。
4.两种等温线（如图所示）
1.波意耳定律：一定质量的某种气体,在温度不变的条件下,压强与体积的倒数成正比,即压强与体积成反比。(气体等温变化的规律)
课堂小结
2.气体的等温变化
5.应用玻意耳定律解题时的两个误区
误区1:误认为在任何情况下玻意耳定律都成立。只有一定质量的气体在温度不变时,定律才成立。
误区2:误认为气体的质量变化时一定不能用玻意耳定律进行分析。
当气体经历多个质量发生变化的过程时,可以分段应用玻意耳定律进行列方程,也可以把发生变化的所有气体作为研究对象,应用玻意耳定律列方程。
课堂小结
2.气体的等温变化
课堂演练
课堂演练1.正误判断
(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)在探究气体压强、体积、温度三个状态参量之间关系时采用控制变量法。(　　)
(3)公式pV=C中的C是常量。(　　)
(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图像是一条倾斜的直线。(　　)
(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。(　　)
(7)玻意耳定律适用于质量不变,温度变化的任何气体。(　　)
课堂演练
√
×
×
×
×
√
√
课堂演练2.(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(　　)
解析一定质量的气体在温度不变的情况下,压强与体积成反比,B、C正确,D错误;温度不变,A正确。
答案ABC
课堂演练
课堂演练3.(多选)一定质量的气体,在等温变化过程中,下列物理量中发生改变的有(　　)
A.分子的平均速率
B.单位体积内的分子数
C.气体的压强
D.分子总数
E.气体的体积
解析等温变化过程中,温度不变,质量一定,分子的平均动能不变,所以分子的平均速率不变,p、V发生相应的变化,单位体积内的分子数也随之发生相应变化,但分子总数不变,故B、C、E正确,A、D错误。
答案BCE
课堂演练
课堂演练4.一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(　　)
答案D
课堂演练
知识梳理
知识架构
2.气体的等温变化
知识归纳
波意耳
定律
适用条件：气体质量
一定,且温度保持不变
气体
等温变化
一定质量的某种气体,在温度不变的条件下,压强与体积的倒数成正比,即压强与体积成反比
气体温度
气体体积
气体压强
气体
气体
等温线
2.气体的等温变化
随堂检测
1.氢气球受到孩子们的喜爱,特别是年幼的小孩,小孩一不小心松手,氢气球会飞向天空,上升到一定高度会胀破,是因为(　　)
A.球内氢气温度升高 B.球内氢气压强增大
C.球外空气压强减小 D.以上说法均不正确
解析以球内气体为研究对象,气球上升时,由于高空处空气稀薄,球外气体的压强减小,球内气体要膨胀,到一定程度时,气球就会胀破。
答案C
随堂检测
2.如图所示,D→A→B→C表示一定质量的某种气体
状态变化的一个过程,则下列说法正确的是(　　)
A.D→A是一个等温过程
B.A→B是一个等压过程
C.A与B的状态参量相同
D.B→C体积减小,压强减小,温度不变
解析D→A是一个等温过程,A对;A、B两状态压强不同,A→B的过程中 不变,则体积V不变,但此过程中气体的压强发生变化,B、C错,B→C是一个等温过程,V增大,p减小,D错。
答案A
随堂检测
3.在探究气体等温变化的规律实验中,下列四个因素对实验的准确性影响最小的是(　　)
A.针筒封口处漏气
B.采用横截面积较大的针筒
C.针筒壁与活塞之间存在摩擦
D.实验过程中用手去握针筒
解析探究气体等温变化的规律实验前提是气体的质量和温度不变,针筒封口处漏气,则质量变小,用手握针筒,则温度升高,所以选项A、D错误;实验中我们只是测量空气柱的长度,不需测量针筒的横截面积,选项B正确;活塞与筒壁的摩擦对结果没有影响的前提是不考虑摩擦产生的热,但实际上由于摩擦生热,会使气体温度升高,影响实验的准确性,选项C错误。
答案B
随堂检测
4.如图为一种减震垫,上面布满了圆柱形薄膜气泡,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,求此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力大小。
解析设压力为F,压缩后气体压强为p,
由p0V0=pV和F=pS得
随堂检测
谢谢观看
同学们再见