2.1气体实验定律（Ⅰ） 课件-2022-2023学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第三册(共18张PPT)

(共18张PPT)
第一节
气体实验定律（Ⅰ）
学习目标
1.通过实验认识一定质量的气体在等温条件下压强与体积的关系，培养学生严谨的科学态度与实事求是的科学精神；
2.知道等温函数图像，懂得运用数学工具分析问题；
3.会运用玻意耳定律解释生产生活中的一些现象，解决一些实际问题。
我们已经知道，构成物质的大量分子都在永不停息地做无规则运动，每一个分子的运动状态不同且都在不断变化，每一时刻的运动情况完全是偶然的，是不可确定的。那么，大量分子的无规则运动是否存在规律？
课堂导入
气体状态参量
在热学中，为确定系统的状态，也需要用到一些物理量，这些物理量叫作系统的状态参量。
研究某一容器中气体的热学性质，其研究对象是容器中的大量分子组成的系统，这在热学中叫作一个热力学系统，简称系统。
几何参量——体积 V
力学参量——压强 p
热学参量——温度 T
在没有外界影响的情况下，只要经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量能够达到稳定状态。这种状态叫作平衡态。
怎样研究气体的状态变化？
当气体与外界发生能量交换时，气体的状态就会发生变化。气体从一个状态变化到另一状态所经历的过程叫做状态变化过程。气体发生状态变化时，描述气体状态的参量中，至少有两个参量发生了变化。
那么，怎样研究气体的状态变化规律呢？
在物理学上，忽略分子本身体积及分子间的引力和斥力作用的气体叫做理想气体。
建立理想气体模型
理想气体模型是由德国物理学家克劳修斯于 1850 年首先提出来的。建构理想气体，有助于在一定条件下应用理想气体模型分析和研究实际气体的问题，能用等温、等压、等容的理想过程正确认识和分析现实生活中的气体状态变化。
采用控制变量法
研究气体的状态变化，就是要找出温度、体积、压强这三个参量之间的变化关系。
为了便于研究，可以先保持其中一个参量不变，研究其他两个参量之间的关系，进而确定三个参量之间的变化规律，即理想气体在状态变化过程中所遵循的规律。
使一定质量的气体在温度保持不变的情况下发生的状态变化过程叫做等温过程、等容过程和等压过程。
气体压强
【例2】如图所示，一个圆柱形汽缸，缸内有一个可以无摩擦滑动的活塞。已知活塞的横截面积为 S，活塞所受重力为 G，大气压强为 p0。当按图中三种方式放置时，活塞均保持平衡，则缸内气体的压强分别为。
【例1】已知地球的半径 R = 6 370 km，请你设计一个简单的实验，估算出包围地球的大气的总质量。
气体压强
【例3】如图所示的各装置均处于静止状态，若已知大气压强为p0 ，重力加速度为g，液体密度均为ρ，求各段被封闭气体的压强．
气体压强
【例4】如图所示，一段水银柱把空气封闭在一端开口、粗细均匀、竖直固定的 U 形玻璃管内。已知两水银面的高度差 h = 10 cm，外界的大气压强 p0 = 75 cmHg，玻璃管内空气的压强是多少？
气体压强
【例5】如图所示，水平放置的气缸上有一质量为 m1、底面积为 S1 的活塞，在活塞上方再放置一个质量为 m2、底面积为 S2 的圆柱体金属块。忽略活塞与气缸间的摩擦，若外界大气压强为 p0，请从以上信息中选择相关条件，求气缸内气体的压强 p。
玻意耳定律
1、内容：
一定质量的理想气体，在温度不变的情况下，压强 p 与体积 V 成反比。
2、表达式：
玻意耳定律
3、等温线：
在温度不变的情况下，p 与 V 的函数图像是双曲线的一支。这种表示等温过程的图线称为气体的等温线。一定质量的气体，在不同温度下，等温线的位置也不相同。
等温变化的微观解释
4、微观解释：
温度保持不变时，分子平均动能保持不变。
当气体体积减小时，单位体积内的分子数增多，气体的压强也就增大；当气体体积增大时，单位体积内的分子数减少，气体的压强也就减小。
玻意耳定律
【例题1】如图所示，将粗细均匀且一端开口的玻璃管放置在水平桌面上，管内用长为 h 的水银封闭着一段长度为 l0 的空气柱。已知大气压强为 p0，当把玻璃管开口朝上缓慢地竖立起来时，管内空气柱的长度变为多少？
分析:
本题研究对象是玻璃管内的气体。将玻璃管缓慢竖立，可认为管内气体的温度始终等于外界气温，为等温变化过程。玻璃管水平放置时气体状态为初态，竖立后的气体状态为末态。
玻意耳定律
【迁移1】给某包装袋充入氮气后密封，在室温下，袋中气体压强为 1 个标准大气压，体积为1 L。将其缓慢压缩到压强为 1.5 个标准大气压时，气体的体积变为 0.6 L。请通过计算判断该包装袋是否漏气。
【例题2】一个气泡从水面下 40 m 深处缓缓上升到水面，假定水的温度均匀，水面上方的压强为1 atm，则气泡到达水面时的体积约为原来的多少倍？
玻意耳定律
【例题3】用打气筒给一个自行车内胎打气。设每按一次打气筒，可打入压强为1.0 × 105 Pa的空气125 cm3。这个自行车内胎的容积是2.0 L，假设胎内原来没有空气，那么按了20次后，胎内空气的压强是多大？设打气过程中温度不变。
【变式】用打气筒给一个自行车内胎打气。设每按一次打气筒，可打入压强为1.0 × 105 Pa的空气125 cm3。这个自行车内胎的容积是2.0 L，假设胎内原来气体压强为1.0 × 105 Pa，那么按了20次后，胎内空气的压强是多大？设打气过程中温度不变。
玻意耳定律
【例题4】一个足球的容积是2.5 L。用打气筒给这个足球打气，每打一次都把体积为125 mL、压强与大气压相同的气体打进足球内。如果在打气前足球就已经是球形并且里面的压强与大气压相同，打了20次后足球内部空气的压强是大气压的多少倍？你在得出结论时考虑到了什么前提？实际打气时的情况能够满足你的前提吗？