2014-2015学年人教版选修3-3 第八章第1节：气体的等温变化 课件（42张）

课件42张PPT。第八章 气 体
1 气体的等温变化一、探究气体等温变化的规律
1.气体状态参量:气体的三个状态参量为_____、_____、_____。
2.等温变化:一定质量的某种气体,在温度不变的条件下其_____
与_____的变化关系。
3.实验探究:
(1)实验器材:如图所示,有铁架台、带压力表的注射器、铁夹等。
(2)研究对象:注射器内_______________。压强体积温度压强体积被封闭的空气柱(3)实验数据的收集:空气柱的压强p可以从_______上读出,空
气柱的长度L可以从_______两侧的刻度上读出,则空气柱的体
积为长度L与横截面积S的乘积,即V=___。压力表注射器LS(4)用手把柱塞向下压或向上拉,读出若干组体积与压强的值。
(5)实验数据处理:以压强__为纵坐标,以____________为横坐
标作出p- 图像。
(6)实验结论:p- 图像是一条过原点的直线,说明压强p跟体
积V的倒数 成_____,即压强p与体积V成_____。p体积V的倒数正比反比二、玻意耳定律
1.内容:
一定质量的某种气体,在温度保持不变的情况下,压强p和体
积V成_____。
2.公式:
_____(常量)或__________。
3.适用条件:
(1)气体质量不变、_____不变。
(2)气体_____不太低、_____不太大。反比pV=Cp1V1=p2V2温度温度压强三、气体等温变化的p -V图像
1.p -V图像:
一定质量的气体的p -V图像为一条_______,如图。双曲线2.p - 图像：
一定质量的理想气体的p - 图像为过原点的_________，
如图。倾斜直线1.判一判
(1)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。( )
(2)一定质量的气体，压强与体积成反比。( )
(3)玻意耳定律适用于质量不变、温度变化的任何气体。( )提示：(1)√。由于是探究三个物理量之间的关系，所以我们常采用的方法是控制变量法，以便于研究。
(2)×。一定质量的气体，必须是温度不变时压强与体积成反比。
(3)×。玻意耳定律只适用于气体温度不太低、压强不太大的情况。 2.想一想
用注射器对封闭气体进行等温变化的实验时，在改变封闭气体的体积时为什么要缓慢进行？
提示：该实验的条件是气体的质量一定，温度不变，体积变化时封闭气体自身的温度会发生变化，为保证温度不变，应给封闭气体以足够的时间进行热交换，以保证气体的温度不变。 主题一 探究气体等温变化的规律
1.在用如图所示的装置做“探究气体等温变化的规律”实验时:(1)实验中如何保证气体的质量和温度不变?
提示：柱塞上涂润滑油防止漏气,以保证气体的质量不变。缓
慢移动柱塞,手不与筒接触,以保证气体的温度不变。
(2)实验中可观察到什么现象?为验证猜想,可采用什么方法对
实验数据进行处理?
提示：①实验中可观察到空气柱的体积越小,压强越大。②为
验证猜想,可采用图像法对实验数据进行处理,即作出气体的
p -V图像和p - 图像,如果是一条过原点的直线,说明压强p
与体积V成正比或反比。【知识点睛】气体的状态和状态参量
(1)用以描述气体宏观性质的物理量,叫状态参量。对于一定质量的某种气体来说,描述其宏观性质的物理量有温度T、体积V、压强p三个。
①体积V:指气体分子所能达到的空间,即气体所能充满的容器的容积。
②温度T:从宏观角度看,表示物体的冷热程度。从微观角度看,温度是物体分子热运动的平均动能的标志。
③压强p:垂直作用于容器壁单位面积上的压力。
单位:帕(Pa)。(2)气体的状态由状态参量决定,对一定质量的气体来说,当三个状态参量都不变时,我们就说气体的状态一定,否则气体的状态就发生了变化。对于一定质量的气体,压强、温度、体积三个状态参量中只有一个参量变而其他参量不变是不可能的,起码其中的两个参量变或三个参量都发生变化。【误区警示】本实验中出现误差的主要原因有
(1)注射器的柱塞漏气导致气体的质量减小。
(2)注射器与气压计相连部分的体积,使封闭气体的质量减小。
(3)实验中移动柱塞对气体做功,或由于手和注射器接触导致气体的温度变化。
(4)气压计的测量误差。
(5)读数误差。【典例1】(2013·天水高二检测)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V- 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 。【解题探究】(1)本实验中气体经历的过程是_________。
(2)为了保持被研究气体温度不变,应动作缓慢,使封闭气体有
充分的时间进行_______。
【解析】(1)为了保证气体的质量不变,要用润滑油涂活塞达到封闭效果。
(2)气体的体积变化,外界对气体做正功或负功,要让气体与外界进行足够的热交换,一要时间长,也就是动作缓慢,二要活塞导热性能好。
答案：(1)用润滑油涂活塞 (2)慢慢地抽动活塞 活塞导热等温变化热交换【变式训练】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p - 图像,是因为p - 图像比p -V图像
更直观【解析】选A、D。本实验探究采用的方法是控制变量法,所以
要保持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,p - 图像是一条
过原点的直线,而p -V图像是双曲线,所以p - 图像更直观,
D正确。主题二 探究玻意耳定律
1.玻意耳定律的数学表达式为pV=C,其中C是一常量,C是不是一个与气体无关的恒量?
提示：(1)“C是常量”的意思是当p、V变化时C的值不变,但对于温度不同、质量不同、种类不同的气体,C的数值不一定相同。
(2)C是一个与气体种类、温度、质量有关的物理量。对于确定的气体,温度越高C越大。2.玻意耳定律成立的条件是气体的温度不太低、压强不太大,那么为什么在压强很大、温度很低的情况下玻意耳定律就不成立了呢?
提示：(1)在气体的温度不太低、压强不太大时,气体分子之间的距离很大,气体分子之间除碰撞外可以认为无作用力,并且气体分子本身的大小也可以忽略不计,这样由玻意耳定律计算得到的结果与实际的实验结果基本吻合,玻意耳定律成立。(2)但当压强很大、温度很低时,气体分子之间的距离很小,此时气体分子之间的分子力引起的效果就比较明显,同时气体分子本身占据的体积也不能忽略,并且压强越大、温度越低,由玻意耳定律计算得到的结果与实际的实验结果之间差别越大,因此在温度很低、压强很大的情况下玻意耳定律也就不成立了。【知识点睛】玻意耳定律表达式 中各量的含义
公式中的p1、V1和p2、V2分别表示气体在1、2两个不同状态
下的压强和体积。【规律方法】利用玻意耳定律解题的基本思路
(1)确定研究对象:根据题意确定所研究的气体,质量不变,温度不变,有时气体的质量发生变化时,需通过设想,把变质量转化为定质量,才能应用玻意耳定律。
(2)明确状态参量:即找出气体状态变化前后的两组p、V值。
(3)列方程、求解:因为是比例式,计算中只需使相应量(p1、p2及V1、V2)的单位统一,不一定用国际单位制的单位。
(4)检验结果,在等温变化中,有时列方程求解会得到两个结果,应通过合理性的检验决定取舍。【典例2】如图所示,一个厚度可以不计、
质量为M的汽缸放在光滑的水平地面上,
活塞的质量为m,面积为S,内部封有一定
质量的气体。活塞不漏气,摩擦不计,外界大气压强为p0,若在
活塞上加一水平向左的恒力F(不考虑气体温度的变化),当汽
缸和活塞以共同加速度运动时,缸内气体初末状态的长度之比
是 ( )
A． B．1
C． D．【解题探究】(1)初态时被封闭气体的压强p1＝__，体积V1＝
___；
(2)加上力F后，整体的加速度是：a＝______。
【解析】选D。对活塞由牛顿第二定律得：p0S＋F－p2S＝ma，得p2＝p0＋ 由玻意耳定律：p1V1＝p2V2，得：p0L1S【变式训练】(2013·福建高考)某自行车轮胎的容积为V，里
面已有压强为p0的空气，现在要使轮胎内的气压增大到p，设
充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，轮胎容积保持
不变，则还要向轮胎充入温度相同，压强也是p0，体积为( )的空气。
A. B.
C.( -1)V D.( +1)V
【解析】选C。设将要充入的气体的体积为V′，据玻意耳定律
有p0(V+V′)=pV,解得V′=( -1)V，故选C。主题三 气体等温变化的p -V图像
1.如图为气体等温变化的p -V图像,你对图像是怎样理解的?
提示：(1)图线反映了在等温情况下,一定质量的气体的压强与体积成反比的变化规律,图像是双曲线的一支,叫等温线。
(2)图像上的每一个点,代表的是一定质量气体的一个状态。2.如图，p - 图像是一条过原点的直线，更能直观描述压强
与体积的关系，为什么直线在原点附近要画成虚线？两条直线
表示的温度高低有什么关系？提示：(1)在等温变化过程中，体积不可能无限大，故 和p
不可能为零，所以图线在原点附近要画成虚线表示过原点，
但此处实际不存在。
(2)直线的斜率越大，温度越高，所以t1＜t2。【知识点睛】 p -V图像及p - 图像上等温线的物理意义
(1)一定质量的气体,其等温线是双曲线,双曲线上的每一个点均表示一定质量的气体在该温度下的一个状态,而且同一条等温线上每个点对应的p、V坐标的乘积都是相等的,如图甲所示。(2)玻意耳定律pV=C(常量),其中常量C不是一个普通常量,它随气体温度的升高而增大,温度越高,常量C越大,等温线离坐标轴越远。如图乙所示,4条等温线的关系为T4>T3>T2>T1。(3)一定质量气体的等温变化过程,也可以用p - 图像来表示,
如图所示。等温线是一条延长线通过原点的直线,由于气体的
体积不能无穷大,所以靠近原点附近处应用虚线表示,该直线的
斜率k= =pV∝T,即斜率越大,气体的温度越高。【规律方法】气体压强的计算方法
(1)容器静止时求封闭气体的压强。
①求由液体封闭的气体压强,应选择最低液面列压强平衡方程。
②在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强时,应特别注意液柱产生的压强ρgh中的h是表示竖直高度(不是倾斜长度)。
③连通器原理:在连通器中同一液体(中间液体不间断)的同一水平液面上压强是相等的。
④求由固体封闭(如汽缸或活塞封闭)气体的压强,应对此固体(汽缸或活塞)进行受力分析,列方程求解。(2)容器加速时求封闭气体的压强。
恰当地选择研究对象,进行受力分析,然后依据牛顿第二定律列式求封闭气体的压强,把求解压强问题转化为力学问题求解。【典例3】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 - 图线的延长线是经过坐标原点的
C.T1>T2
D.T1延长线_____________。
(2)在分析图像时,注意区分p - 图线与p -V图线的不同形
状,p - 图线的斜率越大,则对应的温度_____。过原点的直线越高【解析】选B、D。这是一定质量的气体在发生等温变化时的
p - 图线,由图线知p∝ ,所以p与V应成反比,A错。由图
可以看出,p - 图像的延长线是过坐标原点的,故B对。根
据p– 图线斜率的物理意义可知C错D对。【变式训练】为了将空气装入气瓶内,现将一定质量的空气等温压缩,下列图像能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是 ( )【解析】选B。由pV=C得,p与 成正比,故B项正确。本题易
错选C,主要是没有看清横坐标的物理意义,盲目地按p -V图像
作了选择。