2.2 气体的等温变化 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修3(共23张PPT)

(共23张PPT)
第2节 气体的等温变化
第二章 气体、固体和液体
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？
1.通过实验知道气体的等温变化。
2.了解玻意耳定律，能用气体等温变化规律求解简单的实际问题。
知识点一：探究气体等温变化的规律
1.等温变化：气体在温度不变的状态下，发生的变化。
2.在等温变化中，气体的压强与体积可能存在着什么关系？
3.等温变化实验
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。
(1)实验目的：
先选定一个热力学系统，比如一定质量的空气，在温度不变的情况下，测量气体在不同体积时的压强，再分析气体压强与体积的关系。
(2)实验原理：
(3)实验器材：
如图所示
(4)进行实验
(5)实验数据的处理
次数 1 2 3 4 5
压强（×105Pa) 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0
体积(L) 1.3 1.6 2.0 2.7 4.0
一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积的倒数成正比，即压强与体积成反比。
(6)实验结论
练一练
1.用DIS研究一定质量的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，得出如图乙所示图线。
甲 乙
（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，则如图所示的V-图线不过原点的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　，
图中的V0代表　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
注射器与压强传感器连接部位的气体体积　
在注射器活塞上涂润滑油增强气密性
移动活塞要缓慢
手不要握住注射器封闭气体部分
压强传感器与注射器间有气体
(8)注意事项
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。
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以及不能用手握住注射器封闭气体部分。
(7)误差分析
①漏气造成空气柱质量变化。
②空气柱温度不恒定造成误差。
③空气柱体积和气压测量不准确。
知识点二：玻意耳定律
1.内容：一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强P跟体积V成反比。
2.表达式：
该恒量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T，该恒量C越大。
PV=C
P1V1=P2V2
3.条件：一定质量的气体且温度不变。
4.适用范围：温度不太低，压强不太大。
5.等温线：
P
1/V
P
V
（1）图像：
（2）物理意义:反映压强随体积的变化关系。
p
V
0
t1
t2
离原点越远，温度越高。
T2>T1
斜率越大，温度越高。
（3）两种等温变化图象所比较
知识点三：平衡态下固体（活塞、气缸）密闭气体压强的计算
求用固体（如活塞）封闭在静止容器内的气体压强，应对固体进行受力分析。然后根据平衡条件求解。
G
P0S
PS
PS = P0S+mg
m
S
S
m
G
PS
P0S′
S′
PS =mg +P0S＇cosθ
PS = mg+P0S
M
m
S
M
m
S
以活塞为研究对象
以气缸为研究对象
mg+PS = P0S
Mg+PS = P0S
1.如图甲所示，长为L=75 cm的粗细均匀、一端开口一端封闭的玻璃管，内有长度为L1=25 cm的汞柱。当开口向上竖直放置时，其下端封闭了一段长度为L2=36 cm的理想气体（外界大气压为p0=75 cmHg不变）。现保持温度不变，以玻璃管的封闭端为轴，使它做顺时针转动，当此玻璃管转到开口向下的竖直方向时，停止转动，如图乙所示，求此时封闭气体的压强。
练一练
解：假设水银流出，但是管口处仍有长为h的水银，由玻意耳定律得：
代入数据得ph=15 cmHg
由此判断有水银流出。
此时封闭气体压强p=p0-ph=60 cmHg。
甲 乙
知识点四：平衡态下液体封闭气体压强的计算
1. 理论依据
（1）液体压强的计算公式 p = gh。
（2）液面与外界大气相接触，则液面下h处的压强为 p = p0 + gh
（3）连通器原理：在连通器中，同一种液体（中间液体不间断）的同一水平面上的压强是相等的。
（1）连通器原理：根据同种液体在同一水平液面处压强相等，在连通器内灵活选取等压面．由两侧压强相等列方程求解压强。
例如图中，同一液面C、D处压强相等 pA＝p0＋ph。
2.计算方法
（2）参考液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程消去面积，得到液片两侧压强相等，进而求得气体压强。
例如，图中粗细均匀的U形管中封闭了一定质量的气体A，在其最低处取一液片B，由其两侧受力平衡可知 (pA＋ph0)S＝(p0＋ph＋ph0)S。即pA＝p0＋ph。
（3）受力平衡法：选与封闭气体接触的液柱为研究对象进行受力分析，由F合＝0列式求气体压强。
①
h
h
②
h
③
下列各图装置均处于静止状态。设大气压强为P0，用水银（或活塞）封闭一定量的气体在玻璃管（或气缸）中，求封闭气体的压强P
P =ρgh
P = cmHg（柱）
P—帕
h—米
P =P0
P =P0+ρgh
P =P0- ρgh
h
④
h
⑤
h
⑥
连通器原理：同种液体在同一高度压强相等
P =P0+ρgh
P =P0- ρgh
P =P0- ρgh
1.如图所示，竖直放置的U形管，左端封闭右端开口，管内水银将长19cm的空气柱封在左管内，此时两管内水银面的高度差为4cm，大气压强为75cmHg。现向右管内再注入水银，使空气柱长度减少1cm，若温度保持不变，则需注入水银柱的长度为多少？
练一练
解：设管的横截面积为S，初态空气柱长度，压强p1=75 cmHg-4 cmHg=71 cmHg，末态：空气柱长度l2=19 cm-1 cm=18 cm，压强为p2，由玻意耳定律p1V1=p2V2得， 即 解得： 即左、右两管水银面的高度差应为0.1 cm，所以注入水银柱的长度应为（5-0.1） cm=4.9 cm。
气体的等温变化
探究气体等温变化的规律
玻意耳定律
平衡态下固体（活塞、气缸）密闭气体压强的计算
等温变化实验
一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强P跟体积V成反比。
表达式PV=C
P1V1=P2V2
适用条件
图像
平衡态下液体封闭气体压强的计算