物理人教版（2019）选择性必修第三册2.2气体的等温变化（共36张ppt）

(共36张PPT)
第二节
气体的等温变化
第二章 气体、固体和气体
学习目标
1
新课讲解
3
新课导入
2
经典例题
4
课堂练习
5
本课小结
6
目录
学习目标
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。
新课导入
快要热炸了
为什么图中的轮胎快要热炸了？
温度升高，气体膨胀，压强增大
第一节
气体等温变化的规律
气体等温变化的规律
等温变化
等温变化实验
气体在温度不变的状态下，发生的变化
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。
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。
实验原理：
等温变化实验
等温变化实验
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。
实验结论
状态参量与平衡态
状态参量
描述物质系统状态的宏观物理量叫做状态参量
系统间力的作用用压强P
力学参量
几何参量
确定系统冷热程度用温度T
热学参量
容积为100L
温度为20oC
确定空间范围用体积V
状态参量
第二节
玻意耳定律
玻意耳定律
玻意耳定律
1.内容
一定质量的某种气体，在 不变的情况下，压强p与体积V成 。
2.公式
pV＝C或 。
3.条件
气体的 一定， 不变。
4.适用范围：温度不太低，压强不太大。
p1V1＝p2V2
反比
质量
温度
温度
玻意耳定律
等温线
P
1/V
P
V
图像：
物理意义:反映压强随体积的变化关系。
玻意耳定律
两种等温变化图像所比较
p
V
0
t1
t2
离原点越远，温度越高
T2>T1
斜率越大，温度越高
玻意耳定律的理解及应用
(1)玻意耳定律成立的条件是什么？
答案　一定质量的气体，且温度不变
(2)用p1V1＝p2V2解题时各物理量的单位必须是国际单位制中的单位吗？
答案　不必.只要同一物理量使用同一单位即可
(3)玻意耳定律的表达式pV＝C中的C是一个与气体无关的常量吗？
答案　pV＝C中的常量C不是一个普适恒量，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，该常量越大.
玻意耳定律的理解及应用
1.常量的意义
p1V1＝p2V2＝C，该常量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，该常量C越大.
2.应用玻意耳定律解题的一般步骤
(1)确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律的条件.
(2)确定初、末状态及状态参量(p1、V1；p2、V2).
(3)根据玻意耳定律列方程求解.(注意统一单位)
(4)注意分析隐含条件，作出必要的判断和说明.
特别提醒　确定气体压强或体积时，只要初、末状态的单位统一即可，没有必要都转换成国际单位制.
第三节
封闭气体压强的计算
封闭气体压强的计算
h
A
B
h
D
C
p=p0+ρgh
p=p0-ρgh
p = p0-ρgh
h
①取等压面法：同一水平液面处压强相同
容器静止或匀速运动时封闭气体压强的计算
封闭气体压强的计算
②力平衡法
汽缸横截面积为S，活塞质量为m
h
h
h
m
M
m
S
S
m
封闭气体压强的计算
当容器加速运动时，通常选与气体相关联的液柱、汽缸或活塞为研究对象，并对其进行受力分析，然后由牛顿第二定律列方程，求出封闭气体的压强。
容器加速时封闭气体压强的计算
如图所示，当竖直放置的玻璃管向上加速运动时，对液柱受力分析有：
pS－p0S－mg＝ma
封闭气体压强的计算
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
封闭气体压强的计算
平衡态下固体（活塞、气缸）密闭气体压强的计算
S
m
G
PS
P0S′
S′
PS =mg +P0S＇cosθ
PS = mg+P0S
封闭气体压强的计算
平衡态下固体（活塞、气缸）密闭气体压强的计算
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
封闭气体压强的计算
平衡态下液体密闭气体压强的计算
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。
封闭气体压强的计算
平衡态下液体密闭气体压强的计算
（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）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。
封闭气体压强的计算
平衡态下液体密闭气体压强的计算
2.计算方法
（3）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。
封闭气体压强的计算
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
封闭气体压强的计算
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
经典例题
如图所示，竖直静止放置的U形管，左端开口，右端封闭，管内有a、b两段水银柱，将A、B两段空气柱封闭在管内.已知水银柱a长h1为10 cm，水银柱b两个液面间的高度差h2为5 cm，大气压强为75 cmHg，求空气柱A、B的压强分别是多少.
65 cmHg　60 cmHg
答案：65 cmHg　60 cmHg
设管的横截面积为S，选a的下端面为参考液面，它受向下的压力为(pA＋ph1)S，受向上的大气压力为p0S，由于系统处于静止状态，则
(pA＋ph1)S＝p0S，
所以pA＝p0－ph1＝(75－10) cmHg＝65 cmHg，
再选b的左下端面为参考液面，由连通器原理知：液柱h2的上表面处的压强等于pB，则(pB＋ph2)S＝pAS，所以pB＝pA－ph2＝(65－5) cmHg＝60 cmHg.
如图所示，竖直放置的导热汽缸，活塞横截面积为S＝0.01 m2，可在汽缸内无摩擦滑动，汽缸侧壁有一个小孔与装有水银的U形玻璃管相通，汽缸内封闭了一段高为H＝70 cm的气柱(U形管内的气体体积不计).已知活塞质量m＝6.8 kg，大气压强p0＝1×105 Pa，水银密度ρ＝13.6×103 kg/m3，g＝10 m/s2.
（1）求U形管中左管与右管的水银面的高度差h1；
5 cm
答案：5 cm
以活塞为研究对象，p0S＋mg＝p1S
得
而p1＝p0＋ρgh1
所以有
解得：
如图所示，竖直放置的导热汽缸，活塞横截面积为S＝0.01 m2，可在汽缸内无摩擦滑动，汽缸侧壁有一个小孔与装有水银的U形玻璃管相通，汽缸内封闭了一段高为H＝70 cm的气柱(U形管内的气体体积不计).已知活塞质量m＝6.8 kg，大气压强p0＝1×105 Pa，水银密度ρ＝13.6×103 kg/m3，g＝10 m/s2.
（2）若在活塞上加一竖直向上的拉力使U形管中左管
水银面高出右管水银面h2＝5 cm，求活塞平衡时与汽
缸底部的高度为多少厘米(结果保留整数).
80 cm
答案：80 cm
活塞上加一竖直向上的拉力，U形管中左管水银面高出右管水银面h2＝5 cm
封闭气体的压强p2＝p0－ρgh2＝(1×105－13.6×103×10×0.05) Pa＝93 200 Pa
初始时封闭气体的压强为：
汽缸内的气体发生的是等温变化，根据玻意耳定律，有：p1V1＝p2V2
代入数据：106 800×70S＝93 200×hS
解得：h≈80 cm.
如图所示，一开口向上的汽缸固定在水平地面上，质量均为m、横截面积均为S且厚度不计的活塞A、B将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ两部分.在活塞A的上方放置一质量为2m的物块，整个装置处于平衡状态，此时Ⅰ、Ⅱ两部分气体的长度均为l0.已知大气压强与活塞质量的关系为p0＝ ，活塞移动过程中无气体泄漏且温度始终保持不变，不计一切摩擦，汽缸足够高.现将活塞A上面的物块取走，
试求重新达到平衡状态后，A活塞上升的高度.
0.9l0
当堂检测
答案：0.9l0
对Ⅰ部分气体，其初态压强 ，末态压强为
解得
对Ⅱ部分气体，其初态压强为
末态压强为
设末态时Ⅱ部分气体的长度为l2，则由玻意耳定律可得p2l0S＝p2′l2S
代入数据解得
设末态时Ⅰ部分气体的长度为l1，则由玻意耳定律可得p1l0S＝p1′l1S
故活塞A上升的高度为Δh＝l1＋l2－2l0＝0.9l0
本课小结
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