1.5　科学探究：气体压强与体积的关系(二) 课件(共42张PPT)

(共42张PPT)
2
了解探究气体压强与体积的关系的实验装置及实验过程。
1
掌握平衡状态下和非平衡状态下气体压强的计算方法。
重难点
重点
平衡状态下气体压强的计算
如图所示，气缸置于水平地面上，活塞质量为m，横截面积为S，气缸与活塞之间无摩擦，设大气压强为p0，重力加速度为g，试求封闭气体的压强。
(一)平衡状态下活塞、气缸封闭气体压强的计算
以活塞为研究对象，受力分析如图所示，由平衡条件得mg＋p0S＝pS，则p＝p0＋ 。
1.若上面导学中的活塞下表面是倾斜的，如图所示，且下表面与水平面的夹角为θ，则封闭气体压强为多大？
答案 以活塞为研究对象，进行受力分析
如图甲所示，竖直方向受力平衡，则pS′cos θ＝p0S＋mg，
2.若导学中活塞上表面是倾斜的，下表面是水平的，如图所示，且上表面与水平面的夹角为θ，则封闭气体的压强又为多大？
1.(2023·鞍山市高二月考)如图所示，活塞的质量为m，缸套的质量为M，通过弹簧吊在天花板上，缸套与活塞间无摩擦且密封良好，活塞的横截面积为S，大气压强为p0，重力加速度为g，气缸内空气质量忽略不计，则
√
解决平衡状态下活塞、气缸封闭气体压强的基本思路：
(1)对活塞(或气缸)进行受力分析，画出受力示意图。
(2)列出活塞(或气缸)的平衡方程，求出未知量。
注意：不要忘记气缸底部和活塞外面的大气压强。
(二)平衡状态下液体封闭气体压强的计算
如图所示，液体密度为ρ，重力加速度为g，其他条件已标于图上，试求封闭气体A的压强。(C、D液面及M、N液面水平且等高)
1.取等压面法
同种液体在同一深度向各个方向的压强 ，在连通器中，灵活选取等压面，利用液面压强相等求解气体压强。
如图甲所示，同一液面C、D两处压强相等，故pA＝p0＋ph。
如图乙所示，M、N两处压强相等，从左侧管看有pB＝pA＋ph2，
从右侧管看有pB＝p0＋ph1，则pA＝p0＋ph1－ph2。
相等
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 ，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：图甲中粗细均匀的U形管中封闭了一定质量的气体A，在U形管最低处取一液片B，由其两侧受力平衡可知(pA＋ρgh0)S＝(p0＋ρgh＋ρgh0)S，即pA＝p0＋ph。
受力情况
3.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 列式求气体压强。
例如：图甲中取高为h的液柱为研究对象，
对其受力分析，受力示意图如图所示，
则pAS＝p0S＋mg＝p0S＋ρShg ，即pA＝p0＋ph。
F合＝0
注意：
①在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强p＝ρgh时，应特别注意h是表示液面间竖直高度，不一定是液柱长度。
②求由液体封闭的气体压强，一般选择最低液面列平衡方程。
2.求图中被封闭气体A的压强。其中(1)、(2)、(3)、(4)、(5)图中的玻璃管内都装有水银，(6)图中的小玻璃管浸没在水中。大气压强p0＝76 cmHg＝1.01×105 Pa。(g＝10 m/s2，ρ水＝1×103 kg/m3)
答案　(1)66 cmHg　(2)86 cmHg　(3)66 cmHg　(4)71 cmHg　(5)81 cmHg　(6)1.13×105 Pa
(1)pA＝p0－ph＝76 cmHg－10 cmHg＝66 cmHg。
(2)pA＝p0＋ph＝76 cmHg＋10 cmHg＝86 cmHg。
(3)pA＝p0－ph＝76 cmHg－10 cmHg＝66 cmHg。
(4)pA＝p0－ph＝76 cmHg－10sin 30° cmHg＝71 cmHg。
(5)pB＝p0＋ph2＝76 cmHg＋10 cmHg＝86 cmHg，
pA＝pB－ph1＝86 cmHg－5 cmHg＝81 cmHg。
(6)pA＝p0＋ρ水gh＝1.01×105 Pa＋1×103×10×1.2 Pa＝1.13×105 Pa。
容器加速运动时封闭气体压强的计算
如图所示，玻璃管开口向上，竖直静止放置，外界大气压强为p0，液体密度为ρ，液柱高度为h，重力加速度为g，若将上述玻璃管由静止自由释放，不计空气阻力，求下落过程中封闭气体的压强。
下落过程中对液柱受力分析如图所示
由牛顿第二定律得
p0S＋ρghS－pS＝ρhSa ①
a＝g ②
联立①②解得p＝p0。
3.如图所示，光滑水平面上放有一质量为M的气缸，气缸内放有一质量为m的可在气缸内无摩擦滑动的活塞，活塞横截面积为S。现用水平恒力F向右推气缸，最后气缸和活塞达到相对静止状态，求此时缸内封闭气体的压强p(已知外界大气压强为p0)。
选取气缸和活塞整体为研究对象，气缸和活塞相对静止时有
F＝(M＋m)a ①
以活塞为研究对象，由牛顿第二定律有
pS－p0S＝ma ②
4.有一段12 cm长的水银柱，在均匀玻璃管中封住了一定质量的气体，若将玻璃管口向上放在一个倾角为30°的光滑斜面上，斜面足够长，在玻璃管自由下滑过程中稳定后被封闭气体的压强为(设大气压强为p0＝76 cmHg)
A.70 cmHg
B.76 cmHg
C.82 cmHg
D.88 cmHg
√
解决非平衡状态下封闭气体压强的基本思路：
(1)当容器加速运动时，通常选与气体相关联的液柱、气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。
(2)在对系统进行分析时，可针对具体情况选用整体法或隔离法。
探究气体压强与体积的关系
热水可以使一个压瘪但没有破的乒乓球复原。
一、实验目的
1．探究一定质量的气体在温度不变的条件下压强与体积的关系。
2．学习气体压强的测量方法。
二、实验器材
探究气体压强与体积关系的实验装置(气压计、玻璃管、铁架台、活塞等)。
三、实验原理与设计
如图所示，以玻璃管内封闭的气体为研究对象，可由气压计读出管内气体的压强，从玻璃管的刻度上直接读出管内气体的体积。在保持气体温度不变的情况下，改变气体的体积，测量多组数据即可研究气体压强与体积之间的关系。
四、实验步骤
1．密封气体：用橡胶套在玻璃管中密封一定质量的气体(气体的体积大约是玻璃管容积的一半)。
2．安装固定：将气压计和玻璃管按如图方式固定在铁架台上。
3．压强和体积的测量与记录
(1)气体的压强p由气压计读出；
(2)气体的体积由玻璃管上的刻度直接读出；
(3)保持温度不变的情况下，改变气体的体积，测量几组数据填入表格：
次数 1 2 3 4 5
压强(p)
气柱长度(l)
体积(V)
体积的倒数()
五、数据分析
V/L
1
2
3
0
1
2
3
4
观察p－V图像的特点看能否得出p、V的定量关系
思考
如何确定p与V的关系呢？
1.作p－V图像：
1
2
3
0
0.2
0.4
0.6
0.8
2.作p-图像：
化曲为直
/L-1
3.实验结论：一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强跟体积的倒数成 ，即压强与体积成 。
正比
反比
思考与讨论
答案 推拉活塞要缓慢；手不能握住玻璃管；改变气体体积后不要立即读数，待稳定后再读数。
1.实验过程中，如何实现气体的等温条件？
2.引起实验误差的主要因素有哪些？如何减小实验误差？
答案　引起实验误差的主要因素：
(1)玻璃管密封不好，实验过程中气体的质量发生变化出现误差。
(2)气柱长度的测量、气体压强的测量出现误差。
减小实验误差的方法：
(1)保证气体质量一定：玻璃管要密封好，活塞上涂好润滑油，防止漏气。
(2)保证温度不变：改变气体的体积时，推拉活塞应缓慢，等稳定后再读数；手不握玻璃管。
3.实验时活塞的横截面积一定需要测量吗？
答案　活塞的横截面积可以不用测量，因为体积V＝LS，横截面积不变时，气体的长度变化与体积变化成正比。
5.(2022·厦门市湖滨中学期中)在“探究气体等温变化的规律”的实验中，完成下列问题。
(1)如图甲所示，实验中的研究对象是封闭在注射器内的空气柱，实验中应保持不变的参量是它的______和______，它的体积由注射器直接读出，它的压强由________读出。
温度
质量
气压计
(2)某同学在一次实验中，作出的图像如图乙所示，其纵坐标表示封闭空气柱的压强，则横坐标表示的物理量是封闭空气柱的________。
A.质量 B.温度
D
(3)实验过程中下列操作错误的是_____。
A.推拉活塞时，动作要慢
B.推拉活塞时，手不能握住注射器
C.橡胶套脱落后，应迅速重新装上继续实验
D.在活塞上涂抹适量润滑油，以保持活塞与
注射器之间的气密性
C
6.(2023·上海市向明中学高二期末)用气体压强传感器做“探究气体等温变化的规律”实验，实验装置如图甲所示。
(1)关于该实验，下列说法正确的是_____。
A.为保证封闭气体的气密性，应在活塞与注射器壁
间涂上润滑油
B.为方便推拉活塞，应用手握住注射器
C.为节约时间，实验时应快速推拉活塞和读取数据
D.实验中气体的压强和体积都可以通过数据采集器获得
A
(2)若A组同学利用所得实验数据作出的 图线，应该是______。
A
(3)B组同学在操作规范、不漏气的前提下，测得多组压强p和体积V的数据并作出 图线，发现图线不通过坐标原点，如图乙所示。则：
①造成这一结果的原因是________________；
②图乙中V0代表的物理含义是___________________；
胶管内存在气体
胶管内气体的体积
(4)C组同学测得多组压强p和体积V的数据后，在 坐标平面上描点作图，因压缩气体过程中注射器漏气，则作出的图线应为图丙中______(选填“①”或“②”)。
②
科学探究：气体压强与体积的关系
一、实验思路
二、实验器材
三、实验步骤
四、数据分析
五、误差分析与注意事项
实验原理：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。
1.化曲为直
2.一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，其压强与体积的倒数成正比
带铁夹的铁架台、注射器、柱塞(与压力表密封连接)、压力表、橡胶套、刻度尺
1.选研究对象
2.测量几组P、V数据