人教版高中物理选择性必修第三册第二章气体、固体和液体第2节气体的等温变化（第2课时）课件（20页PPT）

(共20张PPT)
第二章　气体、固体和液体
第2节　气体的等温变化（第2课时）
1.理解并掌握气体等温变化的p-V图像。
2.理解并掌握试管模型以及活塞模型。
3.掌握变质量问题的解决方法。
1. 等温过程：气体在温度不变的情况下发生的状态变化过程。
直线　
双曲线　
2. 等温图像（等温线）：温度不变时的p-V关系图像，称为等温线。
3. 一定质量的气体，不同温度下的等温线是 。
不同的　
A. 都一直保持不变 B. 温度先升高后降低
C. 温度先降低后升高 D. 平均速率先减小后增大
B
解析：由题图可知pAVA＝pBVB，所以A、B两状态的温度相等，在同一等温线 上，可在p-V图上作出等温线，如图中曲线①所示。由于离原点越远的等温 线温度越高，则T③＞T②＞T①，所以从状态A到状态B温度应先升高后降低， 分子平均速率先增大后减小，故选B。
学习任务二　玻意耳定律的应用
【典例2】　（汽缸模型）有一质量为M的汽缸，用质量为m的活塞封着一定 质量的气体。当汽缸水平横放时，汽缸内空气柱长为l0（如图甲所示）。现 把汽缸竖直放在水平地面上并保持静止（如图乙所示）。已知大气压强为 p0，重力加速度为g，活塞的横截面积为S，它与汽缸之间无摩擦且不漏气， 气体温度保持不变。求：
（1）竖直放置时汽缸内的压强；
（2）竖直放置时汽缸内空气柱的长度。
解析：（2）对汽缸内的气体，初态有p1＝p0，V1＝l0S，汽缸从水平放置到竖 直放置，末态时设汽缸内空气柱的长度为l，压强为p2，体积V2＝lS，气体发 生等温变化，有p1V1＝p2V2，
【典例3】　（试管模型）如图所示，一端封闭、粗细均匀的U形玻璃管开口 向上竖直放置，现用水银将一段气体封闭在管中。当温度为T时，被封闭的 气柱长L＝22 cm，两边水银柱高度差h＝16 cm，已知大气压强p0＝76 cmHg。
（1）求此时被封闭的气柱的压强p。
（1）60 cmHg
解析：（1）封闭气柱的压强
p1＝p0－ph＝76 cmHg－16 cmHg＝60 cmHg。
（2）现向开口端缓慢注入水银，设气体温度保持不变，再次稳定后封闭气 柱长度变为20 cm，求此时两边水银柱的高度差。
（2）10 cm
学习任务三　变质量问题
A. 5 atm B. 4 atm C. 3 atm D. 2 atm
C
解析：每打一次可打入压强为1 atm的空气0.1 L，打了40次，气压为1 atm时 总体积为0.1×40 L＝4 L，加上胎内原有的气体，压缩前气体总体积V1＝4 L ＋2 L＝6 L，压入内胎，体积减小为2 L，根据玻意耳定律得p1V1＝p2V2，代 入数据解得p2＝3 atm，故选C。
A. tA＝tB B. tB＝tC C. tC＞tD D. tD＞tA
AD
解析：由题意知，p-V图像为双曲线的一支，图像上任意一点横、纵坐标的 乘积为一定值，温度越高，压强与体积的乘积就越大，等温线离原点越远。 比较可得A、B两个状态在同一条等温线上，所以这两个状态的温度相同，即 tA＝tB，同理可得tC＝tD，A正确，C错误。B和C两个状态分别在两条等温线 上，所以B和C的温度不相等，B错误；同一p-V图像中的等温线，越靠近坐标 原点表示的温度越低，故有tA＝tB＜tC＝tD，D正确。
2. 一支长100 cm的粗细均匀的玻璃管如图所示，开口向上竖直放置，管内由 20 cm长的水银柱封闭着50 cm长的空气柱。若将管口向下竖直放置，则空气 柱长变为多少？（设外界大气压强为75 cmHg，温度保持不变）
82.5 cm
解析：初始时，封闭气体的状态参量
p1＝p0＋ph＝95 cmHg，V1＝L1S＝50S，
玻璃管倒置后，假设水银不从管中溢出，则
p2＝p0－ph＝55 cmHg，V2＝L2S，
气体发生等温变化，则p1V1＝p2V2，解得L2≈86.4 cm，
因为86.4 cm＋20 cm＞100 cm，可知水银将溢出玻璃管，设玻璃管中空气柱 长度为x，则p3＝p0－（100－x）cmHg，V3＝xS，
根据p1V1＝p3V3，解得x≈82.5 cm。即管内空气柱的长度为82.5 cm。

4. 气压式升降椅（如图甲）内的汽缸填充了氮气，汽缸上下运动支配椅子升 降。如图乙所示为其简易结构示意图，圆柱形汽缸与椅面固定连接，总质量 为m＝5 kg。横截面积为S＝10 cm2的柱状气动杆与底座固定连接。可自由移 动的汽缸与气动杆之间封闭一定质量氮气，稳定后测得封闭气柱长度为L＝
21 cm。设汽缸气密性、导热性能均良好，忽略摩擦力。已知大气压强为
p0＝1×105 Pa，环境温度不变，
重力加速度g取10 m/s2。求：
（1）初始状态封闭气体的压强；
（1）1.5×105 Pa
解析：（1）对汽缸与椅面整体受力分析，由受力平衡p1S＝p0S＋mg，得p1＝ 1.5×105 Pa。
（2）若把质量为M＝30 kg的重物放在椅面上，稳定后椅面下降的高度。
（2）14 cm
解析：（2）重物放上后，设汽缸内气体压强为p2，对汽缸、椅面与重物整体 受力分析，由受力平衡有p2S＝p0S＋（m＋M）g，得p2＝4.5×105 Pa。
对汽缸内气体分析，导热性能良好，室温不变，则汽缸内气体温度不变，
初状态p1＝1.5×105Pa，V1＝LS，末状态p2＝4.5×105Pa，V2＝L'S，对汽缸 内气体由玻意耳定律有p1LS＝p2L'S，得L'＝7 cm。故稳定后椅面下降的高度 为L－L'＝14 cm。