【2012 精品课件】沪科版物理选修3-3 2．1　气体的状态和2．2　玻意耳定律

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【2012 精品课件】沪科版物理选修3-3 2．1　气体的状态和2．2　玻意耳定律
2．1　气体的状态
2．2　玻意耳定律
课标定位
学习目标：1.理解气体的状态和状态参量的意义．会进行热力学温度跟摄氏温度之间的换算．
2．会计算气体的压强，知道压强的不同单位，必要时会进行换算．
3．掌握玻意耳定律，并能应用它解决气体的等温变化问题．
4．知道气体等温变化的p－V图像，即等温线．
重点难点：1.气体压强的计算及气体状态的描述．
2．玻意耳定律，p－V图像．
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
2.2　
玻意耳定律
课前自主学案
课前自主学案
一、描述气体状态的状态参量
1．在物理学中，可以用温度T、体积V、_______来描述一定质量气体的宏观状态，这三个物理量叫做气体的状态参量．
2．在国际单位制中，用热力学温标表示的温度，叫做_______温度．用符号T表示，它的单位是_______，简称____，符号是____.它与摄氏温度的关系是T＝ __________.
压强p
热力学
开尔文
开
K
t＋273.15
3．体积：气体的体积是指气体分子能达到的空间．在国际单位制中，其单位是________，符号m3.体积的单位还有升(L)、毫升(mL).1 L＝10－3m3,1 mL＝10－6m3.
4．压强：气体作用在器壁单位面积上的压力叫_______．在国际单位制中，压强的单位是帕，符号Pa.1 Pa＝1 N/m2，常用的单位还有标准大气压(atm)，1 atm＝1.01×105 Pa＝76 cmHg.
立方米
压强
二、怎样研究气体的状态变化
一定质量的理想气体，如果其状态参量中有两个或者三个发生了变化，我们就说气体的状态发生了变化，只有一个参量发生变化而其他参量不变的情形是不会发生的．
1．在物理学上，忽略分子本身体积和分子间_____ _____的气体叫做理想气体．
实验指出，当温度________，压强_______时，所有的气体都可以看做理想气体．
相互
作用
不太低
不太大
2．在研究气体的状态变化时 ，我们采用了_________法，即先保持一个参量不变，研究其他两个参量之间的关系，进而确定三个参量的变化规律．
3．使一定质量的气体在温度保持不变的情况下发生的状态变化过程，叫做______过程，相应地，还有等容过程和等压过程．
控制变量
等温
三、探究气体等温变化规律
1．实验装置如图2－1－1所示．以厚壁玻璃管内一定质量的空气作为研究对象．通过脚踏泵对管内的空气施加不同的压强，使管内空气的______发生相应的变化．然后在_______和_______上读出气体的压强和相应的体积．
体积
压强计
刻度尺
图2－1－1
一定质量
p1V1＝p2V2
反比
四、玻意耳定律的微观解释
一定质量的气体，温度保持不变时，分子的平均动能是_____的，压强的大小完全由_________决定．当体积减小为原来的一半时，分子密度增大为原来的2倍，因此压强也______为原来的2倍，即气体的压强与体积的乘积______，或者说气体的压强与体积成反比．
一定
分子密度
增大
不变
思考感悟
在研究气体的等温变化规律时，压强增大，体积减小，气体的内能如何变化？
提示：内能不变．理想气体不考虑分子势能，故内能由气体温度体现．
核心要点突破
一、气体压强的计算
1．静止或匀速运动系统中压强的计算方法
图2－1－2
(1)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2－1－2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.
(2)力平衡法：选与封闭气体接触的液柱(或活塞、汽缸)为研究对象进行受力分析，由F合＝0列式求气体压强．
(3)连通器原理：在连通器中，同一种液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强相等，如图2－1－2中同一液面C、D处压强相等pA＝p0＋ph.
2．容器加速运动时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进行受力分析，然后由牛顿第二定律列方程，求出封闭的压强．
如图2－1－3所示,当竖直放置的玻璃管向上加速时，对液柱有：
图2－1－3
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1.如图2－1－4所示，一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置，金属圆板的上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为θ，圆板的质量为M，不计圆板与容器内壁的摩擦．若大气压强为p0,则被圆板封闭在容器中的气体压强等于(　　)
图2－1－4
二、玻意耳定律的理解及应用
1．成立条件：玻意耳定律p1V1＝p2V2是实验定律，只有在气体质量一定、温度不变的条件下才成立．
2．恒量的定义：p1V1＝p2V2＝C(恒量)．
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，该恒量C越大．
3．两种等温变化图像的比较
4.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)确定始、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)．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．一定质量的气体在温度保持不变时，气体的压强增大到原来的4倍，则气体的体积变为原来的(　　)
在竖直放置的U形管内由密度为ρ的两部分液体封闭着两段空气柱．大气压强为p0，各部分尺寸如图2－1－5所示．求A、B气体的压强．
图2－1－5
课堂互动讲练
气体压强的求解
例1
【精讲精析】　法一：平衡法．
选与气体接触的液柱为研究对象. 进行受力分析，利用平衡条件求解．
求pA：取液柱h1为研究对象，设管横截面积为S，大气压力和液柱重力方向向下，A气体产生的压力方向向上，液柱h1静止，则p0S＋ρgh1S＝pAS，pA＝p0＋ρgh1.
求pB：取液柱h2为研究对象，由于h2的下端以下液体的对称性，下端液体产生的压强可以不予考虑，A气体压强由液体传递后对h2的压力方向向上，B气体压力、液体h2重力方向向下，液柱受力平衡，则pBS＋ρgh2S＝pAS，得pB＝p0＋ρgh1－ρgh2.
法二：取等压面法．
根据同种液体在同一液面处压强相等，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．求pB时从A气体下端选取等压面，则有pB＋ρgh2＝pA＝p0＋ρgh1，所以pA＝p0＋ρgh1，pB＝p0＋ρg(h1－h2)．
【答案】　p0＋ρgh1　p0＋ρg(h1－h2)
【方法总结】　对于封闭气体压强的计算要分清是平衡状态还是加速状态，合理选取平衡方程还是牛顿第二定律方程求解．
如图2－1－6所示为一定质量的气体在不同温度下的两条等温线，则下列说法正确的是(　　)
图2－1－6
等温线的理解及应用
例2
A．从等温线可以看出，一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成反比
B．一定质量的气体，在不同温度下的等温线是不同的
C．由图可知T1＞T2
D．由图可知T1＜T2
【精讲精析】　由等温线的物理意义可知，A、B正确；对于一定质量的气体，温度越高，等温线的位置就越高，C错、D对．
【答案】　ABD
玻意耳定律的应用
例3
(2011年济南高二检测)农村常用来喷射农药的压缩喷雾器的结构如图2－1－7所示，A的容积为7.5 L，装入药液后，药液上方体积为1.5 L，关闭阀门K，用打气筒B每次打进105 Pa的空气250 cm3.求：
图2－1－7
(1)要使药液上方气体的压强为4×105 Pa，打气筒活塞应打几次？
(2)当A中有4×105 Pa 的空气后，打开阀门K可喷射药液，直到不能喷射时，喷雾器剩余多少体积的药液？
【思路点拨】　以被打入的所有气体和喷雾器内的原有气体整体为研究对象,打入的过程是等温压缩，喷雾过程是等温膨胀，根据两过程中气体的初、末状态列方程求解．
【答案】　(1)18　(2)1.5 L
变式训练　粗细均匀的玻璃管，封闭一端，长为12 cm.一个人手持玻璃管开口向下潜入水中，当潜到水下某深度时看到水进入玻璃管口2 cm，求人潜入水中的深度．(取水面上大气压强为p0＝1.0×105 Pa，g取10 m/s2)
答案：2 m