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1、1.2气体1.2.1气体的等温变化学习目标核心提炼1.知道描述气体状态的三个状态参量。3个气体状态参量压强、体积、温度1个气体实验定律玻意尔定律1个气体等温图象pV图象2.知道什么是气体的等温变化，了解研究等温变化的演示实验装置和实验过程。3.知道玻意耳定律的适用条件，理解玻意耳定律的内容和公式，能用玻意耳定律计算有关问题。4.理解等温变化的图象，并能利用图象分析实际问题。一、探究气体等温变化的规律1.气体状态参量：气体的三个状态参量为压强p、体积V、温度T。2.等温变化：一定质量的气体，在温度不变的条件下其压强与体积的变化关系。3.实验探究(1)实验器材：铁架台、注射器、气压计等。(2)研究
2、对象(系统)：注射器内被封闭的空气柱。(3)实验方法：控制气体温度和质量不变，研究气体压强与体积的关系。(4)数据收集：压强由气压计读出，空气柱长度由刻度尺读出，空气柱长度与横截面积的乘积即为体积。(5)数据处理：以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标作出p图象，图象结果：p图象是一条过原点的直线。(6)实验结论：压强跟体积的倒数成正比，即压强与体积成反比。思维拓展如图1所示为“探究气体等温变化的规律”的实验装置，实验过程中如何保证气体的质量和温度不变？图1答案(1)保证气体质量不变的方法：采用实验前在柱塞上涂好润滑油，以免漏气，保证气体质量不变。(2)保证气体温度不变的方法采用改变气体体积时
3、，缓慢进行，等稳定后再读出气体压强的方法，以防止气体体积变化太快，气体的温度发生变化。采用实验过程中，不用手接触注射器的圆筒的方法，以防止圆筒从手上吸收热量，引起内部气体温度变化。二、玻意耳定律1.内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比。2.成立条件：(1)质量一定，温度不变。(2)温度不太低，压强不太大。3.表达式：p1V1p2V2或pV常数或。思维拓展玻意耳定律的表达式pVC中的C是一个与气体无关的常量吗？答案pVC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，该恒量越大。三、气体等温变化的pV图象1.概念：如图2，一定
4、质量的理想气体的pV图线的形状为双曲线，它描述的是温度不变时的pV关系，称为等温线。图22.分析：一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的。思考判断(1)一定质量的气体等温变化的pV图象一定是双曲线的一支。()(2)一定质量的气体等温变化的pV图象是通过原点的倾斜直线。()(3)p图象的斜率越大，说明气体的温度越高。()(4)pV图象中，pV乘积越大(即离原点越远)说明气体的温度越高。()封闭气体压强的计算方法要点归纳1.静止或匀速运动系统中压强的计算方法(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，建立受力平衡方程消去面积，得到液片两侧压强相等，进而
5、求得气体压强。例如，图3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(pAph0)S(p0phph0)S即pAp0ph。图3(2)力平衡法：选取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，如图中同一液面C、D处压强相等，pAp0ph。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，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。图4如图4，当竖直放置的玻璃
6、管向上加速运动时，对液柱受力分析有：pSp0Smgma得pp0。精典示例例1 如图5所示，竖直放置的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？图5解析设管的截面积为S，选a的下端面为参考液面，它受向下的压力为(pAph1)S，受向上的大气压力为p0S，由于系统处于静止状态，则(pAph1)Sp0S，所以pAp0ph1(7510)cmHg65 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p
7、B，则(pBph2)SpAS，所以pBpAph2(655)cmHg60 cmHg。答案65 cmHg60 cmHg求气体压强的方法(1)以封闭气体的液面或活塞为研究对象。(2)分析其受力情况。(3)由平衡条件或牛顿第二定律列出方程，从而求得气体的压强。针对训练1 如图6，一汽缸水平固定在静止的小车上，一质量为m、面积为S的活塞将一定量的气体封闭在汽缸内，平衡时活塞与汽缸底相距L。现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动，稳定时发现活塞相对于汽缸移动了距离d。已知大气压强为p0，不计汽缸和活塞间的摩擦，且小车运动时，大气对活塞的压强仍可视为p0，整个过程中温度保持不变。求小车的加速度的大小。图6
8、解析设小车加速度大小为a，稳定时汽缸内气体的压强为p1，活塞受到汽缸内外气体的压力分别为，F1p1S，F0p0S，由牛顿第二定律得：F1F0ma，小车静止时，在平衡情况下，汽缸内气体的压强应为p0，由玻意耳定律得：p1V1p0V，式中VSL，V1S(Ld)，联立解得：a答案a对玻意耳定律的理解和应用要点归纳1.成立条件：玻意耳定律p1V1p2V2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.常量C：玻意耳定律的数学表达式pVC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，该恒量C越大。3.应用玻意耳定律的思路和方法(1)确定研究对象，并判
9、断是否满足玻意耳定律成立的条件。(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p1V1p2V2，代入数值求解(注意各状态参量要统一单位)。(4)有时要检验结果是否符合实际，对不符合实际的结果要舍去。精典示例例2 粗细均匀的U形管，右端封闭有一段空气柱，两管内水银面高度差为19 cm，封闭端空气柱长度为40 cm，如图7所示。问向左管再注入多少水银可使两管水银面等高？(已知外界大气压强p076 cmHg，灌入水银过程中温度保持不变。)图7解析以右管中被封闭空气为研究对象。空气在初状态其p1p0ph(7619) cmHg57 cmHg，V1L1S40S；末状态p
10、2p076 cmHg，V2L2S。则由玻意耳定律p1V1p2V2得：5740S76L2S，L230 cm。需加入的水银柱长度应为h2(L1L2)39 cm。答案39 cm应用玻意耳定律解题时应注意的两个问题(1)应用玻意耳定律解决问题时，一定要先确定好两个状态的体积和压强。(2)确定气体压强或体积时，只要初末状态的单位统一即可，没有必要都化成国际单位制。针对训练2 如图8所示，一个粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U形管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭长l120 cm 的气柱，两管中水银面等高。现将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h10 cm。环境温度不变，大气压
11、强p075 cmHg，求稳定后低压舱内的压强(用cmHg作单位)。图8解析设U形管横截面积为S，则初始状态左端封闭气柱体积可记为V1l1S，由两管中水银面等高，可知初始状态左端封闭气柱压强为p0。当右管水银面高出左管10 cm时，左管水银面下降5 cm，气柱长度增加5 cm，此时气柱体积可记为V2(l15 cm)S，低压舱内的压强记为p，则左管气柱压强p2p10 cmHg，根据玻意耳定律得：p0V1p2V2即p0l1S(p10 cmHg)(l15 cm)S代入数据，解得：p50 cmHg。答案50 cmHg气体等温变化的pV图象或p 图象要点归纳pV图象与p 图象的比较两种图象内容pV图象p
12、图象图象特点物理意义一定质量的气体，在温度不变的情况下，p与V成反比，等温线是双曲线的一支一定质量的气体，温度不变，p与成正比，等温线是过原点的直线温度高低一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积的乘积越大，所以等温线离原点越远，图中t1t2直线的斜率为p与V的乘积，斜率越大，pV乘积越大，温度越高，图中t1t2精典示例例3 如图9所示是一定质量的某种气体状态变化的pV图象，气体由状态A变化到状态B的过程中，气体分子平均速率的变化情况是()图9A.一直保持不变B.一直增大C.先减小后增大D.先增大后减小解析由题图可知，pAVApBVB，所以A、B两状态的温度相等，在同一等温线上，在直线AB上取
13、一点，P、V值的乘积大于A点的p、V乘积，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。答案D气体等温变化图象的应用步骤(1)明确图象类型：确定是pV图象还是p 图象。(2)确定研究过程：明确研究的初状态和末状态。明确由初状态到末状态的变化过程。(3)应用图象规律：在pV图象中，沿远离横纵坐标轴方向，温度越来越高。在p 图象中，斜率越大，温度越高。针对训练3(多选)如图10所示，DABC表示一定质量的某种气体状态变化的一个过程，则下列说法正确的是()图10A.DA是一个等温过程B.AB是一个等温过程C.TATBD.BC体积增大，压强减小，温度不变解析DA是一个等温过程，A正
14、确；BC是等温线，而A到B温度升高，B、C错误；BC是一个等温过程，V增大，p减小，D正确。答案AD1.(气体压强计算)一端封闭的玻璃管倒插入水银槽中，管竖直放置时，管内水银面比管外高h(cm)，上端空气柱长为L(cm)，如图11所示，已知大气压强为H cmHg，下列说法正确的是()图11A.此时封闭气体的压强是(Lh)cmHgB.此时封闭气体的压强是(Hh)cmHgC.此时封闭气体的压强是(Hh)cmHgD.此时封闭气体的压强是(HL)cmHg解析利用等压面法，选管外水银面为等压面，则封闭气体压强pphp0，得pp0ph，即p(Hh) cmHg，故B项正确。答案B2.(pV图象的理解)(多选)下图中，p表示压强，V表示体积，T为热力学温度，各图中正确描述一定质量的气体发生等温变化的是()解析A图中可以直接看出温度不变；B图说明p，即pV常数，是等温过程；C图是双曲线，但横坐标不是体积V，不是等温线；D图的pV图线不是双曲线，故也不是等温线。答案AB3.(等温变化规律)如图12所示，有同学在做“研究温度不变时气体的压强跟体积的关系”实验时，用连接计算机的压强传感器直接测得注射器内气体的压强值，缓慢推动活塞，使注射器内空气柱从初始体积20.0 m
