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1、第八章 气体,1 气体的等温变化,读一读思一思,辨一辨议一议,一、等温变化及探究实验 阅读教材第1819页内容,知道描述气体的状态需要的参量有哪些,知道什么是等温变化,体会用实验怎样探究气体的等温变化。 1.描述气体的状态参量有哪些? 答案:气体的压强、体积、温度是描述气体的三个状态参量。 2.什么是等温变化? 答案: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叫作等温变化。,读一读思一思,辨一辨议一议,3.实验探究,读一读思一思,辨一辨议一议,二、玻意耳定律 阅读教材第20页“玻意耳定律”部分,掌握玻意耳定律的内容。知道玻意耳定律的公式和成立的条件。 1.玻意耳定律的内容是什么
2、? 答案: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.玻意耳定律的公式:pV=C或p1V1=p2V2。 3.玻意耳定律适用的条件是什么? 答案:气体的质量一定,温度不变。,读一读思一思,辨一辨议一议,三、气体等温变化的p-V图象 阅读教材第20页“气体等温变化的p-V图象”部分,知道气体的等温变化的p-V图象为双曲线,了解不同温度下气体的等温线。 1.如何直观地描述压强p跟体积V的关系? 答案:建立p-V坐标系,作出p-V关系曲线。 2.为什么把p-V关系曲线称为等温线? 答案:p-V图象描述的是一定质量的某种气体在温度不变的情况下的p与V的关系,因此称它为等温线。(曲
3、线上任何一点的,p、V乘积不变) 3.一定质量的气体,不同温度下等温线是否相同?教材第20页图8.1-5中两条等温线中哪一条表示的温度高? 答案:不相同 T2,读一读思一思,辨一辨议一议,1.思考辨析。 (1)玻意耳定律是英国科学家玻意耳和法国科学家马略特各自通过实验发现的。( ) 解析:英国科学家玻意耳和法国科学家马略特各自通过实验发现了一定质量的气体,在温度不变的情况下的p与V的关系。 答案: (2)一定质量的气体在温度不变时,压强跟体积成反比。( ) 解析:由玻意耳定律知,一定质量的气体在温度不变时,压强跟体积成反比。 答案:,读一读思一思,辨一辨议一议,(3)在探究气体的等温变化的实验
4、中,空气柱体积变化快慢对实验没有影响。( ) 解析:实验中要求气体温度保持不变,若实验中空气柱体积的变化不太快,它的温度大致等于环境温度;但若体积变化太快,气体温度会发生变化。 答案: (4)对于温度不同、质量不同、种类不同的气体,C值是相同的。( ) 解析:C是一个与气体种类、温度、质量有关的物理量。 答案:,读一读思一思,辨一辨议一议,2.探究讨论。 (1)在探究气体等温变化的规律的实验中,必须保持哪一个物理量不变? 答案:保持密闭气体的质量不变。 (2)若实验数据呈现气体体积减小、压强增大的特点,能否断定压强与体积成反比? 答案:不能,也可能压强p与体积V的二次方(三次方)或与 成反比,
5、只有作出的 图线是过原点的直线,才能判定p与V成反比。,读一读思一思,辨一辨议一议,(3)如图,是一定质量的气体,不同温度下的两条等温线,如何判断t1、t2的高低? 答案:作压强轴的平行线,与两条等温线分别交于两点,两交点处气体的体积相等,则对应压强大的等温线温度高,即t1t2。可见,p-V图象中,离原点越远(p、V乘积越大)的等温线温度越高。,探究一,探究二,问题导引 图中的玻璃管内都灌有水银且水银柱都处在平衡状态,大气压相当于76 cm高的水银柱产生的压强,即p0=1.01105 Pa。 (1)静止或匀速运动系统中气体的压强,一般采用什么方法求解? (2)求图甲、乙、丙中被封闭气体A的压强
6、各是多少?,探究一,探究二,要点提示(1)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,列平衡方程求气体压强。,探究一,探究二,名师精讲 1.静止或匀速运动系统中封闭气体压强的计算方法 (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,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。 (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=
7、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。,探究一,探究二,2.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。 如图,当竖直放置的玻璃管向上匀加速运动时,对液柱受力分析有pS-p0S-mg=ma,探究一,探究二,典例剖析 【例题1】 导学号60854032 如图所示,活塞的质量为m,缸套的质量为m0,通过弹簧吊在天花板上,汽缸内封住一定质量的气体,缸套和活塞间无摩擦,活塞面积为S,大气压强为p0,则封闭气体的压强
8、p为( ),【思考问题】 (1)活塞受到哪些力的作用而平衡? 提示重力、外界大气压力、汽缸内气体对它的压力、弹簧的弹力。 (2)汽缸内气体对活塞的压力方向向哪? 提示垂直于活塞下表面向上。,探究一,探究二,解析:以缸套为研究对象,有pS+m0g=p0S,所以封闭气体的压强 答案:C,归纳总结 求解气体压强的方法 (1)以封闭气体的液面或固体为研究对象;(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。,探究一,探究二,变式训练1有一段12 cm长的水银柱,在均匀玻璃管中封住一定质量的气体,若开口向上将玻璃管放置在倾角为30的光滑斜面上,在下滑过程中被封气体的压强
9、为(大气压强p0=101 kPa,相当于76 cm水银柱产生的压强)( ) A.101 kPa B.109 kPa C.117 kPa D.93 kPa 解析:水银柱的受力分析如图所示, 因玻璃管和水银柱组成系统的加速度a=gsin ,所以对水银柱由牛顿第二定律得: p0S+mgsin -pS=ma,故p=p0,所以选项A正确。 答案:A,探究一,探究二,问题导引 在一个恒温池中,一串串气泡由池底慢慢升到水面,有趣的是气泡在上升过程中,体积逐渐变大,到水面时就会破裂。问题: (1)上升过程中,气泡内气体的温度发生改变吗? (2)上升过程中,气泡内气体的压强怎么改变? (3)气泡在上升过程中体积
10、为何会变大? 要点提示(1)因为在恒温池中,所以气泡内气体的温度保持不变。 (2)变小。 (3)由玻意耳定律pV=C可知,压强变小,气体的体积增大。,探究一,探究二,名师精讲 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=恒量C。 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。,探究一,探究二,3.两种等温变化图象,探究一,探究二,4.利用玻意耳定律解题的基本思路 (1)明确研究对象,根据题意确定所研究的是哪部分封闭气体,注意其质量和温度应不变。 (2)明确状态参量,找准
11、所研究气体初、末状态的p、V值。 (3)根据玻意耳定律列方程求解。 温馨提醒 利用玻意耳定律解题时,经常使用p1V1=p2V2或 这两种形式,相同物理量的单位要求使用同一单位即可。,探究一,探究二,典例剖析 【例题2】 导学号60854033 如图所示,在长为57 cm的一端封闭、另一端开口向上的竖直玻璃管内,用4 cm高的水银柱封闭着51 cm长的理想气体,管内外气体的温度相同。现将水银从管侧壁缓慢地注入管中,直到水银面与管口相平。外界大气压强p0=101 kPa,相当于76 cm水银柱产生的压强,且温度不变。求此时管中封闭气体的压强。 【思考问题】 (1)在此过程中,封闭气体的各物理量 发
12、生了什么变化? 提示体积减小,压强增大,但温度不变。 (2)如何求解气体的压强? 提示结合液体产生的压强特点,先求出气体的状态参量,然后根据玻意耳定律求出气体的压强。,探究一,探究二,解析:以玻璃管内的气体为研究对象,设玻璃管的横截面积是S,气体的状态参量: 气体发生等温变化,由玻意耳定律得p1V1=p2V2, 代入数据解得h=9 cm,则p2=113 kPa。 答案:113 kPa 归纳总结 求解封闭气体压强需注意的两点 1.在计算封闭气体压强时,无论是液柱、活塞、汽缸,还是封闭在液面下的气柱,都不能忘记大气压强产生的影响。 2.在利用玻意耳定律时,无论外界条件如何变化,封闭气体都必须保证质
13、量不变。,探究一,探究二,变式训练2 如图是一定质量的某种气体在p-V图中的等温线,A、B是等温线上的两点,OAD和OBC的面积分别为S1和S2,则( ) A.S1S2 B.S1=S2 C.S1S2 D.无法比较 答案:B,1,2,3,4,5,1.(等温变化的实验探究)在探究气体等温变化的规律实验中,下列四个因素对实验的准确性影响最小的是( ) A.针筒封口处漏气 B.采用横截面积较大的针筒 C.针筒壁与活塞之间存在摩擦 D.实验过程中用手去握针筒 解析:探究气体等温变化的规律实验前提是气体的质量和温度不变,针筒封口处漏气,则质量变小,用手握针筒,则温度升高,所以选项A、D错误;实验中我们只是
14、测量空气柱的长度,不需测量针筒的横截面积,并且针筒的横截面积大,会使结果更精确,选项B正确;活塞与筒壁的摩擦对结果没有影响的前提是不考虑摩擦产生的热,但实际上由于摩擦生热,会使气体温度升高,影响实验的准确性,选项C错误。 答案:B,1,2,3,4,5,2.(等温变化的规律)一定质量的气体在温度保持不变时,压强增大到原来的4倍,则气体的体积变为原来的( ) 解析:根据玻意耳定律可知,气体温度不变时,压强与体积成反比,所以D项正确。 答案:D,1,2,3,4,5,3.(玻意耳定律的应用)一个气泡由湖面下20 m深处上升到湖面下10 m深处,它的体积约变为原来体积的(温度不变,水的密度为1.0103
15、 kg/m3,g取10 m/s2)( ) 答案:C,1,2,3,4,5,4.(p-V图象)如图是一定质量的某种气体状态变化的p-V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 ( ) A.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: 作几条等温线,如图所示。由题图可知,pAVA=pBVB,所以A、B两状态的温度相等。由于离原点越远的等温线温度越高,所以从状态A到状态B的过程中温度应先升高后降低,分子平均速率先增大后减小。 答案:D,1,2,3,4,5,5.导学号60854034 (玻意耳定律的应用)如图所示,长50 cm的玻璃管开口向上竖直放置,用15 cm长的水银柱封闭了一段20 cm长的空气柱,外界大气压强相当于75 cm水银柱产生的压强。现让玻璃管自由下落。不计空气阻力,求稳定时气柱的长。(可以认为气柱温度没有变化),1,2,3,4,5,解析:假设自由下落过程中,水银没有溢出。根据玻意耳定律得 p1l1S=p2l2S p2=p0 l1=20 cm 解得l2=24 cm 24 cm+15 cm=39 cm50 cm。 所以水银没有溢出,气柱长24 cm 答案:24 cm,
