【高中物理】气体的等温变化 高中物理同步备课（人教版2019选择性必修第三册）

第第2 2节节 气体的等温变化气体的等温变化第二章 人教版人教版 选择性必修第三册选择性必修第三册探究气体等温变化的规律01气体的等温变化规律02典例分析03新课导入新课导入在在庆庆典典活活动动中中放放飞飞的的气气球球，会会飞飞到到我我们们看看不不见见的的地地方方。随随着着气气球球的的升升空空，大大气气压压在在减减小小，温温度度在在降降低低，气气球球在在膨膨胀胀.看看来来，一一定定质质量量的的气气体体的的压压强强、体体积积和和温温度度三三个个状状态态参参量量之之间间是是有有联联系系的的。那那么么，它它们会有怎样的联系呢？们会有怎样的联系呢？想一想想一想热气球、轮胎中气体的压强、体积、温度三个物理量之间会有联系吗热气球、轮胎中气体的压强、体积、温度三个物理量之间会有联系吗？复习：气体的状态参量（复习：气体的状态参量（P、V、T）3、温度、温度2、体积、体积1、压强、压强热力学温度热力学温度T：开尔文开尔文 T=t 273 K体积体积 V单位：有单位：有m3、L、mL等等压强压强 p单位：单位：Pa（帕斯卡）帕斯卡）多变量问题，如何研究？多变量问题，如何研究？控制变量法控制变量法探究气体等温变化的规律PART 01等温变化0 01 1（2 2）说明：气体的状态参量（）说明：气体的状态参量（P P、V V、T T），三个量中有两个或三个都发生），三个量中有两个或三个都发生了变化，气体状态就发生了改变。了变化，气体状态就发生了改变。（1 1）定义）定义：一定质量一定质量的的气体气体，在，在温度不变的条件温度不变的条件下其压强与体积的变化。下其压强与体积的变化。我们把这种变化叫做等温变化。我们把这种变化叫做等温变化。（m m不变；不变；T T不变）不变）想一想想一想三个状态参量中可以只变化一个吗三个状态参量中可以只变化一个吗？PV=nRT PV=nRT（克拉伯龙方程）（克拉伯龙方程）P:atm V:L R=0.082P:atm V:L R=0.082P:Pa V:mP:Pa V:m3 3 R=8.31 R=8.31探究气体等温变化的规律0 02 2（1 1）定性研究）定性研究健身球自然放地面上时，手摸球的触感健身球自然放地面上时，手摸球的触感很软；很软；一个人压在健身球上面，手摸球的触感一个人压在健身球上面，手摸球的触感很硬。很硬。能吹起气球吗？能吹起气球吗？将针筒的细口堵上，用力向里压将针筒的细口堵上，用力向里压柱塞，越往里压会有什么感觉？柱塞，越往里压会有什么感觉？结论：质量一定的气体，体积越小，压强越大。结论：质量一定的气体，体积越小，压强越大。【实验思路实验思路】（2 2）定量研究）定量研究针对气体的研究，我们可以先选定一个热力学系统，比如一定质量的空气，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。利用注射器选取一段空气柱为研究对象，如图,注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭。在实验过程中，一方面让空气柱内气体的质量不变;另一方面，让空气柱的体积变化不要太快，保证温度不发生明显的变化。让空气柱的让空气柱的体积变化不要太快（缓慢拉体积变化不要太快（缓慢拉动活塞，容器透热）动活塞，容器透热）1 1、选定一个热力学系统：、选定一个热力学系统：注射器内一定质量的气体注射器内一定质量的气体.柱塞上涂上润滑油（凡士林）柱塞上涂上润滑油（凡士林）不能用手触摸玻璃管不能用手触摸玻璃管，环境恒温。，环境恒温。2 2、实验要求：、实验要求：保证气体保证气体质量一定质量一定不漏气。不漏气。注射器下端的开口有橡胶套注射器下端的开口有橡胶套保证保证温度不发生明显的变化温度不发生明显的变化。（2 2）定量研究）定量研究实验实验实验目的：实验目的：在温度保持不变时，研究一定质量气体的在温度保持不变时，研究一定质量气体的压强压强P P和体积和体积V V的关的关系系实验实验方法：方法：控制变量法控制变量法实验器材：实验器材：铁架台、注射器、刻度尺、压力表铁架台、注射器、刻度尺、压力表(压强表压强表)等，注等，注射器下端用橡胶塞密封，上端用柱塞封闭一段空气柱射器下端用橡胶塞密封，上端用柱塞封闭一段空气柱 想一想想一想研究的是哪一部分气体研究的是哪一部分气体?注射器内一定质量的气体注射器内一定质量的气体.怎样保证气体质量不变怎样保证气体质量不变?柱塞上涂上润滑油（凡士林）柱塞上涂上润滑油（凡士林）主要是防止漏气，不是为了主要是防止漏气，不是为了减小摩擦，该装置即使有摩擦，也不影响实验结果。减小摩擦，该装置即使有摩擦，也不影响实验结果。如何保证封闭气体的温度不变如何保证封闭气体的温度不变?不能用手触摸玻璃管，缓慢拉动活塞，环境恒温，容器透热不能用手触摸玻璃管，缓慢拉动活塞，环境恒温，容器透热如何测如何测 V?V?测量空气柱的长度测量空气柱的长度L L，V=V=空气柱长度空气柱长度L L 空气柱的横截面积空气柱的横截面积S S如何测量如何测量P P？压力表读出压力表读出,稳定后再读数稳定后再读数物理量的测量物理量的测量从压力表读取。从压力表读取。压强压强p：因为横截面积因为横截面积S一定，以空气柱的长度一定，以空气柱的长度l 代表气体的体积。代表气体的体积。体积体积V：读数读数次数次数5 54 43 3初始初始2 26压强压强（105Pa）体积体积(单位体积单位体积)2.001.002.250.851.521.291.251.651.002.002.500.80空气柱的长度l可以通过刻度尺读取，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V。空气柱的压强p可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取。实验视频实验视频数据分析数据分析温度不变时压强与体积的关系温度不变时压强与体积的关系想一想想一想1）在这个实验中，为了找到体积与压强的关系，是否一定要测量）在这个实验中，为了找到体积与压强的关系，是否一定要测量空气柱的横截面积？空气柱的横截面积？2）用刻度尺检查可以发现，玻璃管外侧的刻度尽管是均匀的，）用刻度尺检查可以发现，玻璃管外侧的刻度尽管是均匀的，但并非准确的等于但并非准确的等于1cm,2cm,3cm这对实验结果的可靠性是这对实验结果的可靠性是否有影响？否有影响？V1:V2=SL1:SL2=L1:L2无影响。因为刻度均匀，所以无影响。因为刻度均匀，所以 L1:L2即长度比就等于刻度标识即长度比就等于刻度标识的读数比，不受影响的读数比，不受影响由于注射器是圆柱形的，横截面积不变，所以只需测出空气柱的长度即可由于注射器是圆柱形的，横截面积不变，所以只需测出空气柱的长度即可3)实验中如何实验中如何保证气体温度不变保证气体温度不变？改变气体体积时，要缓慢进行，等稳定后再读出气体压强，改变气体体积时，要缓慢进行，等稳定后再读出气体压强，以防止气体体积变化太快，气体的温度发生变化以防止气体体积变化太快，气体的温度发生变化实验过程中，不用手接触注射器的圆筒以防止圆筒从手上实验过程中，不用手接触注射器的圆筒以防止圆筒从手上吸收热量，引起内部气体温度变化吸收热量，引起内部气体温度变化.思考与讨论思考与讨论理论分析：理论分析：误差来源：误差来源：注射器与传感器相连部分的体积没有考虑。注射器与传感器相连部分的体积没有考虑。减小误差的减小误差的方法方法应该使用较大的注射器，在实验过程中，气体的体积不宜压得太小，应该使用较大的注射器，在实验过程中，气体的体积不宜压得太小，这样使那一部分的体积可以忽略不计。这样使那一部分的体积可以忽略不计。实验视频实验视频气体的等温变化规律PART 02玻意耳定律玻意耳定律一定质量的某种气体一定质量的某种气体，在，在温度不变温度不变的情况下，的情况下，压强压强P P跟体积跟体积V V成反比。成反比。1 1、内容：、内容：2 2、表达式：、表达式：=11=22v研究对象研究对象:一定质量的气体一定质量的气体v适用条件适用条件:温度保持恒定温度保持恒定v适用范围适用范围:温度不太低温度不太低（与室温相比），（与室温相比），压强不太大压强不太大（与大气压相比）（与大气压相比）其中其中P P1 1，V V1 1和和P P2 2，V V2 2分别表示气体在分别表示气体在1 1，2 2两个状态下的压强和体积两个状态下的压强和体积C C与气体的种类、质量、温度有关与气体的种类、质量、温度有关。（。（PV=PV=C=nRTC=nRT ）对一定质量的对一定质量的某种某种气体气体：温度不变，温度不变，C C不变；不变；对一定质量的某种气体：对一定质量的某种气体：温度越高温度越高，C C越大越大玻意耳定律又叫玻马定律，玻意耳定律又叫玻马定律，英国物理学家玻意耳和法国物理学家马略特各自通过实验发现。英国物理学家玻意耳和法国物理学家马略特各自通过实验发现。相当于相当于大气压几倍大气压几倍的压强都可以算作的压强都可以算作“压强不太大压强不太大”，零下几十摄氏度零下几十摄氏度的温度也可以算作的温度也可以算作“温度不太低温度不太低”。P-VP-V图（等温线）图（等温线）1.P-V图：图：一定质量的理想气体，在温度不变的情况下一定质量的理想气体，在温度不变的情况下P与与V成反比，因此成反比，因此P-V图像图像的的形状为双曲线的一支。形状为双曲线的一支。它描述的是温度不变时的它描述的是温度不变时的p V关系，称为等温线。关系，称为等温线。面积：面积：S S=P PV=V=C C=nRT=nRT=nRT=nRTVp0等温线对一定质量的对一定质量的某种某种气体，气体，温度不变温度不变,C,C不变不变；温度越高，温度越高，C C越大越大T1T2特点：特点：（1 1）每条等温线上气体各状态温度相同；）每条等温线上气体各状态温度相同；（2 2）温度越高等温线离坐标轴或原点越远（）温度越高等温线离坐标轴或原点越远（T T1 1TT2 2）；）；（3 3）一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的。）一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的。【想一想想一想】为什么体积相同，压强大的温度高为什么体积相同，压强大的温度高?因为温度高，分子运动剧烈，撞击容器壁。因为温度高，分子运动剧烈，撞击容器壁。特点：特点：（1）斜率越大，）斜率越大，PV乘积越大，温度越高。乘积越大，温度越高。（2）一定质量气体，不同温度下的等温线是不同的。）一定质量气体，不同温度下的等温线是不同的。T1T2p1/V0斜率：斜率：K K=P P/(1/(1/V V)=P PV V=C C等温线等温线T1T2 气体体积一定时，分子的气体体积一定时，分子的数密度一定数密度一定；温度越高，分子；温度越高，分子无规则运动越剧烈无规则运动越剧烈，气，气体压强越大。所以体压强越大。所以T T1 1TTT2 2D.TD.T1 1TT2 2BD小试牛刀小试牛刀5 5、某同学用同一个注射器做了两次验证玻意耳定律的实验，操作完全正确，根据实某同学用同一个注射器做了两次验证玻意耳定律的实验，操作完全正确，根据实验数据却在验数据却在p p、V V图上画出了两条不同的双曲线如图所示，造成这种情况的可能原因图上画出了两条不同的双曲线如图所示，造成这种情况的可能原因是（是（）两次实验中空气质量不同两次实验中空气质量不同两次实验中温度不同两次实验中温度不同两次实验中保持空气质量、温度相同，但所取的气体压强的数据不同两次实验中保持空气质量、温度相同，但所取的气体压强的数据不同两次实验中保持空气质量、温度相同，但所取的气体体积的数据不同两次实验中保持空气质量、温度相同，但所取的气体体积的数据不同A A B B C C D DA小试牛刀小试牛刀6、如图所示如图所示,一端开口、另一端封闭的玻璃管内用水银柱封闭一定质量的气体一端开口、另一端封闭的玻璃管内用水银柱封闭一定质量的气体,保持温保持温度不变度不变,把管子以封闭端为圆心把管子以封闭端为圆心,从开口向上的竖直位置逆时针缓慢转到水平位置的过从开口向上的竖直位置逆时针缓慢转到水平位置的过程中程中,可用来说明气体状态变化的可用来说明气体状态变化的p-V图像是图像是()C小试牛