物理选修3-3_8.1气体的等温变化1

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,8.1,气体的等温变化,第八章,气体,第1课时,一 问题的引入,生活实例：,夏天打足气的自行车在烈日下曝晒，会出现什么现象？原因是什么,?,T升高，P增大，V变大,2、,控制变量法,1,、描述气体的三个状态参量,压强（,p,，力学性质）、,体积（,V,，几何性质）,、,温度（,T,，,热学性质,）,一定质量,的气体，在,温度不变,时发生的状态变化过程，叫做气体的等温变化。,二、等温变化（,m,不变,；,T,不变,）,温度不变时，气体的压强和体积之间有什么关系？,猜想：,三、实验探究,实验探究,1、,研究对象是什么？,2、,如何控制气体的质量,m,、温度,T,保持不变,3、,如何改变压强,P,、 体积,V,4、,如何测量压强,P,、体积,V,？,采用仪器,移动注射器，气体压强传感器,三、实验探究气体等温变化的规律,设计实验,数据处理,（测量哪些物理量）,（猜想）,如何测,体积、压强,图像法,乘积一定,注意事项,（,质量一定，,温度不变）,气,体,定,律,演,示,仪,数据采集,P,增大，,V,减小，,P,V,间到底什么关系？猜想！,思考与讨论,数据处理,算一下,P,V,乘积。,1,作,P,，,V,图像，观察结果,2,作,P,，1/,V,图像，观察结果,3,气体的等温变化,V/ml,P/Kpa,1/V,1,10,101.10,2,8,124.80,3,6,159.40,4,12,84.90,5,14,72.80,四 、试验结论,-,玻意耳定律,文字表述,1,一定质量某种气体，在温度不变的情况下，压强,p,与体积,V,成反比。,公式表示,2,pV,=常数 或,p,1,V,1,=p,2,V,2,图像表述,3,p,1,/V,0,V,p,0,A,A,使用范围,4,温度不太低，压强不太大,使用条件,5,质量一定，温度不变,五、,p,-V,图像（等温线）,过原点的直线 双曲线的一支,物理意义：等温线上的某点表示气体的一个确定状态。同一条等温线上的各点温度相同，即,p,与,V,乘积相同。,p,1/V,0,V,p,0,A,B,同一气体，不同温度下等温线是不同的，你能判断那条等温线是表示温度较高的情形吗？你是根据什么理由作出判断的？,思考与讨论,V,p,1,2,3,0,结论:,t,3,t,2,t,1,不同温度下的等温线，离原点越远，温度越高。,小试牛刀,一定质量气体的体积是,20L,时，压强为,1,10,5,Pa,。当气体的体积减小到,16L,时，压强为多大？设气体的温度保持不变。,解：以气体为研究对象，,由 得,（,1,）明确研究对象（气体）；,（,2,）分析过程特点，判断为等温过程；,（,3,）列出初、末状态的,p,、,V,值；,（,4,）根据,p,1,V,1,=p,2,V,2,列式求解；,利用玻意耳定律的解题思路,一、玻意耳定律,1,、内容,:,一定质量某种气体，在温度不变的,情况下，压强,p,与体积,V,成反比。,2,、公式：,pV,=,C,(,常数,),或,p,1,V,1,=p,2,V,2,3.,条件,:,一定质量气体且温度不变,4,、适用范围：,温度不太低，压强不太大,复习回顾,二,.,等温变化图象,1,、特点,:,(1),等温线是双曲线的一支。,(2),温度越高,其等温线离原点越远,.,2,、图象意义,:,(1),物理意义,:,反映压强随体积的变化关系,(,2,),图像上每点的意义,:,每一组数据,-,反映某一状态,例,.,某个容器的容积是,10L,，所装气体的压强是,20,10,5,Pa,。如果温度保持不变，把容器的开关打开以后，容器里剩下的气体是原来的百分之几？设大气压是,1.0,10,5,Pa,。,解,选容器原装气体为研究对象。,初态,p,1,=20,10,5,Pa V,1,=10L T,1,=T,末态,p,2,=1.0,10,5,Pa V,2,=,？,L T,2,=T,由玻意耳定律,p,1,V,1,=p,2,V,2,得,即剩下的气体为原来的,5,。,就容器而言，里面气体质量变了，似乎是变质量问题了，但若视容器中气体出而不走，就又是质量不变了。,变式拓展：（课本习题,1,）,一个足球的容积是,2.5L,。用打气筒给这个足球打气，每打一次都把体积为,125mL,、压强与大气压强相同的气体打进球内。如果在打气前足球就已经是球形并且里面的压强与大气压强相同。打了,20,次后，足球内部空气的压强是大气压的多少倍？你在得出结论时考虑到了什么前提？实际打气时的情况能够满足你的前提吗？,解：研究对象,:,打完,20,次气后足球内的气体，假设气体的温度和球的体积均不发生变化，设大气压强为,p,0,，,则,初态：压强,p,1,=p,0,，,V,1,=2.5+0.12520=5L,末态：压强,p,2,=,？ 体积为,打气后,V,2,=2.5L,，,据玻意耳定律有：,p,1,V,1,=p,2,V,2,得：,p,0,5,=p,2,2.5,解得：,p,2,=2p,0,专题：密闭气体压强的计算,第2课时,气体压强,产生,的原因：,大量分子无规则运动，频繁与器壁碰撞，宏观上对器壁产生了持续的压力。单位面积所受压力，叫压强。,一个空气分子，每秒钟与其它分子碰撞达,65,亿次,之多。,容器中各处的压强相等,1.,理论依据,液体压强的计算公式,p,=,gh,。,液面与外界大气相接触。则液面下,h,处的压强为,p,=,p,0,+,gh,连通器原理,：,在连通器中，同一种液体（中间液体不间断）的同一水平面上的压强是相等的。,一、,平衡态下,液体封闭气体压强的计算,（,1,）,连通器原理,：根据同种液体在同一水平液面处压强相等，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,例如图中，同一液面,C,、,D,处压强相等,p,A,p,0,p,h,.,（,2,）,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,(p,A,p,h0,)S,(p,0,p,h,p,h0,)S.,即,p,A,p,0,p,h,.,2.,计算方法,（,3,）,受力平衡法,：选与封闭气体接触的液柱为研究对象进行受力分析，由,F,合,0,列式求气体压强,h,h,h,下列各图装置均处于静止状态。设大气压强为,P,0,，用水银（或活塞）封闭一定量的气体在玻璃管（或气缸）中，求封闭气体的压强,P,练习：,P,=,gh,P,=? cmHg,（柱）,P,帕,h,米,P,=,P,0,P,=,P,0,+,gh,P,=,P,0,-,gh,h,h,h,连通器原理：同种液体在同一高度压强相等,P,=,P,0,+,gh,P,=,P,0,-,gh,P,=,P,0,-,gh,例：计算图,2,中各种情况下，被封闭气体的压强。（标准大气压强,p,0,=76cmHg,，图中液体为水银）,76,cmHg,51,cmHg,63.5,cmHg,51,cmHg,101,cmHg,求用固体（如活塞等）封闭在静止容器内的气体压强，应对,固体,（如活塞等）进行受力分析。然后根据平衡条件求解。,二、平衡态下活塞、气缸密闭气体压强的计算,S,m,m,S,练习：,气体对面的压力与面,垂直,:,F,=,PS,G,P,0,S,PS,PS,=,P,0,S,+mg,G,PS,P,0,S,N,S,PS,=,mg +,P,0,S,cos,PS,=,mg+,P,0,S,M,m,S,M,m,S,以活塞为研究对象,以气缸为研究对象,mg+PS,=,P,0,S,Mg+PS,=,P,0,S,课本习题,2,：,水银气压计中混入一个气泡，上升到水银柱的上方，使水银柱上方不再是真空。当实际大气压相当于,768mm,高的水银柱产生的压强时，这个水银气压计的读数只有,750mm,，此时管中的水银面到管顶的距离为,80mm,。当这个气压计的读数为,740mm,水银柱时，实际的大气压相当于多高的水银柱产生的压强？设温度保持不变。,解：情景示意图如图（,1,）再分析可知气压计变成,740mm,水银柱是由大气压发生变化而引起的。如图（,2,）要求出此时大气压的值，须研究水银柱上方的气体的压强。,以水银柱上方的气体为研究对象，根据,P,1,V,1,=P,2,V,2,可得：,（,768-750,）,80s=,（,h-740,）,90s,，解得：,h=756mm,例,1,、如图所示，活塞质量为,m,，缸套质量为,M,，通过弹簧吊在天花板上，气缸内封住了一定质量的空气，而活塞与缸套间无摩擦,活塞面积为,S,，大气压强为,P,0,，则下列说法正确的是,( ),A,、内外空气对缸套的总作用力方向向上，大小为,Mg,B,、内外空气对缸套的总作用力方向向下，大小为,mg,C,、气缸内空气压强为,P,0,-Mg/S,D,、气缸内空气压强为,P,0,+mg/S,AC,例,2,如图所示,一根一端封闭的玻璃管开口向下插入水银槽中,内封一定质量的气体,管内水银面低于管外,在温度不变时,将玻璃管稍向下插入一些,下列说法正确的是,( ),A.玻璃管内气体体积减小; B.玻璃管内气体体积增大,C.管内外水银面高度差减小;D.管内外水银面高度差增大.,AD,练习 如图所示，注有水银的U型管，A管上端封闭，A、B两管用橡皮管相通开始时两管液面相平，现将B管缓慢降低，在这一过程中，A管内气体体积,_,，B管比A管液面_,强调思路，由,V,的变化压强变化借助,p,的计算判断液面的高低,增大,低,如图所示，,汽缸内封闭着一定温度的气体，气体长度为,12cm,。活塞质量为,20kg,，横截面积为,100cm,。,已知大气压强为,110,5,Pa,。,求,：,汽缸开口向上时，气体的长度。,大展身手,解,：,以缸内封闭气体为研究对象，,初态：,末态：,由玻意耳定律 得,由活塞受力平衡得：,如图所示，,汽缸内封闭着一定温度的气体，气体长度为,12cm,。活塞质量为,20kg,，横截面积为,100cm,。,已知大气压强为,110,5,Pa,。,求,：,汽缸,开口向下,时，气体的长度。,举一反三,小结：,1,、玻意耳定律,2,、,p,-V,图像（等温线）,解后反思：,如果同学们熟悉了利用液体气压计确定气体压强的方法，知道：封闭在,气压计中的气体压强等于大气压强与两管中水银柱高度差产生的压强之和或差,的结果，在选取研究对象后，直接根据题意所画的几何示意图确定出初、末状态的压强和体积，直接代用玻意尔定律可求解。,