2017-2018学年高中创新设计物理粤教版选修3-3课件：2-7 气体实验定律

高中物理高中物理 选修选修3- 3 粤教版粤教版 第二章第二章 固体、液体和气体固体、液体和气体 第七节第七节 气体实验定律气体实验定律() 目标定位目标定位 1.理解一定质量的气体，在温度不变的情况下压强理解一定质量的气体，在温度不变的情况下压强与体积的关系与体积的关系 2.知道玻意耳定律的内容，表达式及适用条知道玻意耳定律的内容，表达式及适用条件件 3.能运用玻意耳定律对有关问题进行分析，计算能运用玻意耳定律对有关问题进行分析，计算 4.了了解解pV图、图、p1V图的物理意义图的物理意义 一一、探究气体规律的方法探究气体规律的方法 同时研究三个状态参量之间的变化关系比较困难同时研究三个状态参量之间的变化关系比较困难，可以采可以采用控制变量法用控制变量法，控制其中控制其中 不变不变，研究研究 状状态参量的变化关系态参量的变化关系，然后确定三个状态参量的变化规律然后确定三个状态参量的变化规律 二二、玻意耳定律玻意耳定律 1内容：一定质量的某种气体内容：一定质量的某种气体，在在 不变的情况下不变的情况下，压强压强与体积成与体积成 2公式：公式：pVC或或 . 3条件：气体的条件：气体的 一定一定， 不变不变 预习导学预习导学 一个状态参量一个状态参量 其他其他 温度温度 反比反比 p1V1p2V2 质量质量 温度温度 三三、气体等温变化的图象气体等温变化的图象(即等温线即等温线) 1图象如图图象如图271所示：所示： 预习导学预习导学 p - V图象图象 p - 1V图象图象 图图271 预习导学预习导学 2特点：特点：一定质量的气体在温度不变时，由于压强与体积成一定质量的气体在温度不变时，由于压强与体积成 ，在，在p - V图上等温线应为图上等温线应为 ，在，在p -1V图上等图上等温线应为温线应为 反比反比 双曲线双曲线 过原点的直线过原点的直线 想一想想一想 如图如图272所示，为同一气体在不同温度下的等温所示，为同一气体在不同温度下的等温线，线，t1和和t2哪一个大？哪一个大？ 图图272 答案答案 t1大于大于t2.因为体积相同时因为体积相同时，温度越高温度越高，压强越大压强越大 预习导学预习导学 3应用玻意耳定律解题的一般步骤应用玻意耳定律解题的一般步骤 (1)确定研究对象确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律的条件并判断是否满足玻意耳定律的条件 (2)确定初确定初、末状态及状态参量末状态及状态参量(p1V2，p2V2) (3)根据玻意耳定律列方程求解根据玻意耳定律列方程求解(注意统一单位注意统一单位) (4)注意分析隐含条件注意分析隐含条件，作出必要的判断和说明作出必要的判断和说明 课堂讲义课堂讲义 一、玻意耳定律的理解及应用一、玻意耳定律的理解及应用 1成立条件：成立条件：(1)质量一定，温度不变质量一定，温度不变 (2)温度不太低，压强不太大温度不太低，压强不太大 2表达式：表达式：p1V1p2V2或或pV常数或常数或p1p2V2V1. 课堂讲义课堂讲义 例例1 一种水下重物打捞方法的工作原理如图一种水下重物打捞方法的工作原理如图273.将一质量将一质量M3103 kg、体积、体积V00.5 m3的重物质捆绑在开口朝下的的重物质捆绑在开口朝下的浮筒上向浮筒内冲入一定质量的气体，开始时筒内液面到浮筒上向浮筒内冲入一定质量的气体，开始时筒内液面到水面的距离水面的距离h140 m，筒内气体体积，筒内气体体积V11 m3. 图图273 课堂讲义课堂讲义 在拉力作用下浮筒缓慢上升在拉力作用下浮筒缓慢上升，当筒内液面到水面的距离为当筒内液面到水面的距离为h2时时，拉力减为零拉力减为零，此时气体体积为此时气体体积为V2，随后浮筒和重物自动上随后浮筒和重物自动上浮浮求求V2和和h2.已知大气压强已知大气压强P01105 Pa，水的密度水的密度1103 kg/m3，重力加速度的大小重力加速度的大小g10 m/s2.不计水温变化不计水温变化，筒内气体筒内气体质量不变且可视为理想气体质量不变且可视为理想气体，浮筒质量和筒壁厚度可忽略浮筒质量和筒壁厚度可忽略 答案答案 2.5 m3 10 m 课堂讲义课堂讲义 解析解析 当当F0时时，由平衡条件得由平衡条件得 Mgg(V0V2) 代入数据得代入数据得V22.5 m3 设筒内气体初态设筒内气体初态、末态的压强分别为末态的压强分别为p1、p2，由题意得由题意得 p1p0gh1 p2p0gh2 在此过程中筒内气体的温度和质量不变在此过程中筒内气体的温度和质量不变，由玻意耳定律得由玻意耳定律得p1V1p2V2 联立联立式代入数据得式代入数据得h210 m 课堂讲义课堂讲义 针对训练针对训练 粗细均匀的玻璃管粗细均匀的玻璃管，一端封闭一端封闭，长为长为12 cm.一个人一个人手持玻璃管开口向下潜入水中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当潜到水下某深度时看到水进入玻璃管口入玻璃管口2 cm，求管口距液面的深度求管口距液面的深度(取水面上大气压强为取水面上大气压强为p01.0105 Pa，g取取10 m/s2，池水中温度恒定池水中温度恒定) 答案答案 2.02 m 课堂讲义课堂讲义 解析解析 确定研究对象为被封闭的一部分气体，玻璃管下潜的过确定研究对象为被封闭的一部分气体，玻璃管下潜的过程中气体的状态变化可视为等温过程程中气体的状态变化可视为等温过程 设潜入水下的深度为设潜入水下的深度为h，玻璃管的横截面为，玻璃管的横截面为S.气体的初末状态参气体的初末状态参量分别为：初状态：量分别为：初状态：p1p0，V112S 末状态：末状态：p2p0g(h0.02)，V210S 由玻意耳定律由玻意耳定律p1V1p2V2，得，得p0p0g h0.02 10S12S 解得：解得：h2.02 m. 课堂讲义课堂讲义 二、等温变化中二、等温变化中p - V图象和图象和p -1V图象的理解和应用图象的理解和应用 1一定质量的气体，在一定质量的气体，在p - V图象中等温线是双曲线，双曲线上图象中等温线是双曲线，双曲线上的每一个点，均表示一定质量的气体在该温度下的一个状的每一个点，均表示一定质量的气体在该温度下的一个状态，而且同一条等温线上每个点对应的态，而且同一条等温线上每个点对应的p、V坐标的乘积都坐标的乘积都是相等的一定质量的气体在不同温度下的等温线是不同的是相等的一定质量的气体在不同温度下的等温线是不同的双曲线，且双曲线，且pV乘积越大，温度越高，如图乘积越大，温度越高，如图274所示：所示：T2T1. 课堂讲义课堂讲义 图图274 课堂讲义课堂讲义 图图275 2一定质量气体的等温变化过程，也可以用一定质量气体的等温变化过程，也可以用 p1V图象来表示，图象来表示，如图如图 275 所示等温线是通过原点的直线，由于气体的所示等温线是通过原点的直线，由于气体的体积不能无穷大，所以靠近原点附近处应用虚线表示，该直体积不能无穷大，所以靠近原点附近处应用虚线表示，该直线的斜率线的斜率 kp/(1V)pVT，即斜率越大，气体做等温变化，即斜率越大，气体做等温变化的温度越高的温度越高 课堂讲义课堂讲义 图图276 例例2 (双选双选)如图如图276所示，为一定质量的气体在不同温度所示，为一定质量的气体在不同温度下的两条下的两条p1V图线，由图可知图线，由图可知 ( ) A一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成正比一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成正比 B一定质量的气体在发生等温变化时，其一定质量的气体在发生等温变化时，其p1V图线的延长线图线的延长线是经过坐标原点的是经过坐标原点的 CT1T2 DT1T2 课堂讲义课堂讲义 答案答案 BD 课堂讲义课堂讲义 解析解析 这是一定质量的气体在发生等温变化时的这是一定质量的气体在发生等温变化时的p1V图线，图线，由图线过原点可知由图线过原点可知p/ 1V恒量，即斜率恒量，即斜率kpV为恒量，所以为恒量，所以p与与V成反比，成反比，A错、错、B正确；根据正确；根据p1V图线斜率的物理意义可图线斜率的物理意义可知知C错、错、D对对 借题发挥借题发挥 由玻意耳定律可知，由玻意耳定律可知，pVC(常量常量)，其中，其中C的大小与的大小与气体的质量及温度有关，质量越大，温度越高，气体的质量及温度有关，质量越大，温度越高，C也越大，在也越大，在p1V图象中，斜率图象中，斜率kC也就越大也就越大. 对点练习对点练习 单击此处进入单击此处进入 对点练习对点练习 再见再见