高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 气体的等温变化评课ppt课件
展开【学习目标】1.知道气体的等温变化。2.在实验设计和数据处理过程中,体验科学探究过程,培养学生严谨的科学态度与实事求是的科学精神。3.了解玻意耳定律,能用气体等温变化规律求解简单的实际问题。
1.等温变化____________的某种气体,在____________的条件下,其压强与体积变化时的关系叫作气体的等温变化。
2.气体等温变化的规律的实验探究(1)实验器材:铁架台、__________、__________、压力表(压强表)等。注射器下端用橡胶套密封,上端用柱塞封闭一段空气柱,这段__________是我们的研究对象。(2)数据收集:空气柱的压强p由上方的__________读出,体积V用__________读出的空气柱长度l乘气柱的横截面积S。用手把柱塞向下压或向上拉,读出体积与压强的几组值。
1.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________。(2)公式:____________(常量)或______________。(3)适用条件:①气体质量不变、________不变。②气体温度不太低、压强不太大。
『判一判』(1)在探究气体压强、体积、温度三个状态参量之间关系时采用控制变量法。( )(2)一定质量的气体,三个状态参量中,至少有两个改变。( )(3)公式pV=C中的C是常量,指当p、V变化时C的值不变。( )
(4)一定质量的气体压强跟体积成反比。( )(5)一定质量的某种气体等温变化的p-V图像是通过原点的倾斜直线。( )(6)玻意耳定律适用于质量不变,温度变化的任何气体。( )
『选一选』各种卡通形状的氢气球,受到孩子们的喜欢,特别是年幼的小孩,小孩一不小心松手,氢气球会飞向天空,上升到一定高度会胀破,是因为( )A.球内氢气温度升高B.球内氢气压强增大C.球外空气压强减小D.以上说法均不正确
解析:以球内气体为研究对象,气球上升时,由于高空处空气稀薄,球外气体的压强减小,球内气体要膨胀,到一定程度时,气球就会胀破。
『想一想』用什么方法可以使一个凹瘪的乒乓球恢复原状?解析:将乒乓球放入热水中,乒乓球内的气体在温度升高时,内部气体分子平均动能增大,压强增大,所以体积增大,使凹瘪的乒乓球恢复原状。
如图所示,玻璃管中都灌有水银,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。
(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)图中被封闭气体A的压强各是多少?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。(2)①pA=p0-ph=71 cmHg②pA=p0-ph=66 cmHg③pA=p0+ph=(76+10×sin30°)cmHg=81 cmHg④pA=p0-ph=71 cmHg pB=pA-ph=66 cmHg
封闭气体压强的确定方法(1)容器处于平衡状态时封闭气体压强的计算①依据连通器原理:在连通器中,同一液体(只有一种液体且液体不流动)的同一水平液面上的压强相等。例如,图中,同一水平液面C、D处压强相等,故pA=p0+ph。
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,液片两侧压强相等,进而求得气体压强。例如,图中,在其最低处取一液片B,由其两侧受力平衡可知(pA+ρgh0)S=(p0+ρgh+ρgh0)S,得pA=p0+ph。③力平衡法:选与封闭气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析,由F合=0列式求气体压强。
(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活塞(汽缸)、液柱为研究对象进行受力分析,然后由牛顿第二定律列方程,求出封闭气体的压强。
(2021·山东省淄川中学高二下学期段考)如图所示,一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置,金属圆板的上表面是水平的,下表面是倾斜的,下表面与水平面的夹角为θ,圆板的质量为M,不计圆板与容器内壁的摩擦。若大气压强为p0,则被圆板封闭在容器中的气体的压强等于( )
解题指导:当由液体或固体(活塞)封闭一部分气体,而且处于平衡状态时,确定气体的压强,可以以封闭气体的液体或固体为研究对象,分析其受力情况,由平衡条件列出方程,从而求得气体的压强。
1.(2021·山东栖霞检测)当大气压强为76 cmHg时,如图中四种情况下(图中h=10 cm)被水银封闭气体的压强分别为:(1)p甲=______cmHg;(2)p乙=________cmHg;(3)p丙=______cmHg;(4)p丁=______cmHg。
76 70.8 66 56
玻意耳定律的理解及应用
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。
请思考:(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为何会变大?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。
对玻意耳定律的理解及应用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。且压强和气体分子数密度不易过大。2.玻意耳定律的数学表达式pV=C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,并判断是否满足玻意耳定律成立的条件。(2)确定初、末状态及状态参量(p1、V1、p2、V2)(3)根据玻意耳定律列方程p1V1=p2V2,代入数值求解(注意各状态参量要统一单位)。(4)注意分析题目中的隐含条件,必要时还应由力学或几何知识列出辅助方程。(5)有时要检验结果是否符合实际,对不符合实际的结果要删去。
如图所示,一个上下都与大气相通的直圆筒,内部横截面积为S=0.01 m2,中间用两个活塞A和B密闭一定质量的气体。A、B都可沿圆筒无摩擦地上下滑动,且不漏气。A的质量不计,B的质量为M,并与一劲度系数为k=5×103 N/m的较长的弹簧相连。已知大气压p0=1×105 Pa,平衡时两活塞之间的距离l0=0.6 m,现用力压A,使之缓慢向下移动一段距离后,保持平衡。此时用于压A的力F=500 N,求活塞A下移的距离。
解题指导:(1)因为是缓慢下移所以密闭气体温度不变。(2)应用玻意耳定律可以求出l。
规律总结:应用玻意耳定律解题时的两个误区误区1:误认为在任何情况下玻意耳定律都成立。只有一定质量的气体在温度不变时,定律成立。误区2:误认为气体的质量变化时,一定不能用玻意耳定律进行分析。当气体经历多个质量发生变化的过程时,可以分段应用玻意耳定律进行列方程,也可以把发生变化的所有气体作为研究对象,保证初、末态的气体的质量、温度不变,应用玻意耳定律列方程。
2.粗细均匀的玻璃管长为12 cm,一端封闭。一个人手持玻璃管(开口向下)潜入水中,当潜到水下某深度时看到水进入玻璃管口2 cm,求管内液面的深度(取水面上大气压强为p0=1.0×105 Pa,g=10 m/s2)。答案:2 m
解析:确定研究对象为被封闭的一部分气体,玻璃管下潜的过程中气体的状态变化可视为等温变化,如图所示。设管内液面的深度为h,玻璃管的横截面积为S,气体的初、末状态参量分别为初状态:p1=p0,V1=0.12S,末状态:p2=p0+ρgh,V2=0.1S。由玻意耳定律得p1V1=p2V2,
提示:(1)T1>T2 (2)T1<T2
(多选)如图所示,是一定质量的某种气体状态变化的p-V图像,气体由状态A变化到状态B的过程中,气体的温度和分子平均速率的变化情况的下列说法正确的是( )A.都一直保持不变B.温度先升高后降低C.温度先降低后升高D.平均速率先增大后减小
解题指导:(1)温度是分子平均动能的标志,同种气体温度越高,分子平均动能越大,分子平均速率越大。(2)温度越高,pV值越大,p-V图像中等温线离坐标原点越远。
解析:由图像可知,pAVA=pBVB,所以A、B两状态的温度相等,在同一等温线上,可在p-V图上作出几条等温线,如图所示。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温度应先升高后降低,分子平均速率先增大后减小。故A、C错误,B、D正确。
方法总结:(1)不同的等温线温度不同,越靠近原点的等温线温度越低,越远离原点的等温线温度越高。(2)由不同等温线的分布情况可以判断温度的高低。
3.(多选)如图所示,图线1和2分别表示一定质量的气体在不同温度下的等温线。
下列说法正确的是( )A.图线1对应的温度高于图线2B.图线1对应的温度低于图线2C.气体由状态A沿图线1变化到状态B的过程中,分子间平均距离增大D.气体由状态A沿图线1变化到状态B的过程中,分子间平均距离减小解析:p-V图像中,图线1在图线2外侧,其对应温度较高,图线1中,气体由状态A变为B为等温膨胀过程,体积增大,气体分子间的平均距离将增大,故A、C正确。
探究气体等温变化规律的实验
1.保证气体质量不变的方法:实验前在柱塞上涂好润滑油,以免漏气。2.保证气体温度不变的方法:(1)改变气体体积时,要缓慢进行。(2)实验操作时不要触摸注射器的空气柱部分。
(2021·上海市建平中学高二下学期期中)用DIS研究一定质量气体在温度不变时,压强与体积关系的实验装置如图甲所示,实验步骤如下:
(1)把注射器活塞移至注射器中间位置,将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接。(2)移动活塞,记录注射器的刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p。
不能用手握住注射器封闭气体部分
注射器与压强传感器连接部位的气体体积
解析:(1)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是在注射器活塞上涂润滑油。这样可以保持气密性。(2)为了保持封闭气体的温度不变,实验中采取的主要措施是移动活塞要缓慢;不能用手握住注射器封闭气体部分。这样能保证装置与外界温度一样。(3)如果实验操作规范正确,但图线不过原点,则V0代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积。
1.(2021·山西晋中平遥中学高二月考)竖直倒立的U形玻璃管一端封闭,另一端开口向下,如图所示,用水银柱封闭一定质量的理想气体,在保持温度不变的情况下,假设在管子的D处钻一小孔,则管内被封闭的气体压强p和气体体积V变化的情况为( )A.p,V都不变B.V减小,p增大C.V增大,p减小D.无法确定
解析:设玻璃管两侧水银面高度差是h,大气压为p0,封闭气体压强p=p0-ph,在管子的D处钻一小孔,封闭气体压强大小变为p0,气体温度不变,压强变大,由玻意耳定律可知,封闭气体体积变小,故选项B正确,A、C、D错误。
2.(2021·山东省昌乐二中高二下学期检测)如图所示,由导热材料制成的气缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内,活塞与气缸壁之间无摩擦,活塞上方存有少量液体。将一细管插入液体,由于虹吸现象,活塞上方液体缓慢流出,在此过程中,大气压强与外界的温度保持不变。下列各个描述理想气体状态变化的图像中与上述过程相符合的是( )
解析:封闭气体做的是等温变化,只有D图线是等温线,故D正确。
3.(2021·湖北省部分重点高中高二下学期期中)如图,水平放置的导热气缸被导热活塞隔成左右两部分,两部分气体a和b为同种理想气体,活塞静止时到左右两侧的距离之比为1∶2,活塞质量为m、面积为S,活塞可无摩擦左右移动。现在把气缸转动90度,a在上、b在下,结果活塞正好在气缸中间。已知气体温度始终不变,求开始时气体a的压强是多少?
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