高中物理2 气体的等温变化评课ppt课件

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1.理解一定质量的某种气体在温度不变的情况下压强与体积的关系。(物理观念)2.理解气体等温变化的p-V图像、p- 图像的物理意义。(物理观念)3.学会用玻意耳定律求解相关的问题。(科学思维)
基础落实·必备知识全过关
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一、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:　　　 　　　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。
二、气体的等温变化的p-V图像1.p-V图像:一定质量的气体的p-V图像为一条　　　　　　,如图甲所示。 
图像上各点的温度相同
2.p- 图像:一定质量的气体的p- 图像为一条过原点的　　　　　　,如图乙所示。 
不过原点的不是等温线
情境链接一位小朋友画了一幅鱼儿在水中吐气泡的画,如图所示。假设水的温度恒定不变,你认为他画得对不对?为什么?
提示 不对,气泡在水里上升过程中压强逐渐减小,如果水的温度恒定不变,气泡的体积应该逐渐增大。
教材拓展阅读教材P25做一做,思考是不是只要作出p-V图像为曲线,则p与V就一定成反比?
提示 不是,只有p-V图像是双曲线的一支时,才能说明两者成反比。
易错辨析(1)一定质量的某种气体,在温度保持不变的情况下,压强p与体积V成正比。(　　)(2)玻意耳定律适用于质量不变、温度变化的任何气体。(　　)(3)所有气体变化过程的p- 图像均为过原点的倾斜直线。(　　)(4)气体等温变化的p-V图像是一条倾斜的直线。(　　)
提示压强与体积成反比。
提示玻意耳定律适用于质量不变、温度不变,而压强和体积变化的气体。
提示只有等温变化的p- 图像才为过原点的倾斜直线。
提示气体等温变化的p-V图像是一条双曲线。
探究点一　封闭气体压强的计算
(1)图甲为竖直放置的U形玻璃管,其左端封闭、右端开口,用密度为ρ的液体封闭一段空气柱A,图中C、D液面水平且等高,重力加速度大小为g,其他条件已标于图上,试求封闭气体A的压强。(2)在图乙中,圆柱形汽缸置于水平地面上,汽缸内被活塞封闭一定质量的气体,若活塞处于静止状态,汽缸横截面积为S,活塞质量为m,汽缸与活塞之间无摩擦,大气压强为p0,重力加速度大小为g,试求汽缸内封闭气体的压强。
要点提示 (1)同一水平液面C、D处压强相同,可得pA=p0+ρgh。
(2)以活塞为研究对象,受力分析如图所示,由平衡条件得mg+p0S=pS
1.静止或匀速运动系统中压强的计算方法(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,进而求得气体压强。(2)力平衡法:选取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=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)的同一水平高度的液面上的压强相等,如情境探究中图甲的同一水平高度的液面C、D处压强相等。
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。如图所示,当竖直放置的玻璃管向上加速运动时,对液柱受力分析,
【例1】 图甲、乙中两个汽缸质量均为m0,内部横截面积均为S,两个活塞的质量均为m,图甲中的汽缸静止在水平面上,图乙中的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下。两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气A、B,大气压强为p0,重力加速度为g,两汽缸内壁光滑,活塞处不漏气,求封闭气体A、B的压强各为多大?
解析 题图甲中选活塞为研究对象,受力分析如图(a)所示,由平衡条件知
1.若已知大气压强为p0,图中各装置均处于静止状态,液体密度均为ρ,重力加速度为g,求各图中被封闭气体的压强。
解析 在题图甲中,以高为h的液柱为研究对象,由平衡条件知p甲S+ρghS=p0S所以p甲=p0-ρgh在题图乙中,以B液面为研究对象,由平衡条件知p乙S+ρghS=p0S所以p乙=p0-ρgh
在题图丙中,以B液面为研究对象,由平衡条件有p丙S+ρghsin 60°·S=p0S
在题图丁中,以A液面为研究对象,由平衡条件得p丁S=(p0+ρgh1)S所以p丁=p0+ρgh1。
探究点二　玻意耳定律及其应用
氢气球深受孩子们的喜爱,一小孩不小心松手,手中的氢气球飞向天空,上升到一定高度后会胀破,这是为什么?
要点提示 氢气球上升时,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,膨胀到一定程度时,氢气球就会胀破。
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.玻意耳定律的公式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,温度不变时,C的数值不变。
【例2】 (2023浙江湖州高二期末)图甲为某家转椅公司生产的一款气压升降椅,其简要原理图如图乙所示,升降椅中间有一个开口向上、导热性能良好的汽缸,汽缸内封闭有压强为p0、体积为V0的气体,某同学坐上座椅后,座椅连带活塞缓慢下降,气体被压缩,最终静止时气体体积为 。已知活塞横截面积为S,与汽缸间摩擦不计,活塞和与其连接的部件质量可忽略不计,环境温度不变,环境气压为标准大气压p0,汽缸不漏气,重力加速度为g。求:(1)该同学坐上座椅稳定后,汽缸内气体的压强p;(2)该同学的质量m。
解得p=1.5p0。
(2)由受力平衡有mg=(p-p0)S
2.(2023河北邯郸邯山区第一中学高二月考)水银气压计中混入了一个气泡,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760 mm高的水银柱产生的压强时,这个水银气压计中水银柱的高度只有742 mm,此时管中的水银面到管顶的距离为80 mm。当这个气压计中水银柱的高度为732 mm时,实际的大气压强相当于水银柱的高度为(　　)A.748 mm　　　　　　B.756 mmC.742 mmD.758 mm
解析 以管中封闭的气体为研究对象,设玻璃管的横截面积为S,初态p1=ρg(760-742)×10-3 m,V1=0.08 m·S,末态p2=ρg(h-0.732 m),V2=0.08 m·S+(0.742-0.732) m·S=0.09 m·S,根据玻意耳定律得p1V1=p2V2,代入解得h=748 mm,A正确。
探究点三　气体等温变化的图像
(1)一定质量的理想气体在不同温度下的p-V图线如图甲所示,T1和T2哪一个大?(2)一定质量的理想气体在不同温度下的p- 图线如图乙所示,T1和T2哪一个大?
要点提示 (1)T2　(2)T2
两种等温变化图像的比较
【例3】 一定质量的某种气体状态变化的p-V图像如图所示,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 由题图可知,pAVA=pBVB,所以A、B两状态的温度相等,在同一等温线上。由于离原点越远的等温线温度越高,如图所示,所以从状态A到状态B,气体温度应先升高后降低,分子平均速率先增大后减小。故选D。
方法技巧　(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.如图所示,D→A→B→C表示一定质量的某种气体状态变化的一个过程,则下列说法正确的是(　　)A.D→A是一个等温过程B.A→B是一个等压过程C.A与B的状态参量相同D.B→C体积减小,压强减小,温度不变
解析 D→A是一个等温过程,A正确;A、B两状态压强不同,A→B的过程中 不变,则体积V不变,但此过程中气体的压强发生变化,B、C错误;B→C是一个等温过程,V增大,p减小,D错误。
1.(气体等温变化的图像)(2023辽宁营口高二期末)如图为一定质量的某种气体的p-V图像,A、B是双曲线上的两点,△OAC和△OBD的面积分别为S1和S2,则(　　)A.S1S2D.S1与S2的大小无法确定
解析 △OAC的面积为S1= pAVA,△OBD的面积为S2= pBVB,而A、B是等温线上的两点,根据玻意耳定律可得pAVA=pBVB,故有S1=S2,选项B正确。
2.(封闭气体压强的计算)(2023河南商丘高二期末)如图所示,一开口向下的直玻璃管,通过细绳悬挂固定,玻璃管下端浸没在固定的水银槽中,管内液面高于管外液面。现向水银槽内加入水银,则(　　)A.管内气体体积不变B.细绳拉力不变C.管内气体压强变大D.管内外液面高度差变大
解析 向水银槽内加入水银,假设玻璃管内气体压强不变,根据pV=C,则管内气体体积不变,加入水银后管内外水银面高度差减小,而大气压强不变,管内水银面将向上移动,管内气体体积变小,压强变大,假设不成立,故C正确,A错误;对玻璃管受力分析,细绳拉力F=(p0-p)S+mg,管内气体压强p变大,则细绳拉力变小,故B错误;管内气体压强p变大,根据p+ρgh=p0,得管内外液面高度差h变小,故D错误。
3.(玻意耳定律的应用)某种减震垫如图所示,上面布满了圆柱形薄膜气泡,每个气泡内充满体积为V0,压强为p0的气体,当平板状物品平放在气泡上时,气泡被压缩。若气泡内气体温度保持不变,当体积压缩到V时,气泡与物品接触面的面积为S,求此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力大小。