《氣體的等溫變化》導(dǎo)學案3_第1頁
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文檔簡介

1、要點導(dǎo)學氣體的等溫變化1本節(jié)學習教材第一節(jié)的內(nèi)容。主要要求如下:體驗氣體等溫變化規(guī)律的探究過程,了解氣體壓強、溫度、體積變化規(guī)律的研究方法;知道氣體壓強的改變及有關(guān)計算;理解氣體溫度不變時其壓強與體積之間的關(guān)系(玻意耳定律);會用波意耳定律解決有關(guān)氣體問題。2.描述氣體狀態(tài)的壓強、溫度、體積三個物理量稱為氣體狀態(tài)參 量,當其中某個參量發(fā)生變化時,通常會引起另外兩個參量的變 化。要研究這三個參量的變化規(guī)律,可以運用控制變量的方法, 分別研究兩個參量之間的關(guān)系。本節(jié)就是研究在溫度不變時,氣 體的壓強與體積之間的關(guān)系。如圖是課本上探究氣體溫度不變時305040壓強與體積關(guān)系的實驗裝置,甲、乙兩圖中氣

2、體的體積分別為:壓強分另寸為 :P甲=, p乙=3.實驗得到:一定質(zhì)量的某種氣體,在溫度不變的情況下,壓強孚v甲,v乙11 I與體積v成反比,所以p-v圖線是雙曲線,但不同溫度下的圖線是不同的。如圖是一定質(zhì)量的氣體分別在b、t2溫度下等溫變化的P-V圖線,其中溫度較高的是4.一定質(zhì)量的某種氣體,在溫度不變的情況下,壓強P與體積v成反比。這就是波意耳定律。如果某部分氣體保持溫度不變,壓強從P1變化到P2,相應(yīng)的體積從 vi變化到V2,則根據(jù)玻意耳定律,有。5.應(yīng)用波意耳定律解決有關(guān)氣體狀態(tài)變化的問題時,首先要確定哪一部分氣體作為研究對 象,然后分析這部分氣體狀態(tài)變化的過程,確定變化過程的初、末狀

3、態(tài)參量,再根據(jù)玻意耳定律建立各參量間的關(guān)系,解得所要求的參量。范例精析例1:如圖所示,在大氣中的一個汽缸中封閉有一定 的氣體,汽缸的活塞的質(zhì)量 m=2kg,面積s=20cm2.若大 氣壓強取Po=l xiO5Pa,則汽缸中氣體的壓強是多大?(g取 10m/s2)ID解析:汽缸中氣體對容器壁有壓力的作用,由于活塞除氣體壓力外,其余受力都已知,所以我們可以選擇活塞進行受力分析(如圖).由于活塞處于靜止狀態(tài),所以它受到的合力為零,有:pos+mg=ps,p=po+mg/s5=1.1 XO Pa本題為求氣體的壓強,我們選擇了受氣體壓力作用的活塞為研究對象,根據(jù)活塞的平衡列出平衡方程式求解該題若選汽缸體

4、為研究對象,則由于缸體除受氣體壓力外的其它力不清 楚,就無法求解.拓展:若汽缸和活塞一起以加速度a=2m/s2向上做勻加速運動, 則汽缸內(nèi)氣體壓強為多大?解析:仍然選取活塞為研究對象,有:ps- (pos+mg) =map=po+m (g+a) /s=1.12 105Pa解完本題后還可以思考如果把氣缸傾斜如何處理,真正領(lǐng)悟根據(jù)運動狀態(tài)運用牛頓定律來確定壓強的思路。例2汽缸活塞和連桿的質(zhì)量為 m,缸體的質(zhì)量為 M,活塞橫截面 積為s。當汽缸靜止在水平地面上時,汽缸中封閉氣體的高度為",現(xiàn)用力提連桿使整個汽缸離開地面而保持靜止,此時汽缸中封閉氣 體的高度為J。求11與12的比值。(大氣壓

5、強為Po,活塞與汽缸間摩 擦不計)解析:提起活塞連桿過程中, 汽缸內(nèi)氣體壓強與體積發(fā)生了變化,此過程中可以認為氣體溫度保持不變。當汽缸靜止在水平地面上時,氣體的壓強為P1,根據(jù)活塞的平衡有:mgpspos mg,得: 5 =po,此時氣體的體積 V1=hss當汽缸被提起并靜止后,氣體壓強為P2,根據(jù)汽缸體的平衡有:P2S - Mg = PoS,得:P2 = Po -匝,此時氣體的體積 V2=l2Ss根據(jù)玻意耳定律:P|V|二p2v2即: (Po 皿)廟=(Po -些)PoS - MgPoS mg拓展:本題的關(guān)鍵是分析氣體狀態(tài)變化的初、末狀態(tài)參量。在確定氣體壓強時,由于活塞和汽缸體受力情況都清楚

6、,所以都可以選擇作為研究對象。初狀態(tài)活塞受力情況簡單一點, 選活塞研究方便一點,而末狀態(tài)汽缸體的受力情況較簡單,選汽缸體研究相對較方便。 通過這個題我們可以明確選定研究對象的意義和方法。例3.如圖所示,足夠長的粗細均勻的直玻璃管開口向上,下端被水銀柱封閉 了一段空氣柱已知管中水銀柱高h,大氣壓強為po,設(shè)溫度不變,與靜止時相比,當水銀柱和玻璃管一起保持豎直狀態(tài)開始做自由落體運動時,水銀柱相 對于玻璃管如何運動? 解析 根據(jù)題意,系統(tǒng)靜止時,根據(jù)管內(nèi)水銀柱的平衡, 得到管內(nèi)氣體的壓強為 Pi = Po+ph;當水銀柱和玻璃管做自由落體運動時,處于完全失重狀態(tài)(對水銀柱有Pos+mg - p2s

7、= mg),此時氣體的壓強為 p2= Po< pi。由于氣體的溫度不變,壓強變小, 所以體積變大,水銀柱相對于玻璃管向上運動。拓展當水銀柱和玻璃管一起保持豎直狀態(tài)以加速度a向上做勻加速運動時,水銀柱相對于玻璃管如何運動?解析 對水銀柱有: P2SpoS-mg二ma,氣體壓強 p?二po mg一ma - pi,氣體的溫s度不變,壓強變大,所以體積變小,水銀柱相對于玻璃管向下運動。例4有一個皮球容積為 v=2升,內(nèi)有1個大氣壓的空氣?,F(xiàn)用體積是Vo=0.l25升的打氣筒給皮球打氣,若要使皮球內(nèi)空氣的壓強達到2個大氣壓,需要打氣多少次?解析本題看似一個氣體質(zhì)量變化的問題,但若將需要打入皮球的空

8、氣和原來皮球內(nèi)的空氣忽設(shè)情一起作為研究對象,則氣體的質(zhì)量保持不變, 略空氣溫度的變化,氣體符合玻意耳定律。 需要打氣n次,可以用圖來表示氣體的變化 況。初狀態(tài):w = v nvo, p1 =1atm末狀態(tài):v2 =v , p2 = 2atm根據(jù)玻意耳定律:PiM = p2v2有:(v nv0)仁 v 2解得:nJ6次P2能力訓練1下列各圖中,水銀柱高度均為h=10cm ,大氣壓強為 Po=76OmmHg ,則各封閉段氣體的壓強P1= ; P2= ; P3= ;P4=; P5=; P6=。2.如圖所示,一個橫截面積為s的圓筒形容器豎直放置金屬圓板A的上表面是水平的,下表面是傾斜的,下表面與水平面

9、的夾角為0,圓板的質(zhì)量為M.不計圓板與容器內(nèi)壁的摩擦若大氣壓強為Po,則被圓板封閉在容器中的氣體的壓強P等于()A. po+Mgcos0 /sB. Po/cos 0 +Mg/scos 02C. p0+Mgcos 0 /sD. p0+Mg/s3在標準大氣壓(相當于76cm水銀柱產(chǎn)生的壓強)下做托里拆利實驗時,由于管中混有cm一勺* -A6D少量空氣,水銀柱上方有一段空氣柱,如圖所示。這里管中稀薄氣體的壓強相當于下列哪個高度的水銀柱產(chǎn)生的壓強()A. 0 cmB. 60 cmC. 30 cmD. 16 cm4. 如圖,把玻璃管口向下插入水銀槽中,管內(nèi)水銀面低于管外水銀槽中的水銀面。將玻璃管稍向上提

10、起一些時,玻璃管中的氣體壓強將減小,則:()A玻璃管內(nèi)氣體的長度增加門B. 玻璃管內(nèi)氣體的長度減小C. 玻璃管內(nèi)外水銀面高度差減小D. 玻璃管內(nèi)外水銀面高度差增大5. 如圖所示,在一根一端封閉、一端開口、長1m的均勻直玻璃管中,裝入長為75cm的水銀柱,用它圭寸住一部分空氣.當將其開口向下豎直放置時 ,被圭寸氣柱長 24cm,這時 大氣壓強為76cm汞柱.那么,當大氣壓強變?yōu)?74 cm汞柱時,管內(nèi)水銀柱長度 h ( ).A . 73 cmB . 73 cm<h<74 cmC. 74 cmD . 74 cm<h<75 cm5A6. 在1 xiOPa的環(huán)境中做托里拆利實驗

11、,如圖所示.測出管內(nèi)外水銀面的高 h=72cm.若保持管口總能浸沒在槽內(nèi)水銀面以下,而將玻璃管豎直向上緩地提升 h.那么,最后管內(nèi)、外水銀面的高度差h'的大小( ).A .等于h,即管內(nèi)水銀柱高度不變B .小于hC .等于h+ hD . h<h' < h7. 如圖所示,粗細均勻兩端開口的 U形玻璃管,管內(nèi)注入一定量的水銀。但在其中封閉了一段空氣柱,其長度為I。在空氣柱上面的一段水銀柱長為hi,空氣面的水銀面與左管水銀面相差為h2。若往管內(nèi)加入適量水銀,則:A .水銀加入右管,I變短,h2變大;B .水銀加入左管,I不變,h2變大;C.水銀無論加在左管還是右管,hi始

12、終與h2相等;D .水銀加在右管,I變短,水銀加在左管,I變長。8. 用活塞式抽氣機,在溫度不變的情況下,從容積為4L的玻璃瓶中抽氣,每抽一次,瓶內(nèi)9一根長50cm、兩端開口的直玻璃管,豎直插入水銀槽中,它的上口距水銀面10cm,現(xiàn)將管的上口堵住,然后緩慢豎直提出水銀面,則管內(nèi)水銀柱的長度為多大?(外界大氣壓支持75cmHg,溫度保持不變.)10容器內(nèi)裝有10 xi05Pa的氣體5kg,當放出一部分氣體后,容器內(nèi)的氣體壓強減小到2 X05Pa,求容器中剩余氣體的質(zhì)量.(設(shè)溫度不變)素質(zhì)提咼11 如圖所示,A、B、C三只相同的試管,一端封閉,封閉端有一個小aIbIg!fl/099管,三根細由細線懸掛在天花板上, 開口端插入水銀槽中, 試管內(nèi)封有氣體。三管靜 時,三根細線的張力分別為 Ta、Tb、Tc, A管內(nèi)水銀面和管外平,B管 水銀面比管外低,C管內(nèi)水銀面比管外高, 則三管中氣體壓強最小的是 _線中張力最大的是12水銀氣壓計中混入了一個空氣泡,上升到水銀柱的上方,使水銀柱上方不再是真空,因而氣壓計的讀數(shù)比實際的大氣壓小些.當實際大氣壓為 768mmHg產(chǎn)生的壓強時,氣壓計的讀數(shù)只有 750mmHg,此時管中水銀面到管頂?shù)木嚯x為80mm.那么,當氣壓計讀數(shù)為

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