高中物理人教版3第八章氣體1氣體的等溫變化 第8章

1氣體的等溫變化學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.理解一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下壓強(qiáng)與體積的關(guān)系．(重點(diǎn))2．學(xué)會(huì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法研究問(wèn)題，探究物理規(guī)律，學(xué)習(xí)用電子表格與圖象對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程．(重點(diǎn))3．理解氣體等溫變化的p-V圖象的物理意義．(重點(diǎn))4．學(xué)會(huì)用玻意耳定律計(jì)算有關(guān)的問(wèn)題．(難點(diǎn))玻意耳定律eq\a\vs4\al([先填空])1．三個(gè)狀態(tài)參量研究氣體的性質(zhì)，用壓強(qiáng)、體積、溫度等物理量描述氣體的狀態(tài)．描述氣體狀態(tài)的這幾個(gè)物理量叫做氣體的狀態(tài)參量．2．實(shí)驗(yàn)探究(1)實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺(tái)、注射器、橡膠塞、壓力表(壓強(qiáng)表)等．注射器下端用橡膠塞密封，上端用活塞封閉一段空氣柱，這段空氣柱是我們的研究對(duì)象．(2)數(shù)據(jù)收集：空氣柱的壓強(qiáng)p由上方的壓力表讀出，體積V用刻度尺讀出的空氣柱的長(zhǎng)度l乘氣柱的橫截面積S.用手把活塞向下壓或向上拉，讀出體積與壓強(qiáng)的幾組值．(3)數(shù)據(jù)處理以壓強(qiáng)p為縱坐標(biāo)，以體積的倒數(shù)eq\f(1,V)為橫坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，將收集的各組數(shù)據(jù)描點(diǎn)作圖，若圖象是過(guò)原點(diǎn)的直線，說(shuō)明壓強(qiáng)跟體積的倒數(shù)成正比，也就說(shuō)明壓強(qiáng)跟體積成反比．3．玻意耳定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度保持不變的情況下，壓強(qiáng)p和體積V成反比．(2)公式：pV＝C(常量)或p1V1＝p2V2.(3)適用條件：①氣體質(zhì)量不變、溫度不變．②氣體溫度不太低、壓強(qiáng)不太大．eq\a\vs4\al([再判斷])1．在探究氣體壓強(qiáng)、體積、溫度三個(gè)狀態(tài)參量之間關(guān)系時(shí)采用控制變量法．(√)2．利用壓強(qiáng)、體積和溫度可以描述氣體的狀態(tài)．(√)3．一定質(zhì)量的氣體，三個(gè)狀態(tài)參量中，至少有兩個(gè)改變．(√)eq\a\vs4\al([后思考])1．若實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)氣體體積減小，壓強(qiáng)增大的特點(diǎn)能否斷定壓強(qiáng)與體積成反比？【提示】不能，也可能壓強(qiáng)p與體積V的二次方(三次方)或與eq\r(V)成反比，只有作出p－eq\f(1,V)圖線是直線，才能判定p與V成反比．2．用注射器對(duì)封閉氣體進(jìn)行等溫變化的實(shí)驗(yàn)時(shí)，在改變封閉氣體的體積時(shí)，為什么要緩慢進(jìn)行？【提示】該實(shí)驗(yàn)的條件是氣體的質(zhì)量一定，溫度不變，體積變化時(shí)封閉氣體自身的溫度會(huì)發(fā)生變化，為保證溫度不變，應(yīng)給封閉氣體以足夠的時(shí)間進(jìn)行熱交換，以保證氣體的溫度不變．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])對(duì)玻意耳定律的理解及應(yīng)用1．成立條件：玻意耳定律p1V1＝p2V2是實(shí)驗(yàn)定律，只有在氣體質(zhì)量一定、溫度不變的條件下才成立．2．玻意耳定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式pV＝C中的常量C不是一個(gè)普適恒量，它與氣體的種類、質(zhì)量、溫度有關(guān)，對(duì)一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，該恒量C越大．3．應(yīng)用玻意耳定律的思路和方法：(1)確定研究對(duì)象，并判斷是否滿足玻意耳定律成立的條件．(2)確定始末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1、V1、p2、V2)(3)根據(jù)玻意耳定律列方程p1V1＝p2V2，代入數(shù)值求解(注意各狀態(tài)參量要統(tǒng)一單位)．(4)注意分析題目中的隱含條件，必要時(shí)還應(yīng)由力學(xué)或幾何知識(shí)列出輔助方程．(5)有時(shí)要檢驗(yàn)結(jié)果是否符合實(shí)際，對(duì)不符合實(shí)際的結(jié)果要?jiǎng)h去．1．一端封閉的玻璃管倒插入水銀槽中，管豎直放置時(shí)，管內(nèi)水銀面比管外高h(yuǎn)cm，上端空氣柱長(zhǎng)為L(zhǎng)cm，如圖8-1-1所示，已知大氣壓強(qiáng)為HcmHg，此時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)是__________cmHg圖8-1-1【解析】取等壓面法，選管外水銀面為等壓面，則由P氣＋Ph＝P0得P氣＝P0－Ph即P氣＝(H－h(huán))cmHg.【答案】(H－h(huán))2．如圖所示8-1-2，一個(gè)上下都與大氣相通的直圓筒，內(nèi)部橫截面積為S＝m2，中間用兩個(gè)活塞A和B封住一定質(zhì)量的氣體．A、B都可沿圓筒無(wú)摩擦地上下滑動(dòng)，且不漏氣．A的質(zhì)量不計(jì)，B的質(zhì)量為M，并與一勁度系數(shù)為k＝5×103N/m的較長(zhǎng)的彈簧相連．已知大氣壓p0＝1×105Pa，平衡時(shí)兩活塞之間的距離l0＝m，現(xiàn)用力壓A，使之緩慢向下移動(dòng)一段距離后，保持平衡．此時(shí)用于壓A的力F＝500N，求活塞A下移的距離．圖8-1-2【解析】設(shè)活塞A下移距離為l，活塞B下移的距離為x，對(duì)圓筒中的氣體：初狀態(tài)：p1＝p0V1＝l0S末狀態(tài)：p2＝p0＋eq\f(F,S)V2＝(l0＋x－l)S由玻意耳定律得：p1V1＝p2V2即p0l0S＝(p0＋eq\f(F,S))·(l0＋x－l)·S①根據(jù)胡克定律，x＝eq\f(F,k)②代數(shù)解①②得：l＝m.【答案】m應(yīng)用玻意耳定律解題時(shí)的兩個(gè)誤區(qū)誤區(qū)1：誤認(rèn)為在任何情況下玻意耳定律都成立．只有一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時(shí)，定律成立．誤區(qū)2：誤認(rèn)為氣體的質(zhì)量變化時(shí)，一定不能用玻意耳定律進(jìn)行分析．當(dāng)氣體經(jīng)歷多個(gè)質(zhì)量發(fā)生變化的過(guò)程時(shí)，可以分段應(yīng)用玻意耳定律進(jìn)行列方程，也可以把發(fā)生變化的所有氣體作為研究對(duì)象，應(yīng)用玻意耳定律列方程．氣體等溫變化的p-V圖象eq\a\vs4\al([先填空])一、等溫變化一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變時(shí)其壓強(qiáng)隨體積的變化而變化，把這種變化叫做等溫變化．二、氣體等溫變化的p-V圖象1．p-V圖象：一定質(zhì)量的氣體的p-V圖象為一條雙曲線，如圖8-1-3所示．圖8-1-3圖8-1-42．p-eq\f(1,V)圖象：一定質(zhì)量的氣體的p-eq\f(1,V)圖象為過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，如圖8-1-4.eq\a\vs4\al([再判斷])1．一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)跟體積成反比．(×)2．一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)跟體積成反比．(√)3．玻意耳定律適用于質(zhì)量不變，溫度變化的任何氣體．(×)eq\a\vs4\al([后思考])1．一定質(zhì)量的氣體，在p-V圖象中，等溫線上某點(diǎn)與兩坐標(biāo)軸連線形成的矩形面積有什么特點(diǎn)？【提示】根據(jù)pV＝恒量，各個(gè)矩形面積相等．2．如圖8-1-5所示，是一定質(zhì)量的氣體不同溫度下的兩條等溫線，如何判斷T1、T2的高低？圖8-1-5【提示】作壓強(qiáng)軸的平行線，與兩條等溫線分別交于兩點(diǎn)，兩交點(diǎn)處氣體的體積相等，則對(duì)應(yīng)壓強(qiáng)大的等溫線溫度高，即T1＜T2.eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])p-V圖象及p-eq\f(1,V)圖象上等溫線的物理意義1．一定質(zhì)量的氣體，其等溫線是雙曲線，雙曲線上的每一個(gè)點(diǎn)均表示一定質(zhì)量的氣體在該溫度下的一個(gè)狀態(tài)，而且同一條等溫線上每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的p、V坐標(biāo)的乘積都是相等的，如圖8-1-6甲所示．甲乙圖8-1-62．玻意耳定律pV＝C(常量)，其中常量C不是一個(gè)普通常量，它隨氣體溫度的升高而增大，溫度越高，常量C越大，等溫線離坐標(biāo)軸越遠(yuǎn)．如圖8-1-6乙所示，4條等溫線的關(guān)系為T4>T3>T2>T1.圖8-1-73．一定質(zhì)量氣體的等溫變化過(guò)程，也可以用p-eq\f(1,V)圖象來(lái)表示，如圖8-1-7所示．等溫線是一條延長(zhǎng)線通過(guò)原點(diǎn)的直線，由于氣體的體積不能無(wú)窮大，所以靠近原點(diǎn)附近處應(yīng)用虛線表示，該直線的斜率k＝eq\f(p,\f(1,V))＝pV∝T，即斜率越大，氣體的溫度越高．3．如圖8-1-8所示為一定質(zhì)量的氣體在不同溫度下的兩條等溫線，則下列說(shuō)法正確的是()圖8-1-8A．從等溫線可以看出，一定質(zhì)量的氣體在發(fā)生等溫變化時(shí)，其壓強(qiáng)與體積成反比B．一定質(zhì)量的氣體，在不同溫度下的等溫線是不同的C．一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，氣體壓強(qiáng)與體積的乘積越小D．由圖可知T1＞T2E．由圖可知T1＜T2【解析】由等溫線的物理意義可知，A、B正確；對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，氣體壓強(qiáng)與體積乘積越大，等溫線的位置越高，C、D錯(cuò)、E對(duì)．【答案】ABE4．如圖8-1-9所示是一定質(zhì)量的某種氣體狀態(tài)變化的p-V圖象，氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過(guò)程中，氣體的溫度和分子平均速率的變化情況的下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()圖8-1-9A．都一直保持不變B．溫度先升高后降低C．溫度先降低后升高D．平均速率先增大后減小E．平均速率先減小后增大【解析】由圖象可知，pAVA＝pBVB，所以A、B兩狀態(tài)的溫度相等，在同一等溫線上，可在p-V圖上作出幾條等溫線，如圖所示．由于離原點(diǎn)越遠(yuǎn)的等溫線溫度越高，所以從狀態(tài)A到狀態(tài)B溫度應(yīng)先升高后降低，分子平均速率先增大后減?。敬鸢浮緼CE5．(多選)如圖8-1-10所示是一定質(zhì)量的某氣體狀態(tài)變化的p-V圖象，則下列說(shuō)法正確的是()圖8-1-10A．氣體做的是等溫變化B．氣體的壓強(qiáng)從A到B一直減小C．氣體的體積從A到B一直增大D．氣體的三個(gè)狀態(tài)參量一直都在變E．從A到B溫度先降低后升高【解析】一定質(zhì)量的氣體的等溫過(guò)程的p-V圖象即等溫線是雙曲線中的一支，顯然題圖所示AB圖線不是等溫線，AB過(guò)程不是等溫變