2022年人教版選修性必修第3冊高中物理同步講義：氣體的等溫變化（解析版）

第06講氣體的等溫變化

0目標導航

課程標準課標解讀

1.知道什么是等溫變化。

2.會測量氣體的壓強與體積，能作出氣體的p-V圖像、

1.通過實驗，了解氣體實驗定律。知道理P—；圖像，并通過圖像得出等溫情況下p、V的關系。

想氣體模型。

2.能用分子動理論和統(tǒng)計觀點解釋氣體壓3.知道玻意耳定律的內容、表達式及適用條件。

強和氣體實驗定律。4.能運用玻意耳定律對有關問題進行分析、計算。

5.了解p—「圖像、。一3圖像的物理意義。

冊”知識精講

知識點01實驗：探究氣體等溫變化的規(guī)律

（一）等溫變化

一定質量的氣體，在溫度不變的條件下，其壓強與體積變化時的關系.

（二）實驗思路

在保證密閉注射器中氣體的質量和溫度不變的條件下，通過改變密閉注射器中氣體的體積，由壓力表讀出

對應氣體的壓強值，進而研究在恒溫條件下氣體的壓強與體積的關系.

（三）實驗器材

帶鐵夾的鐵架臺、注射器、柱塞（與壓力表密封連接）、壓力表、橡膠套、刻度尺.

（四）物理量的測量

1.如圖所示組裝實驗器材.

2.利用注射器選取一段空氣柱為研究對象，注射器下端的開口有橡膠套，它和柱塞一起把一段空氣柱封閉.

3.把柱塞緩慢地向下壓或向上拉，讀取空氣柱的長度與壓強的幾組數據.空氣柱的長度1可以通過刻度尺

讀取，空氣柱的長度1與橫截面積S的乘積就是它的體積V.空氣柱的壓強p可以從與注射器內空氣柱相連

的壓力表讀取.

（五）數據分析

I.作P—V圖像

以壓強P為縱坐標，以體積V為橫坐標，用采集的各組數據在坐標紙上描點，繪出等溫曲線，如圖所示.觀

察P—V圖像的特點看能否得出P、V的定量關系.

-LLLL_LLLL」SL」」」」.」」」」一

-LULL-LLLJ■一■LS，-』」」」-」」」」一

-LLLL一1LJ.J.J._-L」」」-」」」」_

J

_LLLL-LLL1..1111.J-lJJ.JJJJ

-LLILLJJJJ

-LLIJL_LLLL_1J.1J.一」」」」-JJJJ

-LLL1L_LLLL」J_1J■一』」」」.」」」」

-rrriX------TTT7

-rrrn_rrrr?TTTT

~rrrr5rrrr■TTTTr

一廠「「「Wrrr一TTTTT~rr

——

——

—

—

—

□^^—I1「-

「「

「「

LrrTTTTT1T「LL

T

「「

「「

Lrrr%TTTT7m「LL

「「

「「

LrrrTTTT「LL

LrrTTTl

「

「「

rT「LL

r「

Rr「F「「

-rt-rr-

RrrF-「「

-t-rrrRrTT-TT

TrTT-TT

++++■TTTT

+++4-44-1-1

-1-4-4-4-4-4--I-4-444-1

4-4-4-4-44-1-1

oV

2.作p一（圖像

以壓強P為縱坐標，以（為橫坐標，在坐標紙上描點.如果P—；圖像中的各點位于過原點的同一條直線上,

就說明壓強P跟"成正比，即壓強與體積成反比.如果不在同一條直線上，我們再嘗試其他關系.

-LLLL-LLLL」」」」_-LLLL

-LLLL一_1_1」_1一

」」」」_

_ULLL_LLL￡..1±1J..」」」」-」」」」一

Illi

-LLLL

-LLLL-LLLL..1111.」」」」

_LLLL-LLLL.J.11L」」」」

llll

||Wl

一3Tr

才rIr

-rrrr■rrrrTTTT'IT「-r

TTTTTT

~rrrr-rrrr'「r「

"rrrr■rrrrTTTT'TT

—

—

—II——

-rrrr「-LL

■rrrr

rrr「-

-rr-LL

-rrr「LL

rrr-rrrrTT■T-r-r-i--

-^r「LL

i^-rrrrT--m-i-

-'，，，

-rrriR「-二L

-rrr-rri-r：在，T-L

-HrrT-匚L

rrH1■一■?-+++--t-n-t-T-L

-?-4-4-4-++++-4-H-I-

O

V

3.實驗結論：一定質量的某種氣體，在溫度不變的情況下，其壓強與體積的倒數成正比.

（六）注意事項

1.改變氣體體積時，要緩慢進行；

2.實驗過程中，不要用手接觸注射器的外壁；

3.實驗前要在柱塞上涂抹潤滑油；

4.讀數時視線要與柱塞底面平行；

5.作p—；圖像時，應使盡可能多的點落在直線上，不在直線上的點應均勻分布于直線兩側，偏離太大的點

應舍棄掉。

【即學即練1】利用圖裝置驗證氣體等溫變化實驗規(guī)律，用一個帶兩根細管的橡皮塞塞緊燒瓶的瓶口，壓強

傳感器通過其中一根不帶閥門的細管連通燒瓶中的空氣，另一根帶閥門的細管連通注射器。開始時閥門處

于關閉狀態(tài)，注射器針筒的最大刻度線到閥門之間充滿了水。實驗時打開閥門，緩慢推動注射器活塞向燒

瓶內注入水。根據注射器刻度記錄注入水的體積匕同時記錄對應氣體的壓強/值，得到多組實驗數據。利

用圖像法處理數據得到甲圖。

_______閥門____________

"［「丁丹/壓強傳感器］一）

數

據

采

集

器

甲乙

（1）甲圖中的縱坐標為（填▽或十），利用甲圖中的數據可得燒瓶的體積為；

（2）通過對實驗裝置的不斷完善，可準確測出氣體的體積M,做出p—V圖像如圖乙，圖線在Vi、V2之間

所圍的面積的物理意義是；

（3）某同學在處理數據時發(fā)現(xiàn)乘積隨壓強p增大而變小，導致這個現(xiàn)象的原因是=

【答案】丫b氣體體積從V2減小到Vi過程中外界對氣體做的功的大小①裝置出現(xiàn)漏氣，②環(huán)

境溫度降低

【解析】(1)口]設燒瓶的根據理想氣體狀態(tài)方程

p(V0-V)=nRT

可得

V=V0-nRT-

P

則一定質量的理想氣體發(fā)生等溫過程，丫-L圖像構成線性函數，則甲圖中的縱坐標為注入的體積V；

P

[2]圖像的縱截距表示燒瓶的體積，則

P

Vo=b

(2)[引由功的計算公式可知

W=Fl=pSl=pV

即py的乘積表示氣體體積變化時所做的功，圖線在打、上之間所圍的面積的物理意義表示：氣體體積從

L減小到山過程中外界對氣體做的功的大??；

(3)[4]某同學在處理數據時發(fā)現(xiàn)pM乘積隨壓強p增大而變小，即〃RT變小，導致這個現(xiàn)象的原因是①裝

置出現(xiàn)漏氣，②環(huán)境溫度降低。

知識點02氣體的等溫變化

玻意耳定律

1.內容：一定質量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強P與體積v成反比；

2.公式：pV=C或pNi=p2V2

3.條件：氣體的質量一定，溫度不變。

【知識拓展】

(一)封閉氣體壓強的計算

1.取等壓面法

同種液體在同一深度向各個方向的壓強相等，在連通器中，靈活選取等壓面，利用同一液面壓強相等求解

氣體壓強.如圖甲所示，同一液面C、D兩處壓強相等，故口=6+削；如圖乙所示，M、N兩處壓強相等，

從左側管看有PB=PA+Ph2,從右側管看，有PB=P?+Phl

z

A人

c

?

A

自

<

B

乙

甲

平衡法

2.力

壓強。

求氣體

件列式

平衡條

析，由

受力分

象進行

研究對

液體為

汽缸或

活塞、

接觸的

閉氣體

選與封

定律

玻意耳

（二）

高,

度越

體，溫

的氣

質量

一定

，對

有關

溫度

量、

類、質

的種

氣體

C與

常量

C,該

P2V2=

l%=

義：P

的意

常量

1.

。

越大

量C

則常

驟：

般步

的一

解題

定律

意耳

應用玻

2.

件；

的條

定律

意耳

滿足玻

斷是否

并判

象，

究對

定研

（1）確

；

、V）

；pz

i、％

量（p

態(tài)參

及狀

狀態(tài)

、末

定初

（2）確

2

；

單位）

意統(tǒng)一

解.（注

程求

列方

定律

意耳

據玻

（3）根

。

說明

斷和

的判

必要

作出

件，

含條

析隱

意分

（4）注

圖像

p—；

像或

-V圖

的p

變化

等溫

氣體

（三）

圖像

p-（

圖像

P-V

內容

P

P

1

圖像

特點

0

0

V