高中物理第八章氣體第1節(jié)氣體的等溫變化課件新人教版選修3-

第八章氣體〔情景切入〕空氣是地球上的動(dòng)植物生存的必要條件。動(dòng)物呼吸、植物光合作用都離不開(kāi)空氣；大氣層可以使地球上的溫度保持相對(duì)穩(wěn)定，如果沒(méi)有大氣層，白天溫度會(huì)很高，而夜間溫度會(huì)很低；風(fēng)、云、雨、雪的形成都離不開(kāi)大氣。假設(shè)沒(méi)有空氣，我們的地球上將是一片荒蕪的沙漠，沒(méi)有一絲生機(jī)。為更好地認(rèn)識(shí)我們賴(lài)以生存的空氣就需要掌握氣體的性質(zhì)和變化規(guī)律。〔知識(shí)導(dǎo)航〕本章知識(shí)是熱學(xué)部分的重要內(nèi)容，研究的是氣體實(shí)驗(yàn)三定律、理想氣體狀態(tài)方程以及對(duì)氣體熱現(xiàn)象的微觀解釋。本章可分為兩個(gè)單元：第一單元為前三節(jié)，介紹理想氣體的三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律和在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出的理想氣體狀態(tài)方程。第二單元為第四節(jié)，學(xué)習(xí)用分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律進(jìn)行具體和比較詳細(xì)的解釋。本章重點(diǎn)：理想氣體狀態(tài)方程。本章難點(diǎn)：氣體熱現(xiàn)象的微觀意義?！矊W(xué)法指導(dǎo)〕本章的學(xué)習(xí)內(nèi)容，是分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)的一次具體應(yīng)用。學(xué)習(xí)本章知識(shí)，要注重兩個(gè)方面：一是通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)氣體的宏觀規(guī)律，并能靈活應(yīng)用這些規(guī)律解決氣體的狀態(tài)變化問(wèn)題；二是能用分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)解釋這些規(guī)律。同時(shí)，對(duì)理想氣體這種理想化模型也要能從宏觀、微觀兩個(gè)角度加深理解。第一節(jié)氣體的等溫變化【素養(yǎng)目標(biāo)定位】※※掌握玻意耳定律的內(nèi)容、表達(dá)式及適用條件※了解p－V圖象的物理意義【素養(yǎng)思維脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋知識(shí)點(diǎn)11．氣體的狀態(tài)參量研究氣體的性質(zhì)時(shí)常用氣體的________、________和體積，這三個(gè)參量來(lái)描述氣體的狀態(tài)。2．等溫變化一定質(zhì)量的氣體，在____________的條件下其壓強(qiáng)與________變化時(shí)的關(guān)系。等溫變化溫度

壓強(qiáng)

溫度不變

體積

知識(shí)點(diǎn)21．實(shí)驗(yàn)器材如圖所示，有鐵架臺(tái)，帶壓力表的注射器、鐵夾等。2．研究對(duì)象注射器內(nèi)______________________。3．?dāng)?shù)據(jù)收集空氣柱的壓強(qiáng)p由上方的__________讀出，體積V用刻度尺上讀出的空氣柱的________乘以氣柱的____________計(jì)算。用手把柱塞向下或向上拉，讀出體積與壓強(qiáng)的幾組值。實(shí)驗(yàn)：探究等溫變化的規(guī)律被封閉的一段空氣柱

壓力表

長(zhǎng)度l

橫截面積S

壓強(qiáng)p

正

反

知識(shí)點(diǎn)31．內(nèi)容一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)p與體積V成______比。2．公式______＝C，或p1V1＝________。3．適用條件氣體的質(zhì)量一定，溫度不變。玻意耳定律反

pV

p2V2

知識(shí)點(diǎn)4為了直觀地描述壓強(qiáng)p跟體積V的關(guān)系，通常建立________坐標(biāo)系，如圖所示。圖線的形狀為_(kāi)_________。由于它描述的是溫度不變時(shí)的p－V關(guān)系，因此稱(chēng)它為_(kāi)_________。一定質(zhì)量的氣體，不同溫度下的等溫線是________的。氣體等溫變化的p－V圖象p－V

雙曲線

等溫線

不同

『判一判』(1)玻意耳定律是英國(guó)科學(xué)家玻意耳和法國(guó)科學(xué)家馬略特各自通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。 (

)(2)公式pV＝C中的C是常量，指當(dāng)p、V變化時(shí)C的值不變。 (

)(3)對(duì)于溫度不同、質(zhì)量不同、種類(lèi)不同的氣體，C值是相同的。 (

)(4)在探究氣體的等溫變化實(shí)驗(yàn)中空氣柱體積變化快慢對(duì)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有影響。

(

)(5)氣體等溫變化的p－V圖象是一條傾斜的直線。 (

)(6)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與體積V成正比。 (

)√×××××辨析思考『選一選』(多選)下列圖中，p表示壓強(qiáng)，V表示體積，T為熱力學(xué)溫度，各圖中正確描述一定質(zhì)量的氣體是等溫變化的是(

)解析：氣體的等溫變化指的是一定質(zhì)量的氣體在溫度不變的情況下，氣體壓強(qiáng)與體積成反比，BC正確，D錯(cuò)誤；溫度不變，A正確。ABC

『想一想』借助鉛筆，把氣球塞進(jìn)一只瓶子里，并拉出氣球的吹氣口，反扣在瓶口上，如圖所示，然后給氣球吹氣，無(wú)論怎么吹，氣球不過(guò)大了一點(diǎn)，想把氣球吹大，非常困難，為什么？答案：由題意“吹氣口反扣在瓶口上”可知瓶?jī)?nèi)封閉著一定質(zhì)量的空氣。當(dāng)氣球稍吹大時(shí)，瓶?jī)?nèi)空氣的體積縮小，根據(jù)氣體壓強(qiáng)、體積的關(guān)系，空氣的壓強(qiáng)增大，阻礙了氣球的膨脹，因而再要吹大氣球是很困難的。課內(nèi)互動(dòng)探究封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算探究一

思考討論1如圖所示，玻璃管中都灌有水銀，且水銀柱都處在平衡狀態(tài)，大氣壓相當(dāng)于76cm高的水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)。(1)靜止或勻速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中氣體的壓強(qiáng)，一般采用什么方法求解？(2)圖中被封閉氣體A的壓強(qiáng)各是多少？提示：(1)選與封閉氣體接觸的液柱(或活塞、汽缸)為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，列平衡方程求氣體壓強(qiáng)。(2)①pA＝p0－ph＝71cmHg②pA＝p0－ph＝66cmHg③pA＝p0＋ph＝(76＋10×sin30°)cmHg＝81cmHg④pA＝p0－ph＝71cmHg

pB＝pA－ph＝66cmHg歸納總結(jié)1．容器靜止時(shí)求封閉氣體的壓強(qiáng)(1)求由液體封閉的氣體壓強(qiáng)，應(yīng)選擇最低液面列壓強(qiáng)平衡方程。(2)在考慮與氣體接觸的液柱所產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)時(shí)，應(yīng)特別注意液柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)ρgh中的h是表示豎直高度(不是傾斜長(zhǎng)度)。(3)連通器原理：在連通器中同一液體(中間液體不間斷)的同一水平液面上壓強(qiáng)是相等的。(4)求由固體封閉(如氣缸或活塞封閉)氣體的壓強(qiáng)，應(yīng)對(duì)此固體(氣缸或活塞)進(jìn)行受力分析，列合力平衡方程。2．容器加速時(shí)求封閉氣體的壓強(qiáng)恰當(dāng)?shù)剡x擇研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析，然后依據(jù)牛頓第二定律列式求封閉氣體的壓強(qiáng)，把求解壓強(qiáng)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為動(dòng)力學(xué)問(wèn)題求解。特別提醒壓強(qiáng)關(guān)系的實(shí)質(zhì)反應(yīng)力的關(guān)系，力的關(guān)系由物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)確定。典例1典例剖析 (2020·山東省淄川中學(xué)高二下學(xué)期段考)如圖所示，一個(gè)橫截面積為S的圓筒形容器豎直放置，金屬圓板的上表面是水平的，下表面是傾斜的，下表面與水平面的夾角為θ，圓板的質(zhì)量為M，不計(jì)圓板與容器內(nèi)壁的摩擦。若大氣壓強(qiáng)為p0，則被圓板封閉在容器中的氣體的壓強(qiáng)等于(

)D

解題指導(dǎo)：當(dāng)由液體或固體(活塞)封閉一部分氣體，而且處于平衡狀態(tài)時(shí)，確定氣體的壓強(qiáng)，可以以封閉氣體的液體或固定為研究對(duì)象，分析其受力情況，由平衡條件列出方程，從而求得氣體的壓強(qiáng)。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1.如圖所示的是醫(yī)院用于靜脈滴注的裝置示意圖，倒置的輸液瓶上方有一氣室A，密封的瓶口處的軟木塞上插有兩根細(xì)管，其中a管與大氣相通，b管為輸液軟管，中間又有一氣室B，而其c端則通過(guò)針頭接人體靜脈。(1)若氣室A、B中的壓強(qiáng)分別為pA、pB則它們與外界大氣壓強(qiáng)p0間的大小關(guān)系應(yīng)為_(kāi)_____________；(2)當(dāng)輸液瓶懸掛高度與輸液軟管內(nèi)徑確定的情況下，藥液滴注的速度是________。(填“越滴越快”、“越滴越慢”或“恒定”)pB>p0>pA

恒定

解析：(1)因a管與大氣相通，故可以認(rèn)為a管上端處壓強(qiáng)即為大氣壓強(qiáng)，這樣易得pA<p0，而pB>p0，即有pB>p0>pA。(2)當(dāng)輸液瓶懸掛高度與輸液軟管內(nèi)徑確定時(shí)，由于a管上端處的壓強(qiáng)與人體血管中的壓強(qiáng)都保持不變，故b管上方氣體部分的壓強(qiáng)也不變，所以藥液滴注的速度是恒定不變的。玻意耳定律探究二

思考討論2在一個(gè)恒溫池中，一串串氣泡由池底慢慢升到水面，有趣的是氣泡在上升過(guò)程中，體積逐漸變大，到水面時(shí)就會(huì)破裂。請(qǐng)思考：(1)上升過(guò)程中，氣泡內(nèi)氣體的溫度發(fā)生改變嗎？(2)上升過(guò)程中，氣泡內(nèi)氣體的壓強(qiáng)怎么改變？(3)氣泡在上升過(guò)程中體積為何會(huì)變大？提示：(1)因?yàn)樵诤銣爻刂校詺馀輧?nèi)氣體的溫度保持不變。(2)變小。(3)由玻意耳定律pV＝C可知，壓強(qiáng)變小，氣體的體積增大。歸納總結(jié)3．氣體等溫變化的兩種圖象4.利用玻意耳定律解題的基本思路(1)明確研究對(duì)象根據(jù)題意確定所研究的氣體，質(zhì)量不變，溫度不變，有時(shí)氣體的質(zhì)量發(fā)生變化時(shí)，需通過(guò)設(shè)想，把變質(zhì)量轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量，才能應(yīng)用玻意耳定律。(2)明確狀態(tài)參量即找出氣體狀態(tài)變化前后的兩組p、V值。(3)列方程、求解因?yàn)槭潜壤?，?jì)算中只需使相應(yīng)量(p1、p2及V1、V2)的單位統(tǒng)一，不一定用國(guó)際單位制的單位。(4)檢驗(yàn)結(jié)果，在等溫變化中，有時(shí)列方程求解會(huì)得到兩個(gè)結(jié)果，應(yīng)通過(guò)合理性的檢驗(yàn)決定取舍。典例剖析

農(nóng)村常用來(lái)噴射農(nóng)藥的壓縮噴霧器的結(jié)構(gòu)如圖所示，A的容積為7.5L，裝入藥液后，藥液上方體積為1.5L，關(guān)閉閥門(mén)K，用打氣筒B每次打進(jìn)105Pa的空氣250cm3。求：(1)要使藥液上方氣體的壓強(qiáng)為4×105Pa，打氣筒活塞應(yīng)打幾次？(2)當(dāng)A中有4×105Pa的空氣后，打開(kāi)閥門(mén)K可噴射藥液，直到不能?chē)娚鋾r(shí)，噴射器剩余多少體積的藥液。典例2解題指導(dǎo)：向噴霧器容器A中打氣，是一個(gè)等溫壓縮過(guò)程。按實(shí)際情況，在A中裝入藥液后，藥液上方必須留有空間，而已知有105Pa的空氣1.5L，把這部分空氣和歷次打入的空氣一起作為研究對(duì)象，變質(zhì)量問(wèn)題便轉(zhuǎn)化成了定質(zhì)量問(wèn)題。向A中打入空氣后，打開(kāi)閥門(mén)K噴射藥液，A中空氣則經(jīng)歷了一個(gè)等溫膨脹過(guò)程，根據(jù)兩過(guò)程中氣體的初、末狀態(tài)量，運(yùn)用玻意耳定律，便可順利求解本題。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2．(2020·湖北省部分重點(diǎn)高中高二下學(xué)期期中)如圖，水平放置的導(dǎo)熱氣缸被導(dǎo)熱活塞隔成左右兩部分，兩部分氣體a和b為同種理想氣體，活塞靜止時(shí)到左右兩側(cè)的距離之比為1∶2，活塞質(zhì)量為m、面積為S，活塞可無(wú)摩擦左右移動(dòng)。現(xiàn)在把氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)90度，a在上、b在下，結(jié)果活塞正好在氣缸中間。已知?dú)怏w溫度始終不變，求開(kāi)始時(shí)氣體a的壓強(qiáng)是多少？核心素養(yǎng)提升探究氣體等溫變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn) (2020·上海市建平中學(xué)高二下學(xué)期期中)用DIS研究一定質(zhì)量氣體在溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)與體積關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)步驟如下：案例在注射器活塞上涂潤(rùn)滑油

移動(dòng)活塞要緩慢