高中物理選修3-3-《氣體》整章

第八章《氣體》高中物理選修3－3第1頁1、溫度熱力學(xué)溫度T：開爾文T=t＋273K2、體積體積V單位：有L、mL等3、壓強壓強p單位：Pa（帕斯卡）復(fù)習(xí)氣體狀態(tài)參量第2頁怎樣確定氣體狀態(tài)參量呢？溫度（T）----------溫度計體積（V）----------容器容積壓強（p）----------氣壓計第3頁探究方法：控制變量法第4頁第八章《氣體》8.1氣體等溫改變——波意耳定律第5頁問題引入生活實例：夏天打足氣自行車在烈日下曝曬，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？原因是什么動手：用一個注射器密閉一定質(zhì)量空氣，遲緩?fù)七M活塞，同學(xué)們觀察活塞中空氣體積改變？思索壓強改變？氣體狀態(tài)改變：(P1、V1、T1)

(P1、V1、T1)第6頁一、氣體等溫改變：氣體在溫度不變狀態(tài)下，發(fā)生改變叫做等溫改變。第7頁試驗探究猜測一定質(zhì)量氣體，在溫度不變時，其壓強與體積之間有何關(guān)系？試驗探究

研究對象是什么？怎樣控制氣體質(zhì)量m、溫度T保持不變

怎樣改變壓強P、體積V怎樣測量壓強P、體積V？采取儀器

移動注射器，氣體壓強傳感器第8頁試驗：探究氣體等溫改變規(guī)律設(shè)計試驗數(shù)據(jù)處理（測量哪些物理量）（猜測）體積、壓強圖像法乘積一定注意事項（溫度不變）第9頁第10頁動手體驗定性關(guān)系（等溫改變過程中壓強與體積關(guān)系）（二）試驗探究結(jié)論：V減小，P增大猜測：P、V反比第11頁定量研究：設(shè)計一個試驗研究一定質(zhì)量氣體在等溫改變過程中壓強與體積定量關(guān)系（二）試驗探究1、試驗中研究對象是什么？2、怎樣控制氣體質(zhì)量m、溫度T保持不變？3、怎樣改變壓強P、體積V？4、怎樣測量壓強P、體積V？猜測：P、V反比第12頁Mm橫截面積S(M+m)gPsP0s第13頁h玻意耳試驗示意圖第14頁第15頁氣體定律演示儀第16頁主要步驟：1、密封一定質(zhì)量氣體。2、改變氣體體積，統(tǒng)計氣體長度和該狀態(tài)下壓強大小。3、數(shù)據(jù)處理。注意事項：1、盡可能防止漏氣。2、不要用手握住玻璃管。3、移動活塞要遲緩。第17頁數(shù)據(jù)采集P增大，V減小，P,V間到底什么關(guān)系？猜測！氣體狀態(tài)參量012345氣體體積氣體壓強室內(nèi)溫度:

思索與討論第18頁試驗數(shù)據(jù)處理試驗次數(shù)12345壓強（×105Pa)3.02.52.01.51.0體積(L)1.31.62.02.74.0第19頁p/10Pa5V12301234試驗作P，V圖像，觀察結(jié)果第20頁p/10Pa51/V12300.20.40.60.8試驗作P，1/V圖像，觀察結(jié)果第21頁探究結(jié)論：

在溫度不變時，壓強p和體積V成反比。第22頁

一定質(zhì)量氣體，在溫度不變情況下，它壓強跟體積成反比。二、玻意耳定律1、內(nèi)容：2、表示式：3、圖像：P1/VPV第23頁4、條件:氣體質(zhì)量一定且溫度不變5、適用范圍：溫度不太低，壓強不太大第24頁p/10Pa5V12301234第25頁（1）、特點:①等溫線是雙曲線一支。②溫度越高,其等溫線離原點越遠.

同一氣體，不一樣溫度下等溫線是不一樣，你能判斷那條等溫線是表示溫度較高情形嗎？你是依據(jù)什么理由作出判斷？Vp1230結(jié)論:t3>t2>t1第26頁（2）、圖象意義:①物理意義:反應(yīng)壓強隨體積改變關(guān)系②點意義:每一組數(shù)據(jù)---反應(yīng)某一狀態(tài)P1/VPV第27頁利用玻意耳定律解題思緒（1）明確研究對象（氣體）；（2）分析過程特點，判斷為等溫過程；（3）列出初、末狀態(tài)p、V值；（4）依據(jù)p1V1=p2V2列式求解；第28頁第29頁第30頁例題：一定質(zhì)量氣體體積是20L時，壓強為1×105Pa。當(dāng)氣體體積減小到16L時，壓強為多大？設(shè)氣體溫度保持不變。

答案：1.25×105Pa第31頁如圖所表示，汽缸內(nèi)封閉著一定溫度氣體，氣體長度為12cm?；钊|(zhì)量為20kg，橫截面積為100cm2。已知大氣壓強為1×105Pa。求：汽缸開口向上時，氣體長度。第32頁解：以缸內(nèi)封閉氣體為研究對象，初態(tài)：末態(tài)：由玻意耳定律得由活塞受力平衡得：第33頁如圖所表示，汽缸內(nèi)封閉著一定溫度氣體，氣體長度為12cm?；钊|(zhì)量為20kg，橫截面積為100cm2。已知大氣壓強為1×105Pa。求：汽缸開口向下時，氣體長度。第34頁

例題：一定質(zhì)量氣體由狀態(tài)A變到狀態(tài)B過程如圖所表示，A、B位于同一雙曲線上，則此改變過程中，溫度（）

A、一直下降B、先上升后下降

C、先下降后上升D、一直上升

B第35頁第36頁第37頁第38頁第39頁第40頁第41頁如圖所表示，長為1m，開口豎直向上玻璃管內(nèi)，封閉著長為15cm水銀柱，封閉氣體長度為20cm，已知大氣壓強為75cmHg，求：（1）玻璃管水平放置時，管內(nèi)氣體長度。（2）玻璃管開口豎直向下時，管內(nèi)氣體長度。

（假設(shè)水銀沒有流出）15cm20cm練習(xí)3第42頁解：(1)以管內(nèi)氣體為研究對象，管口豎直向上為初態(tài):

設(shè)管橫截面積為S，則

P1=75＋15＝90cmHgV1=20S

水平放置為末態(tài)，P2=75cmHg

由玻意耳定律P1V1=P2V2得：

V2=P1V1／P2=（90×20S）／75=24S

所以，管內(nèi)氣體長24cm(2)以管口豎直向上為初態(tài)，管口豎直向下為末態(tài)

P2=75－15＝60cmHg

由玻意耳定律得：V2=P1V1／P2＝30S

所以，管內(nèi)氣體長30cm

因為30cm＋15cm＜100cm，所以水銀不會流出第43頁第44頁第45頁例4.

某個容器容積是10L，所裝氣體壓強是20×105Pa。假如溫度保持不變，把容器開關(guān)打開以后，容器里剩下氣體是原來百分之幾？設(shè)大氣壓是1.0×105Pa。解

設(shè)容器原裝氣體為研究對象。初態(tài)

p1=20×105PaV1=10LT1=T末態(tài)

p2=1.0×105PaV2=？LT2=T由玻意耳定律

p1V1=p2V2得即剩下氣體為原來5％。就容器而言，里面氣體質(zhì)量變了，似乎是變質(zhì)量問題了，但若視容器中氣體出而不走，就又是質(zhì)量不變了。第46頁第47頁第48頁第49頁第50頁第51頁第52頁第53頁第八章《氣體》8.2氣體等容改變和等壓改變——查理定律、蓋·呂薩克定律第54頁結(jié)論：一定質(zhì)量氣體，保持體積不變，當(dāng)溫度升高時，氣體壓強增大；當(dāng)溫度降低時，氣體壓強減小。P0t0CP0T/K2730C圖象：

問題：酷熱夏天，假如將自行車內(nèi)胎充氣過足，停車時又沒能放在陰涼處，而是放在陽光下曝曬，這么極易爆裂，知道這是為何嗎？

答：曝曬過程中內(nèi)胎容積改變甚微，可認為容積不變；當(dāng)溫度升高時造成氣體壓強增大而使車胎爆裂.氣體等容改變第55頁一、氣體等容改變---查理定律一定質(zhì)量氣體，在體積不變情況下，它壓強與熱力學(xué)溫度成正比。2、公式：判斷哪條等容線表示是體積大?V1<V2體積越大，斜率越?。惑w積越小，斜率越大。1、內(nèi)容：3、圖象或（C是百分比常數(shù)）也可寫成或第56頁【課堂練習(xí)】1、密閉在容積不變?nèi)萜髦袣怏w，當(dāng)溫度降低時：

A、壓強減小，密度減??；

B、壓強減小，密度增大；

C、壓強不變，密度減小；

D、壓強減小，密度不變D第57頁2、以下關(guān)于一定質(zhì)量氣體等容改變說法中正確是：

A、氣體壓強改變量與攝氏溫度成正比；

B、氣體壓強與攝氏溫度成正比；

C、氣體壓強改變量與熱力學(xué)溫度成正比；

D、氣體壓強與熱力學(xué)溫度成正比。D【課堂練習(xí)】第58頁3、如圖所表示，為質(zhì)量恒定某種氣體P—T圖，A、B、C三態(tài)中體積最大狀態(tài)是：

A、A狀態(tài)

B、B狀態(tài)

C、C狀態(tài)

D、條件不足，無法確定ABC0PT●●●C【課堂練習(xí)】第59頁二、氣體等壓改變---蓋.呂薩克定律一定質(zhì)量氣體，在壓強不變情況下其體積V與熱力學(xué)溫度T成正比.2、公式：3、圖象不一樣壓強下等壓線，斜率越大，壓強越小.1、內(nèi)容：VT判斷哪條等壓線表示是壓強大?P1<P2或C為常量或第60頁【課堂訓(xùn)練】1、Ａ、Ｂ兩個氣缸中都充有質(zhì)量相同氧氣，其中Ｖ—Ｔ如圖所表示Ａ、Ａ容器中氧氣壓強較?。隆ⅲ氯萜髦醒鯕饷芏容^大Ｃ、兩容器中氣體密度相同Ｄ、兩容器中氣體溫度不一樣ABA第61頁第八章《氣體》8.3理想氣體狀態(tài)方程第62頁復(fù)習(xí)回顧【問題1】三大氣體試驗定律內(nèi)容是什么？公式：pV

=C12、査理定律：公式：1、玻意耳定律：3、蓋-呂薩克定律：公式：第63頁【問題2】這些定律適用范圍是什么？溫度不太低，壓強不太大.第64頁一.理想氣體

假設(shè)有這么一個氣體，它在任何溫度和任何壓強下都能嚴格地遵從氣體試驗定律,我們把這么氣體叫做“理想氣體”。理想氣體含有那些特點呢？1、理想氣體是不存在，是一個理想模型。2、在溫度不太低,壓強不太大時實際氣體都可看成是理想氣體。第65頁一定質(zhì)量理想氣體內(nèi)能僅由溫度決定,與氣體體積無關(guān).4、從能量上說：理想氣體微觀本質(zhì)是忽略了分子力，沒有分子勢能，理想氣體內(nèi)能只有分子動能。3、從微觀上說：分子間以及分子和器壁間，除碰撞外無其它作用力，分子本身沒有體積，即它所占據(jù)空間認為都是能夠被壓縮空間。第66頁【問題3】假如某種氣體三個狀態(tài)參量（p、V、T）都發(fā)生了改變，它們之間又遵從什么規(guī)律呢？第67頁如圖所表示，一定質(zhì)量某種理想氣體從A到B經(jīng)歷了一個等溫過程，從B到C經(jīng)歷了一個等容過程。分別用pA、VA、TA和pB、VB、TB以及pC、VC、TC表示氣體在A、B、C三個狀態(tài)狀態(tài)參量，那么A、C狀態(tài)狀態(tài)參量間有何關(guān)系呢？0pVABCTA=TB第68頁推導(dǎo)過程從A→B為等溫改變：由玻意耳定律pAVA=pBVB從B→C為等容改變：由查理定律0pVABC又TA=TBVB=VC解得：第69頁二、理想氣體狀態(tài)方程1、內(nèi)容：一定質(zhì)量某種理想氣體在從一個狀態(tài)改變到另一個狀態(tài)時，盡管p、V、T都可能改變，不過壓強跟體積乘積與熱力學(xué)溫度比值保持不變。2、公式：或3、使用條件:一定質(zhì)量某種理想氣體.4、氣體密度式：第70頁

一定質(zhì)量理想氣體，由初狀態(tài)（p1、V1、T1）改變到末狀態(tài)（p2、V2、T2）時，兩個狀態(tài)狀態(tài)參量之間關(guān)系為：方程含有普遍性第71頁第八章《氣體》8.4氣體熱現(xiàn)象微觀意義第72頁一.氣體分子運動特點1.氣體分子除了相互碰撞或與器壁碰撞外，不受力而做勻速直線運動2.某一時刻，向各個方向運動氣體分子數(shù)目都相等3.氣體分子做無規(guī)則運動，速率有大小，卻按一定規(guī)律分布氣體分子速率分布規(guī)律Ⅰ中間多，兩頭少Ⅱ?qū)€別分子而言，未必溫度越高速率越大Ⅲ溫度越高，占大百分比分子速率（區(qū)間）越大，說明分子運動越猛烈溫度是分子平均動能標(biāo)志第73頁

大量氣體分子速率是按一定規(guī)律分布，呈“中間多，兩頭少”分布規(guī)律，且這個分布狀態(tài)與溫度相關(guān)，溫度升高時，平均速率會增大。盡管大量分子做無規(guī)則運動，速率有大有小，但分子速率卻按一定規(guī)律分布。第74頁二.氣體壓強微觀意義2.影響氣體壓強兩個原因:氣體分子平均動能氣體分子密集程度-----溫度-----體積1．產(chǎn)生原因是大量分子頻繁地碰撞器壁，就對器壁產(chǎn)生連續(xù)、均勻壓力．所以從分子動理論觀點看來，氣體壓強就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上平均作用力．微觀原因宏觀原因第75頁三、對氣體試驗定律微觀解釋玻意爾定律m一定T一定一定V變小n變大p變大宏觀微觀n：單位體積內(nèi)分子數(shù)第76頁查理定律m一定V一定n一定T升高p變大宏觀微觀變大三、對氣體試驗定律微觀解釋第77頁蓋-呂薩克定律m一定V變大n變小T升高宏觀微觀變大P不變可能三、對氣體試驗定律微觀解釋第78頁1.確定研究對象．被封閉氣體(滿足質(zhì)量不變條件)；2.寫出氣體狀態(tài)初態(tài)和末態(tài)狀態(tài)參量(p1，V1，T1)和(p2，V2，T2)數(shù)字或表示式；3.依據(jù)氣體狀態(tài)改變過程特點，列出對應(yīng)氣體公式(本節(jié)課中就是玻意耳定律公式)；4.將2種各量代入氣體公式中，求解未知量；5.對結(jié)果物理意義進行討論．用氣體定律解題步驟第79頁類型1.液體密封氣體2.容器密封氣體3.氣缸密封氣體氣體壓強計算:思緒方法步驟1.定對象2.分析力3.用規(guī)律整體部分缸體活塞密封氣體靜態(tài)∑F外=0動態(tài)∑F外=ma第80頁1.計算主要依據(jù)是液體靜止力學(xué)知識。液面下h深處壓強為p=gh。液面與外界大氣相接觸。則液面下h處壓強為p=p0+gh帕斯卡定律：加在密閉靜止液體（或氣體）上壓強能夠大小不變地由液體（或氣體）向各個方向傳遞（注意：適合用于密閉靜止液體或氣體）連通器原理：在連通器中，同一個液體（中間液體不間斷）同一水平面上壓強是相等。氣體壓強計算方法（一）——參考液片法第81頁2.計算方法步驟選取假想一個液體薄片（其自重不計）為研究對象分析液體兩側(cè)受力情況，建立力平衡方程，消去橫截面積，得到液片兩面?zhèn)葔簭娖胶夥匠探夥匠?，求得氣體壓強

靜止1234h已知大氣壓P0，水銀柱長均為h第82頁氣體壓強計算方法（二）——平衡條件法求用固體（如活塞等）封閉在靜止容器內(nèi)氣體壓強，應(yīng)對固體（如活塞等）進行受力分析。然后依據(jù)平衡條件求解。567mSMMmSMmS

已知大氣壓P0，水銀柱長均為h第83頁氣體壓強計算方法（三）——利用牛頓定律計算氣體壓強當(dāng)封閉氣體所在系統(tǒng)處于力學(xué)非平衡狀態(tài)時，欲求封閉氣體壓強，首先要選擇恰當(dāng)對象（如與氣體相關(guān)液體、活塞等）并對其進行正確受力分析（尤其注意分析內(nèi)外壓力）然后應(yīng)用牛頓第二定律列方程求解。不計一切摩擦89

FmSM自由下滑已知大氣壓P0，水銀柱長均為h第84頁例1

.將一端封閉均勻直玻璃管開口向下，豎直插入水銀中，當(dāng)管頂距槽中水銀面8cm時，管內(nèi)水銀面比管外水銀面低2cm．要使管內(nèi)水銀面比管外水銀面高2cm，應(yīng)將玻璃管豎直向上提起多少厘米？已知大氣壓強p0支持76cmHg，設(shè)溫度不變．第85頁分析：均勻直玻璃管、U形玻璃管、汽缸活塞中封閉氣體等溫過程是三種基本物理模型，所以在做題時必須掌握解題方法．在確定初始條件時，不論是壓強還是體積計算，都離不開幾何關(guān)系分析，那么，畫好始末狀態(tài)圖形，對解題便會有很大用．本題主要目標(biāo)就是怎樣去畫始末狀態(tài)圖形以找到幾何關(guān)系，來確定狀態(tài)參量．第86頁解：依據(jù)題意，由圖知P1=P0+2cmHg=78cmHgV1=(8+2)S=10S，p2=p0-2cmHg=74cmHg，V2=[(8+x)-2]·S=(6+x)S．依據(jù)玻意耳定律：P1V1=P2V2

代入數(shù)據(jù)解得玻璃管提升高度：x=4.54cm第87頁例2.

均勻U形玻璃管豎直放置，用水銀將一些空氣封在A管內(nèi)，當(dāng)A、B兩管水銀面相平時，大氣壓強支持72cmHg．A管內(nèi)空氣柱長度為10cm，現(xiàn)往B管中注入水銀，當(dāng)兩管水銀面高度差為18cm時，A管中空氣柱長度是多少？注入水銀柱長度是