第04章 第01节 气体实验定律-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（鲁科版选修3-3）

第1节　气体实验定律(第1课时) [目标定位]　1.知道玻意耳定律的内容，表达式及适用条件．　2.能运用玻意耳定律对有关问题进行分析，计算．　3.了解p－V图、p－图的物理意义． 一、气体的状态 1．状态参量：物理学中研究气体的性质时，通常用气体的压强、温度和体积这三个物理量来描述气体的状态． 2．研究方法：控制一个参量不变，研究另外两个变量之间关系的方法叫做控制变量法． 二、玻意耳定律(玻意耳—马略特定律) 1．内容：一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，压强与体积成反比． 2．公式：pV＝C或p1V1＝p2V2. 3．条件：气体的质量一定，温度保持不变． 4．图象： 图4－1－1 想一想　如图4－1－1所示，为同一气体在不同温度下的等温线，t1和t2哪一个大？ 答案　t1大于t2，因为体积相同时，温度越高，压强越大. 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、气体压强的求法 1．液柱封闭气体 等压法：同种液体在同一深度液体的压强相等，在连通器中，灵活选取等压面，利用两侧压强相等求解气体压强．如图4－1－2甲所示，同一液面C、D两处压强相等，故pA＝p0＋ph；如图4－1－2乙所示，M、N两处压强相等．故有pA＋ph2＝pB，从右侧管看，有pB＝p0＋ph1. 图4－1－2 2．活塞封闭气体 选与封闭气体接触的液柱或活塞为研究对象，进行受力分析，再利用平衡条件求压强．如图4－1－3甲所示，气缸截面积为S，活塞质量为M.在活塞上放置质量为m的铁块，设大气压强为p0，试求封闭气体的压强． 图4－1－3 以活塞为研究对象，受力如图4－1－3乙所示．由平衡条件得：Mg＋mg＋p0S＝pS，即：p＝p0＋. 图4－1－4 【例1】　如图4－1－4所示，竖直放置的U形管，左端开口，右端封闭，管内有a、b两段水银柱，将A、B两段空气柱封闭在管内．已知水银柱a长h1为10 cm，水银柱b两个液面间的高度差h2为5 cm，大气压强为75 cmHg，求空气柱A、B的压强分别是多少？ 答案　65 cmHg　60 cmHg 解析　设管的截面积为S，选a的下端面为参考液面，它受向下的压力为(pA＋h1)S，受向上的大气压力为p0S，由于系统处于静止状态，则(pA＋h1)S＝p0S， 所以pA＝p0－h1＝(75－10)cmHg＝65 cmHg， 再选b的左下端面为参考液面，由连通器原理知：液柱h2的上表面处的压强等于pB，则(pB＋h2)S＝pAS，所以pB＝pA－h2＝(65－5)cmHg＝60 cmHg. 借题发挥　(1)在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强p＝ρgh时，应特别注意h是表示液面竖直高度，不一定是液柱长度． (2)特别注意大气压强的作用，不要漏掉大气压强． 二、玻意耳定律的理解及应用 1．成立条件：(1)质量一定，温度不变． (2)温度不太低，压强不太大． 2．表达式：p1V1＝p2V2或pV＝常数或＝. 3．应用玻意耳定律解题的一般步骤 (1)确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律的条件． (2)确定初、末状态及状态参量(p1、V1，p2、V2)． (3)根据玻意耳定律列方程求解．(注意统一单位) (4)注意分析隐含条件，作出必要的判断和说明． 图4－1－5 【例2】　如图4－1－5所示，活塞的质量为m，缸套的质量为M，通过弹簧吊在天花板上，气缸内封住一定质量的气体，缸套和活塞间无摩擦，活塞面积为S，大气压强为p0，则封闭气体的压强为(　　) A．p＝p0＋ [来源:学科网ZXXK] B．p＝p0＋ C．p＝p0－ D．p＝ 答案　C 解析　以缸套为研究对象，有pS＋Mg＝p0S，所以封闭气体的压强p＝p0－，故应选C.对于活塞封闭气体类问题压强的求法，灵活选取研究对象会使问题简化． 图4－1－6 【例3】　(2014·重庆理综)如图图4－1－6为一种减震垫，上面布满了圆柱状薄膜气泡，每个气泡内充满体积为V0，压强为p0的气体，当平板状物品平放在气泡上时，气泡被压缩．若气泡内气体可视为理想气体，其温度保持不变，当体积压缩到V时气泡与物品接触面的面积为S，求此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力． 答案　p0S 解析　设压力为F，压缩后气体压强为p. 由p0V0＝pV和F＝pS得F＝p0S. 三、等温变化中p ­V图象和p ­图象的理解和应用 1．一定质量的气体，在p ­V图象中等温线是双曲线，双曲线上的每一个点，均表示一定质量的气体在该温度下的一个状态，而且同一条等温线上每个点对应的p、V坐标的乘积都是相等的．一定质量的气体在不同温度下的等温线是不同的双曲线，且pV乘积越大，温度越高，如图4－1－7所示：T2>T1. 图4－1－7 图4－1－8 2．一定质量气体的等温变化过程，也可以用p－图象来表示，如图4－1－8