第06讲 气体的等温变化【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第三册）

第06讲 气体的等温变化 ( 目标导航 ) 课程标准 课标解读 1.通过实验，了解气体实验定律。知道理想气体模型。 2.能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律。 1.知道什么是等温变化。 2.会测量气体的压强与体积，能作出气体的p－V图像、p－图像，并通过图像得出等温情况下p、V的关系。 3.知道玻意耳定律的内容、表达式及适用条件。 4.能运用玻意耳定律对有关问题进行分析、计算。 5.了解p－V图像、p－图像的物理意义。 ( 知识精讲 ) 知识点01 实验：探究气体等温变化的规律 （一）等温变化 一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系． （二）实验思路 在保证密闭注射器中气体的质量和温度不变的条件下，通过改变密闭注射器中气体的体积，由压力表读出对应气体的压强值，进而研究在恒温条件下气体的压强与体积的关系． （三）实验器材 带铁夹的铁架台、注射器、柱塞(与压力表密封连接)、压力表、橡胶套、刻度尺． （四）物理量的测量 1．如图所示组装实验器材． 2．利用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭． 3．把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据．空气柱的长度l可以通过刻度尺读取，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.空气柱的压强p可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取． （五）数据分析 1．作p－V图像 以压强p为纵坐标，以体积V为横坐标，用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘出等温曲线，如图所示．观察p－V图像的特点看能否得出p、V的定量关系． 2．作p－图像 以压强p为纵坐标，以为横坐标，在坐标纸上描点．如果p－图像中的各点位于过原点的同一条直线上，就说明压强p跟成正比，即压强与体积成反比．如果不在同一条直线上，我们再尝试其他关系． 3．实验结论：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，其压强与体积的倒数成正比． （六）注意事项 1．改变气体体积时，要缓慢进行； 2．实验过程中，不要用手接触注射器的外壁； 3．实验前要在柱塞上涂抹润滑油； 4．读数时视线要与柱塞底面平行； 5．作p－图像时，应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布于直线两侧，偏离太大的点应舍弃掉。 【即学即练1】利用图装置验证气体等温变化实验规律，用一个带两根细管的橡皮塞塞紧烧瓶的瓶口，压强传感器通过其中一根不带阀门的细管连通烧瓶中的空气，另一根带阀门的细管连通注射器。开始时阀门处于关闭状态，注射器针筒的最大刻度线到阀门之间充满了水。实验时打开阀门，缓慢推动注射器活塞向烧瓶内注入水。根据注射器刻度记录注入水的体积V，同时记录对应气体的压强p值，得到多组实验数据。利用图像法处理数据得到甲图。 （1）甲图中的纵坐标为___________（填“V”或“”），利用甲图中的数据可得烧瓶的体积为___________； （2）通过对实验装置的不断完善，可准确测出气体的体积V'，做出p—V'图像如图乙，图线在V1、V2之间所围的面积的物理意义是___________； （3）某同学在处理数据时发现pV'乘积随压强p增大而变小，导致这个现象的原因是___________。 【答案】V b 气体体积从V2减小到V1过程中外界对气体做的功的大小 ①装置出现漏气，②环境温度降低 【解析】（1）[1]设烧瓶的根据理想气体状态方程 可得 则一定质量的理想气体发生等温过程，图像构成线性函数，则甲图中的纵坐标为注入的体积； [2] 图像的纵截距表示烧瓶的体积，则 （2）[3]由功的计算公式可知 W=Fl=pSl=pV 即pV的乘积表示气体体积变化时所做的功，图线在V1、V2之间所围的面积的物理意义表示：气体体积从V2减小到V1过程中外界对气体做的功的大小； （3）[4]某同学在处理数据时发现pV'乘积随压强p增大而变小，即变小，导致这个现象的原因是①装置出现漏气，②环境温度降低。 知识点02 气体的等温变化 玻意耳定律 1．内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比； 2．公式：pV＝C或p1V1＝p2V2 3．条件：气体的质量一定，温度不变。 【知识拓展】 （一）封闭气体压强的计算 1．取等压面法 同种液体在同一深度向各个方向的压强相等，在连通器中，灵活选取等压面，利用同一液面压强相等求解气体压强．如图甲所示，同一液面C、D两处压强相等，故pA＝p0＋ph；如图乙所示，M、N两处压强相等，从左侧管看有pB＝pA＋ph2，从右侧管看，有pB＝p0＋ph1 2．力平衡法 选与封闭气体接触的活塞、汽缸或液体为研究对象进行受力分析，由平衡条件列式求气体压强。 （二）玻意耳定律 1．常量的意义：p1V1＝p2V