(教用word)第2章 2 气体的等温变化-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册(人教版2019)

2　气体的等温变化 核心素养目标 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1．知道什么是等温变化 2．会用分子动理论对玻意耳定律作出定性解释 1．理解气体等温变化的p­V图像的物理意义，会用图像解决问题 2．会用玻意耳定律计算有关问题 通过观察实验，掌握玻意耳定律的内容和公式，知道玻意耳定律的适用条件 通过表格与图像对实验数据进行处理与分析，培养实事求是的科学态度，激发探索科学的兴趣 一、气体的等温变化 1．等温变化 一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强随体积的变化，叫作气体的等温变化。 2．探究气体等温变化的规律 (1)实验器材：铁架台、注射器、橡胶套、压力表(压强表)、刻度尺等。注射器下端用橡胶套密封，上端用柱塞封闭一段空气柱，这段空气柱是我们的研究对象。 (2)数据收集：空气柱的压强p由上方的压力表读出，体积V用通过刻度尺读出的空气柱长度l乘以空气柱的横截面积S。用手把柱塞向下压或向上拉，读取体积与压强的几组数据。 (3)数据处理：以压强p为纵坐标，以体积的倒数 为横坐标建立直角坐标系，将收集的各组数据描点作图，若图像是过原点的直线，说明压强跟体积的倒数成正比，即压强跟体积成反比。 二、玻意耳定律 1．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(常量)或p1V1＝p2V2。 (3)适用条件 ①气体质量不变、温度不变。 ②气体温度不太低、压强不太大。 2．气体等温变化的p­V图像 (1)p­V图像：一定质量的气体的p­V图像为双曲线的一支，如图甲所示。 (2)p­ 图像：一定质量的气体的p­ 图像为过原点的倾斜直线，如图乙所示。 (1)在探究气体压强、体积、温度三个状态参量之间的关系时采用控制变量法。 (　　) √ (2)一定质量的气体，三个状态参量中，至少有两个改变。 (　　) √ (3)玻意耳定律适用于质量不变、温度变化的任何气体。 (　　) √ (4)一定质量的气体，其压强与体积成反比。 (　　) √ (5)一定质量的气体，在温度不变的情况下，p­ 图像是一条过原点的直线。 (　　) √ (6)在温度不变的p­ 图像中，斜率越大的图线对应的温度越高。 (　　) √ 　　 　　封闭气体压强的计算 如图所示，汽缸置于水平地面上，汽缸横截面积为S，活塞质量为m，设大气压强为p0，重力加速度大小为g，试求封闭气体的压强。 提示：以活塞为研究对象，受力分析如图，由平衡条件得mg＋p0S＝pS，则p＝p0＋。 1．封闭气体压强的计算思路 (1)液柱封闭气体类：对液柱受力分析，若平衡，列平衡方程；若加速，列牛顿第二定律方程。 (2)活塞封闭气体类：对活塞或汽缸受力分析，若平衡，列平衡方程；若加速，列牛顿第二定律方程。 2．连通器原理 在连通器中同一液体(中间液体不间断)的同一水平液面上压强是相等的。 3．对于液柱类 若以“Pa”为单位，液体压强p＝ρgh；对水银柱，其产生压强常以“cmHg”为单位，可记为p＝h(如p0＝76 cmHg)；对水柱，一般认为10 m水柱产生的压强为标准大气压。 如图所示，C、D两处液面等高，已知外界大气压强p0＝76 cmHg，h＝10 cm，试求封闭气体A的压强。 解析：C、D两处液面等高，压强相同，pA＝pC＝pD 对高为h的液柱受力分析可得 pDS＝p0S＋mg 联立解得pA＝p0＋ 以“cmHg”作为压强单位，大气压强p0＝76 cmHg又高为h的液柱产生的压强为10 cmHg 故pA＝p0＋h＝86 cmHg。 答案：86 cmHg 1．如图所示，一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置，金属圆板的上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为θ，圆板的质量为M，不计圆板与容器内壁的摩擦。若大气压强为p0，则被圆板封闭在容器中的气体的压强等于(　　) A．p0＋ B．＋ C．p0＋ D．p0＋ D　解析：圆板的下表面是倾斜的，气体对其的压力应与该面垂直。为求气体的压强，应以封闭气体的金属圆板为研究对象，其受力分析如图所示， 由物体的平衡条件得p·cosθ＝Mg＋p0S，解得p＝p0＋，故D正确。 2．如图所示，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。 解析：设管的横截面积为S，选水银柱a的下端面为参考液面，它受到的向下的压力为(pA＋ph1)S，受到的向上的大气压力为p0S，由于系统处于静止状态，则(pA＋ph1)S＝p0S 解得pA＝p0－ph1＝(75－10)cmHg＝65cmHg 再选水银柱b的左下