第二章 4.第2课时 气体的等温变化-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

第2课时　气体的等温变化 【核心素养目标】 物理观念 知道什么是等温变化，掌握气体等温化规律的内容、公式及适用条件，学会利用该规律解决有关问题；理解等温变化的图像，并能利用图像分析实际问题。 科学思维 体会气体等温变化规律的建立过程；体会用p-V图像或p-图像描述一定量的气体的等温变化过程。 一、等温变化 1．定义：一定质量的某种气体如果在状态变化时，其温度保持不变，这种变化叫作等温变化。 2．满足的规律： (1)气体等温变化规律：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：p1V1＝p2V2或pV＝常量。 (3)条件：气体的质量一定，温度不变。 二、气体等温变化的p-V图像和p-图像 1．p-V图像：一定质量的气体的p-V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．判断正误 (1)一定质量的气体等温变化的p-V图像是通过原点的倾斜直线。(　　 ) (2)pV＝常量在任何条件下都成立。(　　 ) (3)在公式pV＝C中，C为常量，是一个与气体无关的参量。(　　 ) (4)一定质量的气体的等温线上的两点的压强p和体积V的乘积相等。(　　 ) (5)一定质量气体的p-图像的斜率越大，说明气体的温度越高。(　　 ) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√ 2．链接实景 如图所示是某公司设计的一款婴儿防胀气奶瓶示意图，通过奶瓶的特殊设计，在宝宝用奶瓶喝奶时能有效地减少宝宝吸入气泡，从而减少宝宝胀气、打嗝和吐奶。请尝试结合所学的知识对这种奶瓶的原理进行解释说明。 提示：防胀气奶瓶就是通过在瓶底增加一个进气口，让液体出口跟进气口分离。牛奶流出时瓶内气体压强减小，此时空气从底部进入到瓶内，使瓶内的气体压强保持跟大气压强相等，这样就可以防止空气从瓶口进入到奶瓶与牛奶溶合形成气泡。 学生用书↓第41页 知识点一　封闭气体压强的计算 1．一端封闭的玻璃管倒插入水银槽中，管竖直放置时，管内水银面比管外高h (cm)，上端空气柱长为L (cm)，如图所示，已知大气压强为H cmHg，求此时封闭气体的压强是多少cmHg? 提示：等压面法，选管外水银面为等压面，则由p气＋ph＝p0，得p气＝p0－ph，即p气＝(H－h) cmHg。 2．如图中，质量为M的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，受力分析如图所示，由平衡条件得mg＋p0S＝pS，则p＝p0＋。 1．液柱封闭气体压强的计算方法 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．活塞封闭气体压强的计算 选与封闭气体接触的液体(或活塞、汽缸)为研究对象进行受力分析，由平衡条件列式求气体压强。 如图丙(1)所示，在求静止于水平面上的汽缸封闭气体的压强时，以活塞为研究对象，设活塞质量为m，大气压强为p0，封闭气体压强为p，活塞面积为S，受力分析如图丙(2)所示，由平衡条件，有mg＋p0S＝pS，解得p＝p0＋。 如图丁(1)所示，在求悬空悬挂静止的汽缸封闭气体的压强时，以汽缸为研究对象，设汽缸质量为M，大气压强为p0，封闭气体压强为p，汽缸内活塞横截面积为S，受力分析如图丁(2)所示，由平衡条件，有Mg＋pS＝p0S，解得p＝p0－。 3．利用牛顿第二定律计算气体压强 当容器匀变速运动时，通常选与气体相关联的液柱、汽缸或活塞为研究对象，并对其进行受力分析，然后由牛顿第二定律列方程，求出封闭气体的压强。 学生用书↓第42页 若已知大气压强为p0，图中各装置均处于静止状态，求被封闭气体的压强。(重力加速度为g，图甲、乙中液体的密度为ρ) 解析： 在题图甲中，选B液面为研究对象，由二力平衡得F下＝F上，即p下S′＝p上S′(S′为小试管的横截面积)，所求气体压强就是A液面所受压强pA。B液面所受向下的压强p下是pA加上液柱h所产生的液体压强，由连通器原理可知B液面所受向上的压强为大气压强p0，故有pA＋ρgh＝p0，所以pA＝p0－ρgh。 在题图乙中，以B液面为研究对象，由平衡方程F上＝F下有pAS″＋phS″＝p0S″(S″为U形管的横截面积)，所以pA＝p0－ρgh。 答案：p0－ρgh　p0－ρgh 针对练1.(多选)如图所示，活塞质量为m，汽缸质量为M，两者通过弹簧吊在天花板上，汽缸内封闭了一定质量的空气，而活塞与汽缸间无摩擦，活塞面积为S，大气压强为p0，封闭气