2.2气体的等温变化-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019选择性必修第三册）

第二章 气体、固体和液体 第二节 气体的等温变化 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 (1)理解一定质量的气体，在温度不变的情况下压强与体积的关系。 (2)掌握玻意耳定律的内容和公式，知道定律的适用条件。 (3)理解气体等温变化的p－V图像的物理意义。 科学思维 能用玻意耳定律解决实际问题。　 科学探究 通过实验探究，了解等温情况下一定质量气体压强与体积的关系。 科学态度与责任 培养学生研究热现象中压强和体积的关系的内在动机，坚持实事求是观点。 情景导学： 如图所示，在一个恒温池中，一串串气泡由池底慢慢升到水面，有趣的是气泡在上升过程中，体积逐渐变大，到水面时就会破裂。问： (1)上升过程中，气泡内气体的压强如何改变？ (2)气泡在上升过程中体积为何会变大？ (3)为什么到达水面会破？ 答案提示：(1)变小。 (2)由玻意耳定律pV＝C可知，压强变小，气体的体积增大。 (3)内外压强不相等，气泡内压强大于外部压强。 知识点一 气体的等温变化 1.三个状态参量： 研究气体的性质，用温度、压强、体积等物理量描述气体的状态，描述气体状态的这几个物理量叫作气体的状态参量。 2.等温变化：一定质量的气体，在温度不变时其压强与体积发生的变化。 3.实验条件：在探究气体等温变化规律的实验过程中，必须保证气体的质量、温度不变。 4.实验思路 (1)实验方法:控制气体温度和质量不变,研究气体压强与体积的关系。 (2)实验器材的组装:如图所示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。在实验过程中,一方面让空气柱内气体的质量不 变;另一方面,让空气柱的体积变化不要太快,保证温度不发生明显的变化。 5.物理量的测量 (1)数据收集:压强由压力表读出,空气柱长度由刻度尺读出,空气柱长度与横截面积的乘积即为体积。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。 (2)数据分析:以压强p为纵坐标,以体积的倒数为横坐标作出p-图像,图像结果:p-图像是一条过原点的直线。 6.实验结论:压强跟体积的倒数成正比,即压强与体积成反比。 情景导学： 当我们游览海底世界时会发现水中上升的气泡会变得越来越大，这种现象如何解释呢？ 答案提示：海底世界的海水可以认为温度是不变的，气泡在上升的过程中压强逐渐减小，所以体积会越来越大。 知识点二 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.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。 4.气体等温变化的p－V图像： (1)p－V图像：一定质量的气体的p－V图像为一条________，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________，如图乙所示． 点睛 “C是常量”，意思是当p、V变化时C的值不变．但是对于温度不同、质量不同、种类不同的气体，C的数值一般不同． 5.由于温度描述的是温度不变时的p－V关系，因此称它为等温线。 一定质量的气体在不同温度下的等温线是不同的。 易错易混点1.气体压强的计算 易错易混点辨析： 1.气体压强的微观解释 (1)产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力。 (2)决定因素 ①宏观上：决定于气体的温度和体积。 ②微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度。 1.活塞模型 如图所示是最常见的封闭气体的两种方式。 求气体压强的基本方法：先对活塞进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程。 图甲中活塞的质量为m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0.由于活塞处于平衡状态，所以p0S＋mg＝pS，则气体的压强为p＝p0＋。 图乙中的液柱也可以看成“活塞”，由于液柱处于平衡状态，所以pS＋mg＝p0S， 则气体压强为p＝p0－＝p0－ρ液gh。 容器加速运动时封闭气体压强的计算 如图，当竖直放置的玻璃管向上加速运动时，对液柱受力分析有： pS－p0S－mg＝ma 得p＝p0＋。 2.连通器模型 (1)依据连通器原理：在连通器中，同一液体(只有一种液体且液体不流动)的同一水平液面上的压强相等． 例如，右图中，同一水平液面C、D处压强相等，故pA＝p0＋ph。 (2)参考液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程消去面积，液片两侧压强相等，进而求得气体压强。 例如，图中，在其最低处取一液片B，由其两侧受力平衡可知(pA＋ρgh0)S＝(p0＋ρgh＋ρgh0)S， 得 pA＝p0＋ph。 3.求气体压强的思路： ①以封闭气体的液面或固体为研究对象