2.2 气体的等温变化-【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册（人教版）

2.气体的等温变化 ( 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 . 会通过实验的手段研究问题 , 探究物理规律 , 学习用电子表格与图像对实验数据进行处理与分析 , 体验科学探究过程。 3 . 理解气体等温变化的 p - V 图像的物理意义。 4 . 会用玻意耳定律计算有关的问题。 　　 观察现象 : 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。 　　 ( 1 ) 上升过程中 , 气泡内气体的温度发生改变吗 ?( 2 ) 上升过程中 , 气泡内气体的压强怎样改变 ?( 3 ) 气泡在上升过程中体积为何会变大 ? ) 稳健启程·新知初步构建 学生用书P024 　 知|识|梳|理 一、探究气体等温变化的规律 1.等温变化：一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积的变化关系。 2.实验探究。 (1)实验器材：铁架台、注射器、气压计等。 (2)研究对象(系统)：注射器内被封闭的空气柱。 (3)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。 (4)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。 (5)数据处理：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倾斜直线。 (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。 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.表达式：p1V1=p2V2或pV=C或=。 三、两种等温变化图像 1.气体等温变化的p-V图像。 一定质量的气体发生等温变化时的p-V图像如图甲所示。图线的形状为双曲线。 由于它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，不同温度下的等温线是不同的。 2.p-图像：一定质量的理想气体的p-图像为过原点的倾斜直线，如图乙所示。 预|习|自|检 1.判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”) (1)一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成正比。 (×) (2)一定质量的气体等温变化的p-V图像一定是双曲线的一支。 (√) (3)一定质量的气体在不同温度下的p-图像的斜率不同。 (√) (4)一定质量的气体等温变化的p-V图像上，两个不同点的pV乘积相等。 (√) 2.水中的一个气泡从距离水面30米处上升到距离水面10米处时，它的体积约变为原来体积的(气泡上升过程中温度不变，大气压强p0=1×105 Pa，水的密度为103 kg/m3，g取10 m/s2) (　　) A.4倍 B.3倍 C.2倍 D.2.5倍 解析　大气压强为p0=1×105 Pa，距离水面30米处的压强p1=p0+ρgh1=4p0，距离水面10米处的压强p2=p0+ρgh2=2p0，根据p1V1=p2V2，它的体积变为原来体积的2倍，C项正确。 答案　C 细研深究·萃取知识精华 学生用书P025 　 探究一 封闭气体压强的计算方法 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。 说明：容器加速运动时，可由牛顿第二定律列方程求解。 【例1】　如图所示，活塞的质量为m，缸套的质量为M，通过弹簧静止吊在天花板上，汽缸内封住一定质量的气体，缸套和活塞间无摩擦，活塞横截面积为S，大气压强为p0，重力加速度为g，则封闭气体的压强p为 (　　) A.p0+ B.p0+ C.p0- D. 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-，C项正确。 答案　C 【针对训练1】　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p0=75 cmHg，求空气柱A、B的压强分别是多少? 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+)S， 受向上的大气压力为p0S，由于系统处于静止状态，则 (pA+)S=p0S， 所以pA=p0-=(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+)S=pA