2.2气体的等温变化 课件 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

2.2气体的等温变化 选择性必修第三册&第二章 气体、固体和液体 授课教师：杨孝波 问题： 看来，一定质量的气体的压强、体积和温度三个状态参量之间是有联系的。那么，它们会有怎样的联系呢? 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.... 情境一： 在庆典活动中放飞的气球，会飞到我们看不见的地方。随着气球的升空，大气压在减小，温度在降低，气球在膨胀… 情境二： 课堂引入 瘪了乒乓球复原实验演示 【思考】 1. 你能说一下乒乓球内气体状态参量P、V、T是怎样变化的吗？ 多变量问题，如何研究？ ——控制变量法 课堂引入 2.在刚才的实验中三个状态参量都发生了变化，如果我们要研究某两个状态参量的关系，我们应该如何做呢？比如只研究P与V的直接的关系。 实验：探究气体等温变化的规律 等温变化： 探究一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强P与体积V的变化关系。 1.实验目的： 一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化的关系。我们把这种变化叫作气体的等温变化。 一、实验：探究气体等温变化的规律 4 实 验 2.实验思路 ①研究对象：质量不变的空气柱 ③实验操作：缓慢上下抽动柱塞可以改变气体的体积，观察压强大小； 3.物理量的测量 ①测体积V： ②测压强P： 读取压力表示数 刻度尺读出空气柱的长度L，乘下底面积s ②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（控制变量法）。 一、实验：探究气体等温变化的规律 思考与讨论： （1）研究的是哪一部分气体?如何实现了一定质量？ （2）如何改变体积？ （3）怎样保证 T 不变? 管内的气体，用涂有润滑油的塞子封闭住 不能用手触摸玻璃管或改变气体体积过程要缓慢进行。 压缩封闭气体即可 一、实验：探究气体等温变化的规律 4.实验过程： 一、实验：探究气体等温变化的规律 p/10 Pa 5 V 1 2 3 0 1 2 3 4 次数 1 2 3 4 5 体积(L) 1.3 1.6 2.0 2.7 4.0 压强（×105Pa) 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 能不能说明P与V成反比？ p-V图像是曲线 5.实验数据分析： 不能 一、实验：探究气体等温变化的规律 p/10 Pa 5 1/V 1 2 3 0 0.2 0.4 0.6 0.8 次数 1 2 3 4 5 压强（×105Pa) 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 体积(L) 1.3 1.6 2.0 2.7 4.0 1/ V 0.77 0.63 0.50 0.37 0.25 结论： 在温度不变时，压强p和体积V的倒数成正比。 即：压强P跟体积V成反比 5.实验数据分析： 一、实验：探究气体等温变化的规律 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，其压强P与体积V成反比。 6.实验结论： 用传感器探究气体等温变化的规律 一、实验：探究气体等温变化的规律 10 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强P跟体积V成反比。 1、内容： 2、表达式： 研究对象:一定质量的气体 适用条件:温度保持恒定 适用范围:温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比） C的大小：与气体的种类、质量、温度有关。 （ PV=nRT ）（克拉伯龙方程） 其中P1，V1和P2，V2分别表示气体在1，2两个状态下的压强和体积 玻意耳定律又叫玻马定律，英国物理学家玻意耳和法国物理学家马略特各自通过实验发现。 相当于大气压几倍的压强都可以算作“压强不太大”，零下几十摄氏度的温度也可以算作“温度不太低”。 玻意耳定律 3、注意： 二、玻意耳定律—内容 4.图像： （1）P-V图（等温线）：一定质量的理想气体，在温度不变的情况下P与V成反比，因此P-V图像的形状为双曲线的一支。它描述的是温度不变时的P-V关系，称为等温线。 面积 S 表示什么？ 面积 S =PV = C = nRT s T1 T2 【思考】一定质量的气体在T1、T2时的等温线如图，请比较T1、T2大小关系。 一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积的乘积越大，等温线离原点越远。（图中T1<T2） 特点： ①每条等温线上气体各状态温度相同，即P与V乘积相同； ②温度越高等温线离坐标轴或原点越远（T1<T2）； ③一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的。 二、玻意耳定律—图像 （2）p­1/V 图 特点： （1）斜率越大，PV乘积越大，温度越高。 （2）一定质量气体，不同温度下的等温线是不同的。 T1 T2 p 1/V 0 斜率：K=P/(1/V) =PV=C 等温线 气体体积一定时，分子的数密度一定；温度越高，分子无规则运动越剧烈，气体压强越大。所以T1<T2 。 【思考】一定质量的气体在T1、T2时的等温线如图，请比较T1、T2大小关系。 4.图像： 二、玻意耳定律—图像 小结：两种等温变化图像所比较 p V 0 T1 T2 离原点越远，温度越高 T2>T1 斜率越大，温度越高 T2>T1 4.图像： 二、玻意耳定律—图像 14 (1)确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律的条件. (2)确定初、末状态及状态参量(p1、V1；p2、V2). (3)根据玻意耳定律列方程求解.(注意统一单位) (4)注意分析隐含条件，作出必要的判断和说明. 特别提醒:确定气体压强或体积时，只要初、末状态的单位统一即可，没有必要都转换成国际单位制. 应用玻意耳定律解题的一般步骤 二、玻意耳定律—应用 15 【例1】(多选)下列图中，p表示压强，V表示体积，T为热力学温度，各图中正确描述一定质量的气体是等温变化的是(　　　) ABC 二、玻意耳定律—例题 【例2】一定质量的气体由状态A变到状态B的过程如图所示，A、B位于同一双曲线上，则此变化过程中，温度（ ） A、一直下降 B、先上升后下降 C、先下降后上升 D、一直上升 B 二、玻意耳定律—例题 本课小结 气体的等温变化 探究气体等温变化的规律 玻意耳定律 等温变化实验 一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强P跟体积V成反比。 表达式PV=C P1V1=P2V2 适用条件 图像 课堂总结 18 C 课堂练习 2．如图是一定质量的某种气体在p－V图像中的等温线，A、B是等温线上的两点，△OAD和△OBC的面积分别为S1和S2，则(　　) A．S1＞S2 B．S1＝S2 C．S1＜S2 D．无法比较 B 课堂练习 课堂练习 3．一只轮胎容积为V＝10 L，已装有p1＝1 atm的空气。现用打气筒给它打气，已知打气筒的容积为V0＝1 L，要使胎内气体压强达到p2＝2.5 atm，应至少打多少次气？(设打气过程中轮胎容积及气体温度维持不变，大气压强p0＝1 atm)(　　) A．8次 B．10次 C．12次 D．15次 D 课堂练习 解析：设至少需要打n次气，气体初态的体积和压强分别为V1＝V＋nV0＝(10＋n)L，p1＝1 atm，气体末态的体积和压强分别为V2＝V＝10 L，p2＝2.5 atm，打气过程中轮胎容积及气体温度维持不变，根据玻意耳定律得p1V1＝p2V2，代入数据解得n＝15次，故A、B、C错误，D正确。 课堂练习 4．(新情景题)如图为消毒灭菌用的喷雾器，若其内有2 L药液，还有压强为1 atm的空气0.5 L，关闭喷雾阀门用打气筒活塞每次可以打进压强为1 atm、体积为50 cm3的空气。(设外界环境温度一定，忽略打气和喷药过程温度的变化)求： 课堂练习 (1)要使喷雾器内气体压强增大到2.5 atm，打气筒应打气的次数n； 答案：(1)15次　 解析：(1)50 cm3＝0.05 L 设应打气n次，则有 p1＝1 atm，V1＝(0.5＋0.05n)L p2＝2.5 atm，V2＝0.5 L 根据玻意耳定律得p1V1＝p2V2 解得n＝15次。 课堂练习 (2)若压强达到2.5 atm时停止打气，并开始向外喷药，那么当喷雾器内空气的压强降为1 atm时，桶内剩下的药液的体积。 答案：(2)1.25 L 课堂练习 解析：(2)由题意可知 p2＝2.5 atm，V2＝0.5 L p3＝1 atm 根据玻意耳定律得 p2V2＝p3V3 解得V3＝1.25 L 剩下的药液体积V＝2 L＋0.5 L－1.25 L＝1.25 L。 课堂练习 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.70 $$