2.2 气体等温变化 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

气体的等温变化 人教版高中物理 选择性必修3 新知讲解 打足气的车胎在烈日下暴晒，常常会爆胎，为什么？ 车胎内的气体因温度T升高而压强P增大，体积V膨胀。 新知讲解 1、温度 2、体积 3、压强 热力学温度T ：开尔文 T = t ＋ 273 K 体积 V 单位：有L、mL等 压强 p 单位：Pa（帕斯卡） 知识回顾：气体的状态参量 新知讲解 思考：一定质量的气体，它的温度、体积和压强三个量之间变化是相互对应的.我们如何确定三个量之间的关系呢？ 在物理学中，当需要研究三个物理量之间的关系时，往往采用“保持一个量不变，研究其它两个量之间的关系，然后综合起来得出所要研究的几个量之间的关系”. ☆ 控制变量的方法 新知讲解 一、探究气体等温变化的规律 1.等温变化：气体在温度不变的状态下，发生的变化. 2.在等温变化中，气体的压强与体积可能存在着什么关系？ 3.实验研究 定性关系 猜想： p、V成反比 结论：V减小，p增大 视频演示 新知讲解 视频演示 √ × 定量关系 新知讲解 实验数据的处理 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 V 1 2 3 0 1 2 3 4 p-V图象 该图象是否可以说明p与V成反比？ 思考 如何确定p与V的关系呢？ 新知讲解 1/V 1 2 3 0 0.2 0.4 0.6 0.8 p-1/V图象 新知讲解 结论 在温度不变时，压强p和体积V成反比. 二、玻意耳定律 2、公式表述：pV=C(常数 ) 或p1V1=p2V2 1、文字表述：一定质量某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比. P 1/V P V 3、适用范围：温度不太低，压强不太大 4、图像： 新知讲解 新知讲解 三、气体等温变化的P-V图像 1.等温线：一定质量的理想气体的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。 特点： （1）每条等温线上气体各状态温度相同； T1 T2 （2）温度越高等温线离坐标轴或原点越远. 新知讲解 问题：t1和t2哪个表示的温度高？   2. 特点：斜率越大温度越高。 课堂练习 1、一定质量气体的体积是20L时，压强为1×105Pa。当气体的体积减小到16L时，压强为多大？设气体的温度保持不变. p1V1=p2V2 答案:1.25×10 5Pa 1、如图所示，是一定质量的某种气体状态变化的p-V图象，气体由状态A变化到状态B的过程中，气体分子平均速率的变化情况是( ) A.一直保持不变 B.一直增大 C.先减小后增大 D.先增大后减小 拓展提高 分子平均速率由温度决定 pAVA=pBVB pV先增大后减小 T先增大后减小 C 等温线 2. 某个容器的容积是10L，所装气体的压强是20×105Pa。如果温度保持不变，把容器的开关打开以后，容器里剩下的气体是原来的百分之几？设大气压是1.0×105Pa. 拓展提高 初态  p1=20×105Pa V1=10L T1=T 末态  p2=1.0×105Pa V2=？L T2=T 由玻意耳定律  p1V1=p2V2得 V2=200L 剩下的气体为原来的 就容器而言，里面气体质量变了，似乎是变质量问题了，但若视容器中气体出而不走，就又是质量不变了. 研究对象 拓展提高 3.如图所示为一定质量的气体在不同温度下的两条 图线.由图可知( ) A.一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成正比 B.一定质量的气体在发生等温变化时，其 图线的延长线是经过坐标原点的 C.T1＞T2 D.T1＜T2 p与 成正比 p与V成反比 温度越高,其等温线离原点越远. BD 1/V 课堂总结 一、玻意耳定律 1、内容:一定质量某种气体，在温度不变的情况下，压强P与体积V 成反比。 2、公式： PV=C(常数) 或p1V1=p2V2 3、条件: 一定质量气体且温度不变 4、适用范围：温度不太低，压强不太大 二、等温变化图象 1、特点: (1)等温线是双曲线的一支 (2)温度越高,其等温线离原点越远 2、图象意义: (1)物理意义:反映压强随体积的变化关系 (2)图像上每点的意义: 每一组数据---反映某一状态 T1 T2 气体的等压变化和等容变化 人教版高中物理 选择性必修3 新知导入 烧瓶上通过橡胶塞连接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱。用手捂住烧瓶，会观察到水柱缓慢向外移动，这说明了什么? 新知讲解 等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度的变化. 猜想 在等压变化中，气体的体积与温度可能存在着什么关系？ 新知讲解 0 V T 气体等压变化图像 2.盖—吕萨克定律的图象 新知讲解 （1）等压线：一定质量的某种气体在等压变化过程中，体积V与热力学温度T的正比关系在V－T直角坐标系中的图象. 2.盖—吕萨克定律的图象——等压线 （2）一定质量气体的等压线的V－T图象，其延长线经过坐标原点，斜率反映压强大小． 新知讲解 （3）一定质量气体的等压线的物理意义 ①图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等压线上各状态的压强相同． ②不同压强下的等压线，斜率越大，压强越小（同一温度下，体积大的压强小）如图所示p2<p1 ． 新知讲解 V=CT 或 （2）公式表述： （1）文字表述：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成正比. 或 体积V与热力学温度T成正比可以表示为另外形式 3.盖—吕萨克定律的内容、表达式 新知讲解 （1）盖·吕萨克定律是实验定律，由法国科学家盖·吕萨克通过实验发现的． （3）在 V/Ｔ=C 中的C与气体的种类、质量、压强有关． （2）适用条件：气体质量一定，压强不变． 注意： V正比于T而不正比于t，但 Vt （4）一定质量的气体发生等压变化时，升高（或降低）相同的温度，增加（或减小）的体积是相同的． （5）解题时前后两状态的体积单位要统一． 4. 说明 新知讲解 二、查理定律 查理是法国物理学家.1746年11月12日诞生于法国卢瓦雷的贝奥京西. 大约在1787年，查理着手研究气体的膨胀性质，发现在压力一定的时候，气体体积的改变和温度的改变成正比.他进一步发现，对于一定质量的气体，当体积不变的时候，温度每升高l℃，压力就增加它在0℃时候压力的1／273.查理还用它作根据，推算出气体在恒定压力下的膨胀速率是个常数.这个预言后来由盖·吕萨克和道尔顿（1766一1844）的实验完全证实. 1.查理生平介绍 新知讲解 0 p t/0C A B 0 T/K A B 273.15 甲 乙 气体等容变化图像 2.查理定律的图象 p 新知讲解 （l）等容线：一定质量的某种气体在等容变化过程中，压强p跟热力学温度T的正比关系p－T在直角坐标系中的图象叫做等容线． 2.查理定律的图象——等容线 （2）一定质量气体的等容线p－T图象，其延长线经过坐标原点，斜率反映体积大小． 新知讲解 （3）一定质量气体的等容线的物理意义． 　①图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等容线上各状态的体积相同。 ②不同体积下的等容线，斜率越大，体积越小（同一温度下，压强大的体积小）如图所示，V2<V1． 新知讲解 p=CT 或 2、公式表述： 1、文字表述：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比. 或 压强p与热力学温度T成正比可以表示为另外形式 3.查理定律的内容、表达式 新知讲解 （1）查理定律是实验定律，由法国科学家查理通过实验发现的． 4. 说明 （3）在p/T=C中的C与气体的种类、质量、体积有关． （2）适用条件：气体质量一定，体积不变． （4）一定质量的气体在等容时，升高（或降低）相同的温度，所增加（或减小）的压强是相同的． （5）解题时前后两状态压强的单位要统一． 　注意：p与热力学温度T成正比，不与摄氏温度成正比,但压强的变化p与摄氏温度t的变化成正比． 新知讲解 高压锅内的食物易熟 5.应用 拓展提高 2、某种气体在状态A时压强2×105Pa,体积为1m3,温度为200K, (1)它在等温过程中由状态A变为状态B,状态B 的体积为2m3,求状态B 的压强. (2)随后,又由状态B 在等容过程中变为状态C ,状态C 的温度为300K,求状态C 的压强. A B C 玻意耳定律 pAVA= pBVB pB=105Pa 查理定律 pC=1.5×105Pa 课堂总结 气体的等压变化和等容变化 气体的等压变化 适用条件 变化规律 V-T图像 气体的等容变化 适用条件 变化规律 P-T图像 板书设计 气体的等压变化和等容变化 气体的等压变化 气体的等容变化 适用条件 变化规律 V-T图像 适用条件 变化规律 P-T图像 新知讲解 一.理想气体 假设有这样一种气体，它在任何温度和任何压强下都能严格地遵从气体实验定律,我们把这样的气体叫做“理想气体”。 理想气体具有那些特点呢？ 1、理想气体是不存在的，是一种理想模型。 2、在温度不太低,压强不太大时实际气体都可看成是理想气体。 新知讲解 一定质量的理想气体的内能仅由温度决定 ,与气体的体积无关. 4、从能量上说：理想气体的微观本质是忽略了分子力，没有分子势能，理想气体的内能只有分子动能。 3、从微观上说：分子间以及分子和器壁间，除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。 新知讲解 如图所示，一定质量的某种理想气体 从A到B经历了一个等温过程， 从B到C经历了一个等容过程。 分别用pA、VA、TA和pB、VB、TB以及pC、VC、TC表示气体在A、B、C三个状态的状态参量， 那么A、C状态的状态参量间有何关系呢？ 0 p V A B C TA=TB 【问题3】如果某种气体的三个状态参量（p、V、T）都发生了变化，它们之间又遵从什么规律呢？ 新知讲解 推导过程 从A→B为等温变化：由玻意耳定律 pAVA=pBVB 从B→C为等容变化：由查理定律 0 p V A B C 又TA=TB VB=VC 解得： 新知讲解 二、理想气体的状态方程 1、内容：一定质量的某种理想气体在从一个状态变化到另一个状态时，尽管p、V、T都可能改变，但是压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变。 2、公式： 或 3、使用条件: 一定质量的某种理想气体. 4、气体密度式： 新知讲解 说明： 方程具有普遍性 当温度T保持不变 当体积V保持不变 当压强P保持不变 课堂练习 1、某种气体的压强为2x105 Pa,体积为1 m3,温度为200K。它经过等温过程后体积变为2m3。随后，又经过等容过程，温度变为300 K,求此时气体的压强。 解根据玻意耳定律，有 根据查理定律，有 联立上述各式可得 等温和等容变化后气体的压强为1.5x105Pa。 新知讲解 ☆明确研究对象——一定质量的气体 ☆选定两个状态——已知状态、待求状态 ☆列出状态参量： ☆列方程求解 三、用状态方程解题思路： $$