第2章 2.气体的等温变化(课件PPT)-【赢在微点·轻松课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

高中物理 选择性必修 第三册 赢在微点 轻松课堂 物理 第二章 气体、固体和液体 2.气体的等温变化 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 —— —— 稳健启程 新知初步构建 课前·新知初探 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 压强 体积 注射器 空气柱 温度 质量 压力表 刻度尺 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 倾斜直线 正比 反比 温度 反比 p2V2   点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 双曲线 等温线 不同 倾斜直线 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 × √ √ √ 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 —— —— 细研深究 萃取知识精华 课堂·合作探究 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 答案　65 cmHg　60 cmHg 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 答案　39 cm 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间   点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 —— —— 即时训练 巩固当堂所学 随堂·达标自测 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 用润滑油涂活塞 慢慢地抽动活塞 活塞导热性能好 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 答案　(1)1.5×107 Pa　(2)76 m3 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.气体的等温变化 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 学习目标 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。 情境导入 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? 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　　　　与　　　　的变化关系。  2.实验探究。 (1)实验器材：铁架台、　　　　　、气压计等。  (2)研究对象(系统)：注射器内被封闭的　　　　　。  (3)实验方法：控制气体　　　　和　　　　不变，研究气体压强与体积的关系。  (4)数据收集：压强由　　　　　读出，空气柱长度由　　　　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　　　　　　。  (6)实验结论：压强跟体积的倒数成　　　　，即压强与体积成　　　　。  二、玻意耳定律 1.内容：一定质量的某种气体，在　　　　不变的情况下，压强p与体积V成　　　　。  2.表达式：p1V1=　　　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　　　　。  由于它描述的是温度不变时的p-V关系，因此称它为　　　　。一定质量的气体，不同温度下的等温线是　　　　的。  2.p-图像：一定质量的理想气体的p-图像为过原点的　　　　　　，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 答案与解析 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 答案与解析 【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=pAS， 所以pB=pA-=(65-5) cmHg=60 cmHg。 探究二 玻意耳定律 1.成立条件：玻意耳定律p1V1=p2V2是实验定律，只有在气体质量一定、温度不变的条件下才成立。 2.常量C：玻意耳定律的数学表达式pV=C中的常量C不是一个普适恒量，它与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该恒量C越大。 3.应用玻意耳定律的思路和方法。 (1)确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律成立的条件。 (2)确定始末状态及状态参量(p1、V1，p2、V2)。 (3)根据玻意耳定律列方程p1V1=p2V2，代入数值求解(注意各状态参量要统一单位)。 (4)有时要检验结果是否符合实际，对不符合实际的结果要舍去。 考向1　玻意耳定律的理解和应用 【例2】　粗细均匀的U形管，右端封闭有一段空气柱，两管内水银面高度差h=19 cm，封闭端空气柱长度L1=40 cm，如图所示。求向左管再注入多少水银可使两管水银面等高?(已知外界大气压强p0=76 cmHg，灌入水银过程中温度保持不变。) 解析　以右管中被封闭空气柱为研究对象。空气柱在初状态p1=p0-ph=(76-19) cmHg=57 cmHg， V1=L1S=40S； 末状态p2=p0=76 cmHg，V2=L2S。 则由玻意耳定律p1V1=p2V2， 即57×40S=76×L2S，解得L2=30 cm， 需加入的水银柱长度应为h+2(L1-L2)=39 cm。 微提醒 (1)应用玻意耳定律解决问题时，一定要先确定好两个状态的体积和压强。 (2)确定气体压强或体积时，只要初末状态的单位统一即可，没有必要都化成国际单位制。 考向2　变质量问题 【例3】　用打气筒给自行车打气，设每打一次可打入压强为1 atm的空气0.1 L，自行车内胎的容积为2.0 L，假设胎内原来没有空气，且打气过程温度不变，那么打了40次后胎内空气压强为 (　　) A.5 atm B.25 atm C.2 atm D.40 atm 解析　每打一次可打入压强为1 atm的空气0.1 L，打了40次，气压为1 atm时总体积为V1=0.1×40 L=4 L，压入自行车胎内，体积减小为2 L，根据玻意耳定律得p1V1=p2V2，代入数据解得p2=2 atm，故C项正确。 答案　C 答案与解析 【针对训练2】　如图所示，高为H的导热汽缸竖直固定在水平地面上，汽缸的横截面积为S，重力为G的“⊥”形活塞封闭着一定质量的气体，活塞离缸底高为h，现手持“⊥”形活塞上端，缓慢竖直上提活塞，当活塞上升到汽缸上端口时，求竖直上提的力F的大小。已知大气压强为p0，不考虑活塞与汽缸之间的摩擦及温度的变化，不计活塞及汽缸壁的厚度。 解析　以密闭气体为研究对象，初状态：压强p1=p0+，体积V1=hS， 末状态：压强p2=p0+，体积V2=HS， 由玻意耳定律得p1V1=p2V2， 联立解得F=。 【针对训练3】　大气压强p0=1.0×105 Pa。某容器的容积为20 L，装有压强为20× 105 Pa的气体，如果保持气体温度不变，把容器的开关打开，待气体达到新的平衡时，容器内剩余的气体质量与原来气体的质量之比为 (　　) A.1∶19 B.1∶20 C.2∶39 D.1∶18 解析　由p1V1=p2V2得p1V0=p0(V0+V)，因V0=20 L，则V=380 L，即容器中剩余20 L压强为p0的气体，而同样大气压下气体的总体积为400 L，所以剩余气体的质量与原来气体质量之比等于同压下气体的体积之比，即=，B项正确。 答案　B 答案与解析 探究三 气体等温变化的p-V图像或p-图像 1.p-V图像：一定质量的气体等温变化的p-V图像是双曲线的一支，双曲线上的每一个点均表示气体在该温度下的一个状态。而且同一条等温线上每个点对应的p、V坐标的乘积是相等的。一定质量的气体在不同温度下的等温线是不同的双曲线，且pV乘积越大，温度就越高，图甲中T2>T1。 2.p-图像：一定质量气体的等温变化过程，也可以用p-图像来表示，如图乙所示。等温线是过原点的倾斜直线，由于气体的体积不能无穷大，所以原点附近等温线应用虚线表示，该直线的斜率k=pV，故斜率越大，温度越高，图乙中T2>T1。 【例4】　如图所示是一定质量的某种气体状态变化的p-V图像，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 解析　由题图可知，pAVA=pBVB，所以A、B两状态的温度相等，在同一等温线上。由于离原点越远的等温线温度越高，如图所示，所以从状态A到状态B，气体温度应先升高后降低，分子平均速率先增大后减小，D项正确。 答案　D 答案与解析 【针对训练4】　(多选)如图所示为一定质量的气体在不同温度下的两条p-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p-图线的延长线经过坐标原点 C.T1>T2 D.T1<T2 解析　由题中图线可知A项错误，B项正确；p-图线斜率越大，气体的温度越高，C项错误，D项正确。 答案　BD 答案与解析 1.一定质量的理想气体，压强为3 atm，保持温度不变，当压强减小2 atm时，体积变化了4 L，则该气体原来的体积为 (　　) A. L B.2 L C. L D.8 L 解析　一定质量的气体，在等温变化过程，根据玻意耳定律得：p1V1=p2V2，则有3V=1(V+4)，解得V=2 L，可知B项正确。 答案　B 答案与解析 2.增压玩具水枪通过压缩空气提高储水腔内的压强。已知储水腔的容积为1.0 L，初始时，在储水腔中注入0.5 L的水，此时储水腔内气体压强为p0，现用充气管每次将0.02 L压强为p0的气体注入储水腔中，忽略温度变化，空气视为理想气体。要使储水腔内气体压强增大到1.2p0，则应该充气的次数为 (　　) A.5 B.10 C.15 D.20 解析　设要充气的次数为n，由等温变化有p0(V0+nV1)=1.2p0V0，即p0×(0.5+0.02n)=1.2p0×0.5，解得n=5，A项正确。 答案　A 答案与解析 3.(多选)如图所示，一定质量的气体由状态A变到状态B再变到状态C的过程，A、C两点在同一条双曲线上，则此变化过程中 (　　) A.从A到B的过程温度升高 B.从B到C的过程温度升高 C.从A到C的过程温度先降低再升高 D.A、C两点的温度相等 解析　作出过B点的等温线如图所示，故TB>TA=TC，故从A到B的过程温度升高，A项正确；从B到C的过程温度降低，B项错误；从A到C的过程温度先升高后降低，C项错误；A、C两点在同一等温线上，温度相等，D项正确。 答案　AD 答案与解析 4.用DIS研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图甲所示，实验步骤如下： ①把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接。 ②移动活塞，记录注射器的刻度值V，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p。 ③用V-图像处理实验数据，得出如图乙所示的图线。 (1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是　　　　　　　 　　。 (2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是　　　　　　　　　　 和　　　　　　　 　。  解析　(1)为了保证气体的质量不变，要用润滑油涂在活塞上以达到封闭效果。 (2)气体的体积变化，外界对气体做正功或负功，要让气体与外界进行足够的热交换，一要时间长，也就是动作缓慢，二要活塞导热性能好。 “蛟龙号”潜艇上设有压载水舱，只要往空的压载水舱里注水，潜艇变重了，这时潜艇的重量大于它排开水的重量(即重力大于浮力)，潜艇就逐渐下潜。当潜艇正常上浮时，用高压空气分步骤把压载水舱里的水挤出去，使之充满了空气，使潜艇在水下的重量减轻了，当潜艇的重量小于它同体积的水的重量(即重力小于浮力)时，潜艇就上浮，直至浮出水面。 另外，也可以采用操舵的方法将航行中的潜艇调整到距水面30 m的安全深度(防止与水面船只碰撞)，继续上浮到10~30 m深度时是危险深度，上浮到10 m左右时属于潜望深度。 【快乐体验】　“蛟龙号”载人潜水器是一艘由中国自行设计、自主研制的载人潜水器，2017年5月，“蛟龙号”完成世界最深处下潜，最大下潜深度约为4 800米。某潜水器工作原理如图所示，设潜水器位于海面下90 m深处静止不动，潜水器上有一容积4 m3的贮气钢筒，筒内压缩气体的压强为2.0×107 Pa。将贮气钢筒内一部分压缩气体通过节流阀压入水舱，排出海水20 m3，在这个过程中气体温度不变，海面大气压为1.0×105 Pa，海水密度取1.0×103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2。求： (1)潜水器贮气钢筒内剩余气体的压强； (2)海面下90 m深处潜水器最多能排出海水的体积。 解析　(1)算出液体内部压强大小，设钢筒内原有气体中注入水舱的气体体积为V1，钢筒的体积为V。 在海面下90 m深处的压强大小p1=p0+ρ海水gh=1.0×106 Pa， 把原来钢筒内的气体分为两部分，根据玻意耳定律可知， pV=p1V1+p2V，其中V1=20 m3，V=4 m3。 解得p2=1.5×107 Pa。 (2)当钢筒内气体压强减小到等于海水外界液体的压强时，排出海水的体积最多。 设最多能排出海水的体积为V2， 根据玻意耳定律可知，pV=p1(V+V2)，解得V2=76 m3。 $$