第2章 2 气体的等温变化 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（人教版2019，浙江）

DIERZHANG 第二章 2　气体的等温变化 1.知道什么是气体的等温变化，经历探究气体等温变化规律的实验过程。 2.对比气体的p－V图像、p－ 图像，了解作p－ 图像的物理思想，并能通过图像得出等温情况下p、V的关系(重点)。 3.知道玻意耳定律的内容、表达式及适用条件，能应用玻意耳定律解决实际问题。 学习目标 2 一、实验：探究气体等温变化的规律 二、玻意耳定律及其简单应用 课时对点练 内容索引 3 一 实验：探究气体等温变化的规律 4 1.实验目的：探究一定质量的气体，在温度不变的条件下，其 与 变化时的关系。 2.研究对象(系统)：注射器内被封闭的 。 3.实验思路：在保证密闭注射器中气体的 和_____ 不变的条件下，通过改变密闭注射器中气体的体积，由 压力表读出对应气体的压强值，进而研究在恒温条件下 气体的压强与体积的关系。 压强 体积 空气柱 质量 温度 4.实验器材：带铁夹的铁架台、 、柱塞(与压力表密封连接)、压力表、 、刻度尺。 5.物理量的测量 (1)密封气体：用橡胶套在玻璃管中密封一定质量的气体(气体的体积大约是玻璃管容积的一半)。 (2)安装固定：将压力表和玻璃管按如图方式固定在铁架台上。 (3)记录压强p，测量体积V ①空气柱的压强p可以从仪器上方的指针读出； 注射器 橡胶套 ②空气柱的长度l可以在玻璃管两侧的刻度尺上读出，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V； ③用手把柱塞向下压或向上拉，读出体积与压强的几组数据填入表格。 次数 1 2 3 4 5 6 压强(p)             空气柱长度(l)             体积(V)             体积的倒数( )             6.数据分析： (1)作p－V图像 以压强p为纵坐标，以体积V为横坐标，用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘出等温曲线，如图所示。观察p－V图像的特点看能否得出p、V的定量关系。 (3)实验结论：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积的倒数成 ，即压强与体积成 。 正比 反比 7.实验注意事项 (1)改变气体体积时，要缓慢进行，等稳定后再读出气体压强，以防止气体体积变化太快，气体的温度发生变化。 (2)实验过程中，不要用手接触注射器的玻璃管，以防止玻璃管从手上吸收热量，引起内部气体温度变化。 (3)实验中应保持气体的质量不变，故实验前应在柱塞上涂好润滑油，以免漏气。 (4)在这个实验中，由于气体体积与长度成正比，因此研究气体的体积与压强的关系时，不需要测量空气柱的横截面积。 实验过程中，如何实现气体的等温条件？ 思考与讨论 答案　推拉活塞要缓慢；手不能握住玻璃管；改变气体体积后不要立即读数，待稳定后再读数。 　(2023·嘉兴市高二月考)小强同学用如图所示装置探究气体等温变化的规律。 (1)他在实验过程中注射器没有完全竖直而是略微倾斜，则压力表读数____。 A.偏大 B.偏小 C.没有影响 例1 C 压力表测量的是注射器中气体的压强，同一个容器内气体压强处处相等，所以实验过程中注射器没有完全竖直对压力的测量没有影响，故C正确。 (2)下列实验操作，正确的有____。 A.柱塞上应该涂油以更好地密封气体 B.应快速推拉柱塞以避免气体与外界热交换 C.用手握住注射器推拉柱塞以使装置更加稳定 A 柱塞上涂油是为了避免漏气，即更好地密封气体，故A正确； 推拉柱塞时要缓慢进行，让气体更好地与空气进行热交换，避免引起气体温度的变化，故B错误； 用手握住注射器会改变注射器内气体的温度，故C错误。 　在利用特制的注射器做“探究气体等温变化的规律”实验中，某小组同学通过压力连杆上拉或下压柱塞得到了表中四组实验数据。如图甲是压力表记录第2组数据时的状态。通过记录对应的四个封闭气柱的长度L(单位：cm)算出体积，已知封闭气柱的横截面积S＝ 2 cm2，且V＝LS，若测第3组数据时，读出空气柱的长度为2.0 cm。 例2 (1)完善下表： 次数 1 2 3 4 压强p(×105 Pa) 0.8 ____ 1.6 1.9 体积V(cm3) 8 6.4 ____ 3.4 体积倒数 (cm－3) 0.125 0.156 ______ 0.294 1.0 4.0 0.250 由题图甲可读得第2组数据对应的气体压强为1.0×105 Pa。 由题设可知，第3组数据中气柱体积为V3＝SL3＝2×2.0 cm3＝4.0 cm3， (2)根据上表数据在图乙所示坐标系中作p－ 图像。 由图像可得实验结论：质量一定的某种气体，________________________________________。 在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比 答案　见解析图　 由表中数据描点，用一条平滑的线连接，使尽可能多的点落在线上，不能落在线上的点均匀分布在线的两侧，离线较远的点可以舍去，如图所示 由图可看出，质量一定的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积的倒数 成正比，即压强p与体积V成反比。 二 玻意耳定律及 其简单应用 19 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.公式：pV＝C(式中C是常量)或 。 3.条件：气体的 一定， 不变。 温度 反比 p1V1＝p2V2 质量 温度 1.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？ 思考与讨论 答案　变小。 答案　由玻意耳定律pV＝C可知，压强变小，气体的体积增大。 (2)气泡在上升过程中体积为何会变大？ 2.一定质量的气体温度升高时，pV＝C中的C的数值是怎样变化的？为什么？(从气体压强的微观解释角度分析) 答案　增大。若气体的体积保持不变，当温度升高时，气体分子的平均速率增大，气体分子数密度不变，分子与器壁碰撞时平均作用力增大，压强变大，C值变大。 (1)一定质量的气体，在温度不变时，压强跟体积成反比。(　　) (2)对于温度不同、质量不同、种类不同的气体，C值是相同的。 (　　) (3)一定质量的某种气体等温变化的p－V图像是通过原点的倾斜直线。 (　　) √ × × 辨析 (2022·宁波市镇海中学模拟)如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量。设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气 A.体积不变，压强变小 B.体积变小，压强变大 C.体积不变，压强变大 D.体积变小，压强变小 例3 √ 由于气体温度不变，属于等温变化，水位升高，封闭气体的体积减小，根据玻意耳定律pV＝C，可知压强增大，故B正确。 　(2022·运城市高二月考)水中的一个气泡从距离水面30 m处上升到距离水面10 m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 例4 √ 大气压强为p0＝1×105 Pa，距离水面30 m处的压强p1＝p0＋ρgh1＝4p0，距离水面10 m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，故选C。 　人们常常用充气泵为鱼缸内的水补充氧气。如图为充气泵气室的工作原理图。设大气压强为p0，气室内气体的压强为p，气室通过阀门K1、K2与空气导管相连接，温度保持不变。则下列说法正确的是 A.向上拉橡皮膜时，p>p0，K1关闭，K2开通 B.向上拉橡皮膜时，p<p0，K1关闭，K2开通 C.向下压橡皮膜时，p>p0，K1关闭，K2开通 D.向下压橡皮膜时，p<p0，K1关闭，K2开通 例5 √ 由题图可知，当向上拉橡皮膜时，气室内的气体体积变大，气体温度不变，由玻意耳定律pV＝C可知，气体压强变小，小于大气压，即p<p0，阀门K1开通，K2关闭，故A、B错误； 由题图可知，当向下压橡皮膜时，气室内气体体积变小，气体温度不变，由玻意耳定律pV＝C可知，气体压强变大，大于大气压，即p>p0，阀门K1关闭，K2开通，故C正确，D错误。 三 课时对点练 考点一　实验：探究气体等温变化的规律 1.(多选)关于“探究气体等温变化的规律”的实验，下列说法正确的是 A.实验过程中应保持被封闭气体的质量和温度不发生变化 B.实验中为找到体积与压强的关系，一定要测量空气柱的横截面积 C.为了减小实验误差，可以在柱塞上涂润滑油，以减小摩擦 1 2 3 4 5 6 7 基础对点练 √ √ 本实验采用的方法是控制变量法，所以要保持被封闭气体的质量和温度不变，A正确； 由于注射器的横截面积不变，所以只需测出空气柱的长度即可，B错误； 涂润滑油的主要目的是防止漏气，使被封闭气体的质量不发生变化，C错误； 1 2 3 4 5 6 7 2.某同学用如图所示装置探究气体做等温变化的规律。 (1)在实验中，下列哪些操作不是必需的____。 A.用橡胶套密封注射器的下端 B.用游标卡尺测量柱塞的直径 C.读取压力表上显示的压强值 D.读取刻度尺上显示的空气柱长度 1 2 3 4 5 6 7 B 1 2 3 4 5 6 7 为了保证气密性，应用橡胶套密封注射器的下端，A需要； 由于注射器的直径均匀恒定，根据V＝LS可知体积和空气柱长度成正比，所以只需读取刻度尺上显示的空气柱长度，无需测量柱塞直径，B不需要，D需要； 为了得知压强的变化情况，需要读取压力表上显示的 压强值，C需要。 (2)实验装置用铁架台固定，而不是用手握住玻璃管(或注射器)，并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是_________________________________________。 1 2 3 4 5 6 7 保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变 手温会影响气体的温度，若实验过程中气体压缩太快，温度升高后热量不能快速释放，气体温度会升高，所以这样做的目的是保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变。 (3)下列图像中，最能直观反映气体做等温变化的规律的是___。 1 2 3 4 5 6 7 C 3.“用DIS研究在温度不变时，一定质量气体压强与体积关系”的实验装置如图所示。 (1)某次实验中，数据表格内第2次～第8次压强没有记 1 2 3 4 5 6 7 录，但其他操作规范。根据表格中第1次和第9次数据，推测出第7次的压强p7，其最接近的值是_____。 A.128.5 kPa B.138.4 kPa C.149.9 kPa D.163.7 kPa C 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 压强p/kPa 100.1           p7   179.9 体积V/cm3 18 17 16 15 14 13 12 11 10 1 2 3 4 5 6 7 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 压强p/kPa 100.1           p7   179.9 体积V/cm3 18 17 16 15 14 13 12 11 10 (2)若连接注射器与传感器的软管内气体体积V0不可忽略，则封闭气体的真实体积为________。 1 2 3 4 5 6 7 V0＋V 若连接注射器与传感器的软管内气体体积V0不可忽略，则封闭气体的真实体积为V＋V0。 考点二　玻意耳定律及其简单应用 4.一定质量的气体，压强为3 atm，保持温度不变，当压强减小了2 atm时，体积变化了4 L，则该气体原来的体积为 1 2 3 4 5 6 7 √ 设该气体原来的体积为V1，由玻意耳定律知压强减小时，气体体积增大，即3V1＝(3－2)·(V1＋4 L)，解得V1＝2 L，B正确。 5.如图所示，汽缸倒挂在天花板上，用光滑的活塞密封一定质量的气体，活塞下悬挂一个沙漏，保持温度不变，在沙缓慢漏出的过程中，气体的 A.压强变大，体积变大 B.压强变大，体积变小 C.压强变小，体积变大 D.压强变小，体积变小 1 2 3 4 5 6 7 √ 设活塞和沙漏的总质量为m，则对活塞分析可知pS＋mg＝p0S，则当m减小时，p增大；根据玻意耳定律pV＝C可知，体积减小，故选B。 6.物理小组的同学们利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。实验步骤如下： ①将注射器下端开口处套上橡胶套，和柱塞一起把一段 空气柱封闭； ②已知空气柱的横截面积为S，通过刻度尺读取空气柱的 长度L，可得空气柱的体积V＝LS； ③从与注射器内空气柱相连的压力表读取空气柱的压强p； 1 2 3 4 5 6 7 能力综合练 ④把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与 压强，获取空气柱的体积V和压强p的几组数据； ⑤将各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线，得出温度不 变时气体压强与体积的关系。 完成下列填空： (1)实验时要缓慢地移动柱塞，原因是___。 A.能与环境充分热交换，保持气体温度不变 B.保证气体质量不变 C.防止注射器晃动而不便于测体积 1 2 3 4 5 6 7 A 1 2 3 4 5 6 7 为减小实验误差，应缓慢移动柱塞，以防止柱塞移动过快时气体的温度发生变化，使注射器内空气温度始终与外界空气温度相同，故选A。 (2)小明同学根据测量结果，作出p－V图像，如图乙所示，_____(填“能”或“不能”)根据绘制的图线直接得到空气柱的压强跟体积的关系。 1 2 3 4 5 6 7 不能 (3)小军同学实验操作规范正确根据测量结果，作出V－图像，如图丙所示，图线不过原点，则V0代表________ ______________________。 1 2 3 4 5 6 7 注射器 下面橡胶套内气体体积 7.(2023·宁波市校联考模拟)某同学通过如图甲 所示的实验装置，利用玻意耳定律来测定一颗 形状不规则的冰糖的体积。 (1)将冰糖装进注射器，通过推、拉活塞改变封闭气体的体积和压强。若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，则______(填“需要”或“不需要”)重做实验。 1 2 3 4 5 6 7 需要 实验需要保持气体温度与质量不变，若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，则必须废除之前获得的数据，重做实验。 1 2 3 4 5 6 7 (2)实验中通过活塞所在刻度读取了多组体积V及对应压强p，为了在xOy坐标系中获得直线图像，应选择_____。 C 1 2 3 4 5 6 7 设冰糖的体积为V1，则气体的体积为 V2＝V－V1 由玻意耳定律知p(V－V1)＝C 1 2 3 4 5 6 7 (3)选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到直线的函数图像如图乙所示，忽略传感器和注射器连接处的软管容积，则这颗冰糖的体积为____。 b 由函数关系结合题图乙可知V1＝b。 (2)作p－图像 以压强p为纵坐标，以为横坐标，在坐标纸上描点。如果p－图像中的各点位于过原点的同一条直线上(如图)，就说明压强p与成正比，即压强与体 积成反比。如果不在同一条直线上，我们再尝试其他关系。 则＝0.250 cm－3 D.处理数据时采用p－图像，是因为p－图像比p－V图像更直观  p与V成反比，p－图像是一条过原点的直线，而p－V图像是双曲线的一支，所以p－图像更直观，D正确。 当气体做等温变化时，p与V成反比，即p∝，故p－图像为过原点的直线，所以为了能直观反映p与V成反比的关系，应作p－图像，C正确。 根据表格，压强和体积的乘积保持不变，第7次的压强p7＝ kPa ＝150.15 kPa，故选C。 A. L B.2 L C. L D.3 L 因为曲线所表示的函数关系不清楚，则不能根据绘制的图线直接得到空 气柱的压强跟体积的关系；应先猜想可能成反比关系，再作p－图像， 如果图线是过原点的倾斜直线，可以判断空气柱的压强跟体积成反比。   体积实际值比读数值大V0。根据p(V＋V0)＝C，C为定值，则V＝－V0 如果实验操作规范正确，但如图丙所示的V－图线不过原点，则V0代 表注射器下面橡胶套内气体体积。 A.p－V图像 B.p－图像 C.V－图像 D.－图像 为了获得直线图像，应表示为V＝C＋V1 选择V－图像，故选C。 $$