2.2 气体的等温变化 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

nullnull2.2 气体的等温变化 教师： 日期： 月 日 物理雾里悟理 复习引入：气体的状态参量（P、V、T） 3、温度 2、体积 1、压强 热力学温度T ：开尔文 T = t ＋ 273 K 体积 V 单位：有m3、L、mL等 压强 p 单位：Pa（帕斯卡） 多变量问题，如何研究？ ——控制变量法 ——1atm=1.01105Pa=76cmHg≈10m水柱 物理雾里悟理 （2）说明：气体的状态参量（P、V、T），三个量中有两个或三个都发生了变化，气体状态就发生了改变。 （1）定义：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。我们把这种变化叫做等温变化。（ m不变；T不变） PV=nRT （克拉伯龙方程） 一、气体的等温变化 定性研究（站立式讨论）： 能吹起气球吗？ 将针筒的细口堵上，用力向里压柱塞，越往里压会有什么感觉？ 结论：质量一定的气体（封闭气体），体积越小，压强越大。 物理雾里悟理 1.等温变化：气体在温度不变的状态下，发生的变化。 2.等温变化实验 (1)实验目的：探究一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系 (2)实验原理：先选定一个热力学系统，比如一定质量的空气，在温度不变的情况下，测量气体在不同体积时的压强，再分析气体压强与体积的关系。 （3）实验方法：控制变量法 （4）实验器材：铁架台、注射器、刻度尺、压力表(压强表)等，注射器下端用橡胶塞密封，上端用柱塞封闭一段空气柱。 二、探究气体等温变化的规律（定量实验） （5）物理量的测量： 需要测量空气柱的体积V和空气柱的压强P。空气柱的长度L可以通过刻度尺读取，空气柱的长度L与横截面积S的乘积就是它的体积V。空气柱的压强P可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取。 物理雾里悟理 ①研究的是哪一部分气体? 注射器内一定质量的气体. ②怎样保证气体质量不变? 柱塞上涂上润滑油（凡士林）——主要是防止漏气，不是为了减小摩擦，该装置即使有摩擦，也不影响实验结果。 ③如何保证封闭气体的温度不变? 不能用手触摸玻璃管，缓慢拉动活塞，环境恒温，容器透热 ④如何测 V ? 测量空气柱的长度L，V=空气柱长度L× 空气柱的横截面积S ⑤如何测量P？ 压力表读出,稳定后再读数 二、探究气体等温变化的规律（定量实验） 站立式讨论： 读数次数 5 4 3 初始 2 6 压强（×105Pa） 体积(单位体积) 2.00 1.00 2.25 0.85 1.52 1.29  1.25 1.65 1.00 2.00 2.50 0.80 物理雾里悟理 (6)数据分析： 温度不变时压强与体积的关系 实验结论： 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。 二、探究气体等温变化的规律（定量实验） 物理雾里悟理 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 C与气体的种类、质量、温度有关。 对一定质量的某种气体：温度不变，C不变 对一定质量的某种气体：温度越高，C越大 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” 提示： PV = C = nRT n为气体物质的量 R为气体常数(定值) 3. 公式应用注意事项： ① 研究对象: 一定质量的气体 ② 适用条件: 温度保持恒定 ③ 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） 三、玻意耳定律 面积：S=PV=C=nRT V p 0 等温线 对一定质量的某种气体，温度不变,C不变；温度越高，C 越大． T1 T2 P-V图特点： 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等温线上的某点表示气体的一个确定状态； ③温度越高等温线离坐标轴或原点越远（T1<T2）； ④一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的。 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） 物理雾里悟理 同一气体，不同温度下等温线是不同的，你能判断那条等温线是表示温度较高的情形吗？你是根据什么理由作出判断的？ 结论:T3>T2>T1 V p 1 2 3 0 P 1/V 0 1 2 3 结论:T1>T2>T3 p­1/V 图 三、玻意耳定律 p 1/V 0 等温线 斜率：K=P/(1/V) =PV=C 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。 物理雾里悟理 1、如图所示，D→A→B→C表示一定质量的某种气体状态变化的一个过程，则下列说法正确的是(　　) A.D→A是一个等温过程 B.A→B是一个等温过程 C.A与B的状态参量相同 D.B→C体积减小，压强减小，温度不变 A 你能行！！ 物理雾里悟理 2、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 D 你能行！！ 物理雾里悟理 1.容器静止或匀速运动（合力为零）时封闭气体压强的分析计算方法 ①取等压面法：同一水平液面处压强相同 h A B h D C p=p0+ρgh p=p0-ρgh p = p0-ρgh h 拓展：封闭气体压强的分析与计算 ②力平衡法 h h h 汽缸横截面积为S，活塞质量为m m M m S G P0S PS PS = P0S+mg G PS P0S′ PS =mg +P0S＇cosθ PS = mg+P0S M m S S m mg+PS = P0S Mg+PS = P0S 物理雾里悟理 3、如图所示为两端开口的U型管，右侧直管中有一部分空气被一段水银柱与外界隔开，若在左侧直管中再注入一些水银，则平衡后(外界温度恒定)(　　) A.两侧水银面A、B 高度差h减小 B.两侧水银面A、B 高度差h增大 C.右侧封闭气柱体积变大 D.两侧水银面A、B 高度差h不变 D 你能行！！ 物理雾里悟理 4、如图，水平放置的导热气缸被导热活塞隔成左右两部分，两部分气体a和b为同种理想气体，活塞静止时到左右两侧的距离之比为1∶2，活塞质量为m、面积为S，活塞可无摩擦左右移动。现在把气缸转动90度，a在上、b在下，结果活塞正好在气缸中间。已知气体温度始终不变，求开始时气体a的压强是多少？ 解析：设气体a原来压强为p1、则开始时气体b压强也为p1；气缸转动后，活塞稳定时，气体a的压强为p2，则气体b的压强为p3＝p2＋，根据气缸外温度不变，可知气体a、b温度始终不变，设原来活塞到左侧距离为d，对于气体a，应用玻意耳定律有p1Sd＝p2S·d，对于气体b，应用玻意耳定律有p1S·2d＝p3S·d，联立解得p1＝。 你能行！！ 物理雾里悟理 2.容器加速时（合力不为零）封闭气体压强的分析计算方法 方法：当容器加速运动时，通常选与气体相关联的液柱、汽缸或活塞为研究对象，并对其进行受力分析，然后由牛顿第二定律列方程，求出封闭气体的压强。 如图所示，当竖直放置的玻璃管向上加速运动时，对液柱受力分析有： pS－p0S－mg＝ma 拓展：封闭气体压强的分析与计算 5、如图所示,长50 cm的玻璃管开口向上竖直放置,用15 cm长的水银柱封闭了一段20 cm长的空气柱,外界大气压强相当于75 cm水银柱产生的压强。现让玻璃管自由下落。不计空气阻力,求稳定时气柱的长。(可以认为气柱温度没有变化) 24 cm 你能行！！ 物理雾里悟理 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 课堂总结 物理雾里悟理 Sheet1 读数次数 1 2 3 4 5 6 读数次数 1 2 3 4 5 6 V(单位体积) 1 1.25 1.52 2 2.25 2.5 V(单位体积) 1 1.25 1.52 2 2.25 2.5 1/V 1 0.8 0.6578947368 0.5 0.4444444444 0.4 P(×105) 2 1.65 1.29 1 0.85 0.8 P(×105) 2 1.65 1.29 1 0.85 0.8 P(×105) P(×105) 1 1.25 1.52 2 2.25 2.5 2 1.65 1.29 1 0.85 0.8 气体的体积 气体的压强 P(×105) P(×105) 1 0.8 0.657894736842105 0.5 0.444444444444444 0.4 2 1.65 1.29 1 0.85 0.8 气体的体积的倒数 气体的压强 得p＝p0＋ $$实验目的，探究一定质量的气体在温度保持不变的情况下，气体的压强与温度的关系。实验器材有注射器、气压传感器将注射器封闭十毫升的气体，并且与气压传感器相连接。读出气体的压强。将注射器内的气体缓慢地减小到8毫升。读出气体的压强。再缓慢压缩到6毫升。读出气体的压强。将注射器内的气体缓慢地膨胀到12毫升。读出气体的压强。再膨胀到14毫升。读出气体的压强。 同学们，大家好。我是中学学科网物理微课堂讲师周老师。今天我们学习的内容是气体的等容变化和等压变化。上一讲中我们学习了气体的等温变化，在温度不变的情况下，我们来研究气体压强与体积之间的关系。那么气体的等容变化与等压变化又有怎样的规律呢？首先我们进入本讲的课标解读，通过本课的学习，我们首先要知道查理定律的内容及公式。二了解等容变化的PPT图像及物理意义。三知道什么是等压变化，知道概率萨克定律的内容和公式。四了解等压变化的VT图像及其物理意义。带着课标的要求，我们进入第二环节知识精讲部分。首先我们来了解气体的等容变化，什么是气体的等容变化呢？气体体积保持不变的情况下所发生的状态变化就称之为等容变化。查理定律一定。质量的某种气体在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比，这就是查理定律的内容。用数学公式来描述这一定律，可以写成P等于C乘以P或者P1比P2等于P1比P2，或者德尔塔P比德尔塔T等于P除以T查理定的适用条件，一定质量下的气体体积不变，其中T的单位要采用热力学单位，也就是开尔文二表达式中常量C与气体的质量和体积有关系。3、气体必须在压强不太大或者和温度不太低的环境中来进行。二等人物过程中的PT图像和PT图像。P与大写T这个图像是压强与热力学温度的关系。拼音小写T的图像是指压强气体压强与摄氏温度之间的关系。我们来看到P与摄氏温度之间的关系是一条不过原点的倾斜直线。这条等温线通过横轴-273.15摄氏度，斜率越大体积越小。而P与热力学温度之间的关系图线是一条过原点的倾斜直线，也是称为等温线。而P大地图线呢，它是过圆点的直线，斜率越大的体积越小，也就是本图中V2的体积它要小于微米。三气体的等压变化，一定质量下的某种气体在压强不变时，体积随温度变化。概率萨克定律，一定质量的某种气体在压强P保持不变的情况下，体积V与热力学温度T成正比，写成公式为V除以T等于C或者V1比V2等于T1比T2，或者德耳塔V除德耳塔T等于V除以T适用条件跟刚才的等容变化内测，它也一定是一定质量的气体。在压强不变的条件下，T的单位仍然是热力学单位。开尔文表达式中，常量C仍然与气体的质量和压强有关。三气体必须在压强不太大，温度不太低的环境中才可以得到这一规律。204等压变化的微距图像和与V小写T之间的图像。2个VT图像当然横轴一个表示热力学温度，另一个用表示摄氏温度体积。气体的体积与摄氏温度图像，它表示的是等压线。这个等压线是通过横轴梯等于-273.15摄氏度，这就是它的焦点。斜率越大，表达的对应的气体压强就越小，如果给它画上另一条倾斜的直线，那么这里对应的压强P一下面这个P2还要更新VT图像，也就是气体的体积与热力学温度之间的关系图，是一条过原点的倾斜之间斜率越大仍然表示的是压强越小。微粒图像也就是气体的体积与热力学温度的图像是一条过原点的直线，斜率越大表示气体的压强越小。完成了本讲的知识的学习和梳理，现在我们进入本课的第三环节，能力突破。首先请同学们看例题一，请同学们审题解析。如图甲我们可以看出AB的连线，它的反向延长会线会穿过原点，所以由A到B是一个等压变化。因为我们看到的是VT图线，V体积气体的体积与热力学温度。如果这条线恰好反向延长会穿过原点，说明这就是一条等压线。因此AB2点的压强是相等的。既然是一个等压变化，那我们可以根据盖吕萨克定律可以得到VA比上TA会等于VB比上TB所以把公式化简TA等于VA除以VB再乘以TB很快可以计算出A的温度应该是200K如图起来可以知道B到C是一个等容变化，我们可以看到它对应的体积都是0.6立方米，因此它发生的是一个等容变化。根据查理定律我们可以得到PB比上PC等于PB比上P所以由此化简之后可以得到PC应该等于PC除以PB再乘以PB通过一系列的运算等于400除以300再乘以PA再加上上一问中，我们知道AB发生的是一个等压变化，因此PA的压强就与PBE的压强是一个相等的关系。因此把已知的PA压强是1.5乘10的5次方块与3分之4相乘得到气体的压强，一个是二个组方案，由此看来C点的压强也就是2乘10的5次方。根据前面两问提供的条件，由A到B发生的是等压变化，由B到C是一个等容变化。于是我们就可以画出它相应的一个PT图像。首先我们已经知道从A到B的过程中，A的压强为1.5乘10的5次方帕。A到B的过程是一个等压过程，因此AB这一段线是一条水平线，它对应的压强应该是1.5乘10的5次方派。好由V到C的过程是一个等容的过程。于是我们要知道PET图线也就是气体的压强与热力学温度。如果这条图线是一条过原点的直线，说明它就是一条是一条等容线。因此我们沿BC的方向反向延长，穿过原点，然后画出从B到C的这样一个连线集中。注意C的压强为刚刚能计算出2.0乘10的5次方帕，因此得到的就是我们图中的由A到B的这一条直线。本题考察的是盖吕萨克定律与查理定律的类应用。应用这两个规律来解题的时候，我们首先要确定好研究对象是哪一部分气体，明确好气体所对应的出没状态，分析判断它发生的是一个等容变化的过程，还是等压变化的过程。然后根据查理定律或者盖吕萨克定律来列方程，灵活运用PT图和VT图收集需要的信息。并且我们要学会三种图像，也就是PP图、VP图以及PV图。三种图像之间的相互转换，在高考里面是必须掌握的。例题2，请同学们审题，由盖吕萨克定律知道，当气体的温度升高时，体积将增大，低里面的水银面将下降。因为气体的温度环境温度升高了，所以左侧的这个玻璃瓶中的气体温度自然就比较升高。温度一升高，体积必然会增大。好，体积增大的话，因为我们发现它对应外面的是一个大气压，因此B类水平面将下降。为了保证气体的压强不变，因此C管必须要往下移，因为它要求气体的良性保持不变。温度升高，体积增大，水凝度会下降，是促使这一部分的液水浓度上升，导致左侧气体电压强，也叫增量。为了保证气体电压强不变，那么C端就要往下降，让右侧的水泥柱相对左侧高度降低。这样的话就可以使左侧气体的压强减小，一直到BC两管的水泥面，最后等高恢复到等高的这样一个状态。比如说往下放一点，这个也要往下降，一直这样的两侧相等。因为只有当两侧的水平面高度相等的时候，那么气体左侧气体的压强预约右侧管道管口对应的外界的大气压P0相等。由盖吕萨克定律知道，德塔V和德塔T是成正比的。BC两管的横截面S是相同的，所以它对应的德耳塔H与德耳塔G应该是一个正比的关系。而德塔T就是热力学温度的变化与摄氏温度的变化是相等的。因为我们知道热力学温度应该等于摄氏温度加上273度. 一摄氏度。但是它们的变化量，泽塔T与A与德塔西奥T是完全相等的。由此看来德塔H与摄氏温度的变化是正比的关系。因此本题的答案应该是第一问向下移动C管，直到BC两管的水平面高度相等。然后第二个选择的应该是A图。本题考察的是液柱移动的问题。首先假设液柱不动，让气体做等容变化，比较气体前后两个状态的压强变化，从而判断液柱的移动方向。2、如果是两部分的气体，且镍柱两端横切面相等，那么就要判断德塔T大于0，则液柱向德耳塔P较小的方向。比如有一根玻璃管两端是封闭的，然后中间用一个水银柱隔开。像这种情况下，我们要判断外界的环境发生变化之后，问业主朝哪边运动。如果两部分的砌体，两部分的气体以及液柱两端横切面积相等，那我们要判断德塔P大于零的时候，则得塔液柱应该向压强变化较小的地方。如果我得塔P比如说这个地方右侧的压强变化它比较小，而左侧的压强变化比较大，当然只能下它。如果是这个压强的变化是小于0，也就是说比如这个环境温度再降低环境温度一降低，两边的压强都要的好。德塔P小于零的时候，那么业主将向德耳塔P的绝对值较大的方向移动，换句话讲就是向压强减少的比较多的那一方移。如果两部分气体且液柱两端的横截面不相等，有一个液柱上端比较小。下边的好。然后我们中间是由液柱水泥柱把它给分开，两端也是封闭的。好，那么在这种情况下我们要如果德塔P大于0，也就是这样压强是增大的，那么仍然满足液柱向德塔P乘以S小小的方向移动。那么这个时候就要考虑横截面的大小，因为它之所以会弄，是因为业主两个面受到的压力大小的东西。好，如果这里受到两个力气体对这个液柱产生上下两个力的作用。如果F1比较大，当然就向上运动，那就说明上面这个部分压强增加的比较少，下面这个压强就比较大好。如果德塔B是小于零的，也就是说压强是减小的，那么业主将向德塔P的绝对值乘以S角大的方向里面，也就是讲力函数的液柱受力减小了比较多的方向。假设德塔P1乘以X是相等的关系，那你就不再理论。因此碰到业主的问题，一方面可以从压强的角度来看，另外一方面其实也可以从受力的角度来认识。因为如果面积相等，压强比其实就是压力，而如果面积不相等，这个关系就不存在了。最后我们对本讲进行小结和归纳。本课讲的内容是气体的等容变化和等价变化。讲了三个小问题，一个是气体的等容变化，第二个是气体的等压变化，第三个问题是盖吕萨克定律与查理定律的内容及其应用。针对这两个变化，我们归纳出了实验定律。这个实验定律在什么条件下可以使用，如何应用？好，今天的课我们就讲到这里，谢谢同学们的收看，欢迎继续关注学慧网的其他课程，同学们再见。 气体压强逻辑板。玻璃板的玻璃质量体积气体压强由玻璃板的基础部罚单用手卷起活塞以保持其能力，听起来是偏小，同时压增大。当气体的体力经常为中外时，一半时大小增大到中外2裂飞发弹用手拉活塞紧急较大，同时压测有。当时4月12岁时，已经跌到11。 气体的压强和体积的关系。玻璃管内封闭着一定质量的气体，气体的压强有与玻璃管相连的气压计读出。缓慢用手向下压活塞，以保持气体温度不变，气体的体积减小，同时压强增大。当气体的体积减小为初态时的一半时，压强增大到初态时的两倍。缓慢用手向上拉活塞，气体的体积增大，同时压强减小。当气体体积增大为初态时的二倍时，压强减小到初态时的一半。大量实验表明，一定质量的气体在保持温度不变的情况下，压强与体积成反比，这就是波义耳定律。 null注射器。气压。传感器将注射器封闭十毫升的气体，并且与气压传感器相连接。读出气体的压强。将注射器内的气体缓慢地减小到8毫升。读出气体的压强。再缓慢压缩到6毫升。读出气体的压强。将注射器内的气体缓慢地膨胀到12毫升。读出气体的压强。再膨胀到14毫升。读出气体的压强。