2 气体的等温变化(课件)-【学而思·PPT课件分层练习】2024-2025学年高二物理选择性必修第三册（人教版2019）

2　气体的等温变化 知识点1　等温变化 一定质量的气体,在温度不变的条件下,其压强随体积变化的过程叫作气体的等温变化。 必备知识 清单破 第1讲　描述运动的基本概念 知识点2　玻意耳定律 1.内容: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。 2.公式:pV=C(常量)或p1V1=p2V2(p1、V1和p2、V2分别表示气体在不同状态下的压强和体积)。 3.图像  　      第1讲　描述运动的基本概念 知识辨析 1.在“探究气体等温变化的规律”的实验中,空气柱体积变化快慢是否对实验有影响? 2.玻意耳定律公式pV=C中C的数值在任何情况下都相同吗? 3.若一定质量的气体的压强、温度均保持不变,其体积可能变化吗? 第1讲　描述运动的基本概念 一语破的 1.有影响。空气柱体积变化太快会引起气体温度变化,将对实验产生影响。 2.不是。C是与气体的质量、种类、温度有关的常量。 3.不可能。一定质量的气体温度不变,满足玻意耳定律成立的条件,若气体的压强不变,根据 pV=C可知其体积一定不变。 第1讲　描述运动的基本概念 关键能力 定点破 定点1　封闭气体压强的计算  1.液柱类 　　液柱产生的附加压强:p=ρgh,其中h表示液柱或两液面之间的竖直高度,g是液柱所在处 的重力加速度。 (1)容器静止或匀速运动时,根据同种液体(中间液体不间断)在同一水平液面处压强相等,在 容器内灵活选取等压面,由两侧压强相等列方程求气体压强。 第1讲　描述运动的基本概念 如图所示,C、D处液面水平且等高,液体密度为ρ,重力加速度为g,则液面C、D两处压强相等, 封闭气体A的压强pA=pC=pD=p0+ρgh。 (2)容器加速运动时,通常选与气体相关联的液柱为研究对象,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。 第1讲　描述运动的基本概念 如图甲所示,玻璃管下端封闭一定质量的气体,玻璃管横截面积为S,液柱质量为m,重力加速度 为g,玻璃管竖直向上匀加速运动时,对液柱进行受力分析如图乙,有pS-p0S-mg=ma,得p=p0+  。 2.活塞类 以与封闭气体接触的固体(如汽缸或活塞)为研究对象,进行受力分析,列平衡方程求压强。 如图甲所示,汽缸置于水平地面上,汽缸横截面积为S,活塞质量为m,大气压强为p0,重力加速度 为g。以活塞为研究对象,受力分析如图乙,由平衡条件得mg+p0S=pS,则封闭气体的压强p=p0+  。 第1讲　描述运动的基本概念 定点2　应用玻意耳定律解题的基本思路 (1)明确研究对象 　　根据题意确定所要研究的气体,要求气体质量不变,温度不变;气体的质量发生变化时,需 通过设想,把变质量转化为定质量,才能应用玻意耳定律。 (2)明确状态参量 　　找出气体变化前后的初、末状态,并确定初、末状态的p、V值。 (3)列方程、求解 　　根据玻意耳定律列方程,必要时还应用力学或几何知识列出辅助方程;求解时注意同一 物理量的单位要统一。因为是比例式,计算中只需使相应量(p1、p2及V1、V2)的单位统一,不 一定用国际单位制的单位。 第1讲　描述运动的基本概念 (4)检验结果 　　在等温变化中,有时列方程求解会得到两个结果,应通过合理性的检验决定取舍。 第1讲　描述运动的基本概念 典例 一竖直放置、缸壁光滑且导热性能良好的柱形汽缸内盛有一定质量的氮气【1】,氮气被 活塞分隔成Ⅰ、Ⅱ两部分;达到平衡【2】时,这两部分气体的体积相等,上部气体的压强为p,如 图(a)所示。若将汽缸缓慢倒置,再次达到平衡【3】时,上下两部分气体体积之比为3∶1,如图(b) 所示。设外界温度不变。已知活塞面积为S,重力加速度大小为g,求活塞的质量。  　      第1讲　描述运动的基本概念 信息提取    【1】汽缸内气体发生的是等温变化。 【2】达到平衡时,活塞所受合力为零,Ⅰ气体对活塞向下的压力与活塞的重力的合力等于Ⅱ 气体对活塞向上的压力。 【3】倒置后,再次平衡时,Ⅱ气体对活塞向下的压力与活塞重力的合力等于Ⅰ气体对活塞向 上的压力。 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨       Ⅰ初态参量:p、 →Ⅰ末态参量:p1'、  Ⅱ初态参量:p2、 →Ⅱ末态参量:p2'、  第1讲　描述运动的基本概念 解析    设活塞的质量为m,气体的总体积为V Ⅰ气体在汽缸倒置前的压强为p,体积为 ;在汽缸倒置后的压强为p1',体积为  Ⅱ气体在汽缸倒置前的压强为p2,体积为 ;在汽缸倒置后的压强为p2',体积为  汽缸倒置前,两部分气体的关系为:pS+mg=p2S,整理得p2=p+  汽缸倒置后,两部分气体的关系为:p2'S+mg=p1'S,整理得p2'=p1'-  倒置过程中两部分气体温度不变,应用玻意耳定律, 对Ⅰ气体有p· =p1'·  对Ⅱ气体有p2· =p2'·  联立解得m=  第1讲　描述运动的基本概念 答案      第1讲　描述运动的基本概念 定点3　“探究气体等温变化的规律”的实验要点  1.研究方法 实验器材 铁架台、注射器、压力表、橡胶套等 研究对象 注射器内被封闭的一定质量的空气柱 实验方法 控制变量法。控制气体温度和质量不变,研究气体压强与体积的关系 数据收集 气体的压强由压力表读出,空气柱体积(长度) 由刻度尺读出 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 第1讲　描述运动的基本概念 图像 结果   实验 结论 一定质量的气体在温度不变的条件下,其压强与体积的倒数成正比,即压强与体积成反比 第1讲　描述运动的基本概念 2.注意事项 (1)保证气体的质量不变:实验前将橡胶套戴牢固,在柱塞上涂好润滑油避免漏气,以保证气体 的质量不变。 (2)保证气体的温度不变:实验过程中缓慢改变气体体积,手不要接触注射器,等稳定后再读出 气体压强,以保证气体的温度不变。 (3)保证视线水平:本实验测量气体体积时误差主要出现在对空气柱长度的测量上,由于柱塞 无法与刻度尺直接接触,故读数时注意视线一定与柱塞底面相平。 导师点睛    (1)注意实验中气体的压强是通过压力表测量的,所以柱塞与注射器壁间的摩擦 不影响气体压强的测量。(2)因为气体的体积V=Sl,S是常量,所以探究p与l的关系等同于探究 p与V的关系,故不需要测量空气柱的横截面积。 第1讲　描述运动的基本概念 定点4　两种等温变化的图像  p- 图像 p-V图像 图像     物理 意义 一定质量的气体,温度不变 时,pV=恒量,p与V成反比,p与  就成正比,在p- 坐标系中 的等温线应是过原点的直线 一定质量的气体,在温度不变 的情况下,p与V成反比,因此 等温过程的p-V图线是双曲 线的一支 第1讲　描述运动的基本概念 温度 高低 过 = 作平行于p轴的直线 分别与图线相交,根据气体压 强的微观解释和温度的微观 含义,在体积相同的情况下, 温度越高压强越大,故T2>T1 过V=V1作p轴的平行线,分别 与图线相交,根据气体压强的 微观解释和温度的微观含义, 在体积相同的情况下,温度越 高压强越大,故T2>T1 第1讲　描述运动的基本概念 典例 为了直观地描述一定质量气体在等温变化时压强p与体积V的关系,通常建立p-V坐标系 来研究。该气体在T1、T2温度下的等温线(为双曲线的一支)如图所示【1】,则它的p- 图像【2】 应为 (　    )    　      B 第1讲　描述运动的基本概念       信息提取    【1】温度越高,等温变化的p-V图线离原点越远。 【2】温度越高,等温变化的p- 图线斜率越大,且图线延长线过原点。 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨    pV=C、p=C· ,温度越高,C越大。根据p-V图像判断T1、T2大小关系,然后判断T 1、T2温度下p- 图线的斜率关系。 解析    根据玻意耳定律pV=C,C与温度有关,温度越高,C越大,可知p与V之积越大,表示温度越 高,则T2>T1;根据pV=C可知p=C· ,故p与 成正比,p- 图线的延长线过原点,且温度越高图线 的斜率越大,故B正确。  第1讲　描述运动的基本概念 $$