专题提升课1 等温变化图像和变质量问题(课件PPT)-【学霸笔记·同步精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

该高中物理课件聚焦等温变化图像（p-V图像、玻意耳定律）与变质量问题（打气、抽气、分装），通过气泡上升、吸盘搬运等生活实例导入，衔接气体实验定律，构建知识支架，为热学综合应用奠基。 亮点在于融合物理观念（深化气体状态参量认知）与科学思维（变质量问题转化为定质量模型，体现模型建构与推理），精选2024年模拟题，联系生活实际，助力学生提升问题解决能力，教师可直接用于专题教学，高效落实核心素养。

专题提升课1　等温变化图像和变质量问题 专题深度剖析 1 随堂巩固落实 2 内容 索引 专题深度剖析 PART 01 第一部分 微专题一　等温变化图像 1．p－V图像 (1)一定质量的某种气体，其等温线是双曲线，双曲线上的每一个点均表示一定质量的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坐标的乘积都是相等的，如图甲所示。 专题深度剖析 返回导航 (2)玻意耳定律pV＝C(常量)，其中常量C不是一个普通常量，它随气体温度的升高而增大，温度越高，常量C越大，等温线离坐标轴越远。如图乙所示，四条等温线的温度关系为T4>T3>T2>T1。 专题深度剖析 返回导航 专题深度剖析 返回导航 　(多选)一定质量的某种气体状态变化的p－V图像如图所示，气体由状态A变化到状态B的过程中，下列关于气体的温度和分子平均速率的变化情况的说法错误的是　(　　) A．都一直保持不变 B．温度先升高后降低 C．温度先降低后升高 D．平均速率先增大后减小 √ √ 专题深度剖析 返回导航 [解析]　由图像可知，pAVA＝pBVB，所以A、B两状态的温度相等，在同一等温线上，可在p－V图像上作出几条等温线，如图所示。由于离原点越远的等温线温度越高，所以从状态A到状态B，温度应先升高后降低，分子平均速率先增大后减小。 专题深度剖析 返回导航 　(2024·贵州一模)物理爱好者黄先生很喜欢钓鱼，某次钓鱼时黄先生观察到鱼在水面下5 m深处吐出一个体积为V0的气泡，随后气泡缓慢上升到水面，气泡内外压强始终相等，忽略水温随水深的变化。已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2，ρ水＝1.0×103 kg/m3。 专题深度剖析 返回导航 (1)求气泡上升到水面时的体积(用V0表示)。 [解析]　气体在水面下的压强 p1＝p0＋ρgh＝1.5×105 Pa＝1.5p0 体积V1＝V0 气体上升到水面时的压强为p0，体积为V2，由于温度不变，根据玻意耳定律，有 p1V1＝p0V2 解得V2＝1.5V0。 [答案]　1.5V0　 专题深度剖析 返回导航 (2)画出气泡上升过程中的p－V图，并标出初末状态压强和体积的数值(用p0、V0表示)。 [答案]　图见解析 专题深度剖析 返回导航 微专题二　变质量问题 1．打气问题 向球、轮胎中充气是一个典型的气体变质量的问题。只要选择球、轮胎内原有气体和即将打入的气体作为研究对象，就可以把充气过程中的气体质量变化的问题转化为定质量气体的状态变化问题。 专题深度剖析 返回导航 2．抽气(漏气)问题 从容器内抽气(漏气)的过程中，容器内的气体质量不断减小，这属于变质量问题。分析时，将每次抽气(漏气)过程中抽出(漏掉)的气体和剩余气体作为研究对象，质量不变，故抽气(漏气)过程可看作是膨胀的过程。 3．题型特点 (1)打气和抽气过程温度不变。 (2)都是取全部气体为研究对象。 (3)抽气过程可以看成打气过程的逆过程。 专题深度剖析 返回导航 4．对一定质量的气体，其压强p、体积V、温度T和物质的量n满足pV＝nRT，若气体发生等温变化，对两部分气体分别有p1V1＝n1RT，p2V2＝n2RT，混合后的压强为p，体积为V，有pV＝(n1＋n2)RT，则p1V1＋p2V2＝pV。 专题深度剖析 返回导航 类型1　打气问题 　(2024·安徽开学考)真空轮胎(无内胎轮胎)，又称“低压胎”“充气胎”，在轮胎和轮圈之间封闭着空气，轮胎鼓起对胎内表面形成一定的压力，提高了对破口的自封能力。若某个轮胎胎内气压只有1.6个标准大气压，要使胎内气压达到2.8个标准大气压，用气筒向胎里充气，已知每次充气能充入1个标准大气压的气体0.5 L，轮胎内部空间的体积为3×10－2 m3，且充气过程中体积保持不变，胎内外气体温度也始终相同，则需要充气的次数为(　　) A．66 B．72 C．76 D．82 √ 专题深度剖析 返回导航 [解析]　根据题意知，气体做等温变化有p1V＋np0V0＝p2V，即1.6p0×3×10－2 m3＋np0×0.5×10－3 m3＝2.8p0×3×10－2 m3，解得n＝72。 专题深度剖析 返回导航 类型2　抽气(漏气)问题 　(2024·广东佛山二模)抽气吸盘能帮助工人快速搬运大质量岩板、瓷砖、玻璃等，其简化示意图如图所示。某次施工时，工人把横截面积S＝ 0.02 m2的吸盘放在质量m＝20 kg的岩板上，多次按压抽气泵抽出吸盘内空气，使吸盘内空气体积变为原来的一半，此时恰能向上提起岩板，抽气过程中温度不变，外界大气压强p0＝1.0×105 Pa。求： 专题深度剖析 返回导航 (1)此时吸盘内气体压强为多少？ [答案]　9.0×104 Pa　 专题深度剖析 返回导航 (2)吸盘内被抽出气体质量和原来气体质量的比值。 专题深度剖析 返回导航 　为了研究自由落体运动规律，小陆同学准备自制“牛顿管”进行试验。假设抽气前管内气体的压强为大气压强p0＝1.0×105 Pa，管内气体的体积为2.5 L，每次抽气体积为0.5 L。不考虑温度变化、漏气等影响，已知510＝9.77×106，610＝6.05×107，求：(结果均保留3位有效数字) 专题深度剖析 返回导航 (1)抽气10次后管内气体的压强； [答案]　1.61×104 Pa　 专题深度剖析 返回导航 (2)抽气10次后管内剩余气体与第一次抽气前气体质量之比。 [答案]　0.161 专题深度剖析 返回导航 类型3　分装问题 　(2024·山东济南一模)小方同学用一个容积为50 L、压强为2.1×106 Pa的氦气罐给完全相同的气球充气，若充气后气球内气体压强为1.05×105 Pa，则恰好可充190个气球。可认为充气前后气球和氦气罐温度都与环境温度相同，忽略充气过程的漏气和气球内原有气体。已知地面附近空气温度为27 ℃、压强为1.0×105 Pa。已知气球上升时体积达到7.5 L时就会爆裂，离地高度每升高10 m，气球内气体压强减小100 Pa，上升过程中大气温度不变。求： 专题深度剖析 返回导航 (1)充气后每个气球的体积V0； [解析]　由玻意耳定律可得 p1V1＝p2(V1＋nV0) 解得V0＝5 L。 [答案]　5 L　 专题深度剖析 返回导航 (2)当气球发生爆裂时，气球离地面的高度h。 [答案]　3 500 m 专题深度剖析 返回导航 随堂巩固落实 PART 02 第二部分 1．(等温变化的图像)(多选)如图所示，p表示压强，V表示体积，T为热力学温度，下列选项图中能正确描述一定质量的气体发生等温变化的是(　　) √ √ 随堂巩固落实 返回导航 随堂巩固落实 返回导航 2．(等温变化的图像)一定质量的气体保持温度不变，从状态A到状态B。用p表示气体压强，用V表示气体体积，图中能描述气体做等温变化的是(　　) √ 解析：若温度不变，则p与V－1成正比，若横坐标为V，则p－V图线应为双曲线的一支。 随堂巩固落实 返回导航 3．(变质量问题)(2024·山东临沂二模)自行车轮胎正常气压约为大气压强p0的4倍，一同学骑自行车上学时，发现自行车轮胎气压大约只有1.5p0，于是用家里容积为10 cm3的圆柱形打气筒给自行车轮胎充气。已知自行车轮胎的容积为80 cm3，打气过程中气体温度不变，为使轮胎内气体的压强达到正常值，该同学至少要打气的次数为(　　) A．16 B．20 C．24 D．36 解析：打气过程气体温度不变，设打了n次，此时胎内气体压强为4p0，根据玻意耳定律有1.5p0V＋np0V0＝4p0V，解得n＝20(次)。 √ 随堂巩固落实 返回导航 4．(变质量问题)容积 V＝10 L 的钢瓶充满氧气后，压强p＝20 atm。打开钢瓶盖阀门，让氧气分别装到容积为V0＝5 L的小瓶子中去。若小瓶子已抽成真空，分装到小瓶子中的氧气压强均为p0＝2 atm。在分装过程中无漏气现象，且温度保持不变，那么最多可装的瓶数是(　　) A．2瓶 B．18瓶 C．10瓶 D．20瓶 √ 随堂巩固落实 返回导航 2．p－ eq \f(1,V) 图像：一定质量气体的等温变化过程，也可以用p－ eq \f(1,V) 图像来表示，如图丙所示。等温线是一条延长线通过原点的倾斜直线，由于气体的体积不能无穷大，所以靠近原点附近处应用虚线表示，该直线的斜率k＝ eq \f(p,\f(1,V)) ＝pV∝T，即斜率越大，气体的温度越高。 [解析]　气泡上升过程中，压强由1.5p0变化到p0，体积由V0变化到1.5V0，根据玻意耳定律pV＝C，可以画出气泡上升过程中的p－V图如图所示。 [解析]　设此时吸盘内气体压强为p，以岩板为对象，根据受力平衡可得mg＋pS＝p0S 可得p＝p0－ eq \f(mg,S) ＝1.0×105 Pa－ eq \f(20×10,0.02) Pa＝9.0×104 Pa。 [解析]　设吸盘内原来空气体积为V， 根据玻意耳定律可得p0V＝p· eq \f(V,2) ＋p抽V抽 则吸盘内被抽出气体质量和原来气体质量的比值为 eq \f(m抽,m0) ＝ eq \f(p抽V抽,p0V) ＝ eq \f(p0V－p·\f(V,2),p0V) ＝ eq \f(1.0×105－0.9×105×\f(1,2),1.0×105) ＝ eq \f(11,20) 。 [答案]　 eq \f(11,20) [解析]　设第一次抽气后管内气体的压强变为p1，由等温变化得p0V0＝p1(V0＋V) 代入数据得p1＝ eq \f(5,6) p0 设第二次抽气后管内气体的压强变为p2，由等温变化得p1V0＝p2(V0＋V) 代入数据得p2＝ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,6))) eq \s\up12(2) p0 依此规律得第十次抽气后p10＝ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,6))) eq \s\up12(10) p0≈1.61×104 Pa。 [解析]　第一次抽气后气体体积变为V0＋V，质量之比等于体积之比，即 eq \f(m1,m0) ＝ eq \f(V0,V0＋V) ＝ eq \f(5,6) 依此规律得第二次抽气后 eq \f(m2,m1) ＝ eq \f(V0,V0＋V) ＝ eq \f(5,6) 联立得 eq \f(m2,m0) ＝ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,6))) eq \s\up12(2) 依此规律得第十次抽气后 eq \f(m10,m0) ＝ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,6))) 10≈0.161。 [解析]　设气球离地面高度为h，则对气球内气体有 p2V0＝p3V3 p3＝p2－ eq \f(h,10) Δp，可得h＝3 500 m。 解析：A图中可以直接看出温度不变；B图说明p∝ eq \f(1,V) ，即pV乘积为常量，是等温过程；C图是双曲线的一支，但横坐标是温度，温度在变化，故不是等温变化；D图的p－V图线不是双曲线，故也不是等温变化，故A、B正确，C、D错误。 解析：由玻意耳定律得pV＝p0V1，即20 atm×10 L＝2 atm×V1，解得V1＝100 L，最多可装的瓶数n＝ eq \f(V1－V,V0) ＝ eq \f(100－10,5) ＝18。 $