2.4.2 实验：探究气体等温变化 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

第二章　固体、液体和气体 High school physics 第2课时　气体的等温变化 1 掌握气体等温变化的规律表达式及适用条件，能应用气体等温变化规律解决实际问题。 01 理解气体等温变化的图像，能利用图像分析解决实际问题。 02 重难点 重点 01 气体的等温变化 3 上节课我们探究了在温度不变的情况下，一定质量的某种气体其压强随体积变化的定量规律。 方案一 方案二 知识回顾 气体的等温变化规律 1.内容 适用范围（对于实际气体): 温度不太低(与室温相比), 压强不太大(与大气压相比） 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p跟体积V成反比。 2.表达式： pV＝常量 或 p1V1＝p2V2 常量与气体的种类、质量、温度有关，一定质量的某种气体，温度越高，常量值越大 其中p1，V1和p2，V2分别表示气体在1，2两个状态下的压强和体积。 研究对象 适用条件 核心知识 5 国庆放假，小明带弟弟去湖边游玩，弟弟看到湖水中鱼儿吐出小气泡，非常开心。小明回家后，给弟弟画了一幅鱼儿在水中吐气泡的图，如图所示。若湖水的温度恒定不变，你认为他画的图对不对？为什么(请运用物理知识简要说明)？ 答案　不对，气泡上升过程中，温度不变，气泡内气体压强不断减小，体积应不断增大 讨论交流 1.图为某兴趣小组发射的自制水火箭。发射前瓶内空气的体积为1.2 L，水的体积为0.8 L，瓶内空气压强为3 atm。打开喷嘴后水火箭发射升空，忽略瓶内空气温度的变化，外界大气压强为1 atm。在瓶内的水刚喷完前瞬间，瓶内空气的压强为 A.1.8 atm B.2.1 atm C.2.5 atm D.2.8 atm √ 例题 由题意可知,发射前，瓶内空气的压强和体积分别为p1=3 atm、V1=1.2 L，水完全喷完前瞬间，瓶内空气的体积V2=1.2 L+0.8 L=2.0 L，设瓶内的水刚喷完瞬间，瓶内空气的压强为p2，瓶内气体经历等温变化，根据玻意耳定律有p1V1=p2V2，解得p2=1.8 atm，故选A。 2.细长玻璃管用长L0为6.8 cm的水银柱封闭一定质量的空气。当玻璃管开口向下竖直放置时，空气柱长度L1为33 cm；当玻璃管水平放置时，空气柱长度L2为30 cm。求： (1)大气压强p0为多少(用cmHg来表示)？ (2)玻璃管开口向上竖直放置时空气柱的长度。 答案　 (1) 74.8 cmHg　 (2) 27.5 cm (1)当玻璃管开口向下竖直放置时，封闭空气的压强为p1=p0-ρgL0 当玻璃管水平放置时，封闭空气的压强为p2=p0 根据气体等温变化规律可得p1L1S=p2L2S 联立解得大气压强为p0=74.8 cmHg (2)当玻璃管开口向上竖直放置时，封闭空气的压强为p3=p0+ρgL0 根据气体等温变化规律可得p1L1S=p3L3S 可得空气柱的长度为L3=27.5 cm。 如图甲所示，空气弹簧是在密封的容器中充入压缩空气，利用气体的可压缩性实现其弹性作用的，广泛应用于商业汽车、巴士、高铁及建筑物基座等的减震装置，具有非线性、刚度随载荷而变、高频隔振和隔音性能好等优点。空气弹簧的基本结构和原理如图乙所示，竖直放置，导热良好的气缸和可以自由滑动的活塞之间密封着一定质量的空气,假设活塞和重物的总质量m=16 kg,活塞的横截面积S=1×10-3 m2， 气缸内空气柱的高度h=12 cm,外界温度 保持不变,大气压强恒为p0=1×105 Pa， 重力加速度大小g取10 m/s2。 针对训练 (1)初始状态时，求气缸内部气体的压强p1； (2)若在重物上施加竖直向下的压力F=140 N，求稳定后气缸中空气柱的高度h2。 答案　 (1) 2.6×105 Pa　 (2) 7.8 cm 活塞和重物的总质量m=16 kg,活塞的横截面积S=1×10-3 m2， 气缸内空气柱的高度h=12 cm,外界温度 保持不变,大气压强恒为p0=1×105 Pa， 重力加速度大小g取10 m/s2。 (1)根据平衡条件得p1S=p0S+mg 解得p1=2.6×105 Pa (2)在重物上施加竖直向下的压力后， 气体的压强为p2=p0+=4.0×105 Pa 根据玻意耳定律得p1hS=p2h2S 解得h2=7.8 cm。 应用气体等温变化规律解题的一般步骤 1.确定研究对象，并判断是否满足气体等温变化规律的条件。 2.确定初、末状态及状态参量(p1、V1；p2、V2)。 3.根据气体等温变化规律列方程求解(注意统一单位)。 4.注意分析隐含条件，作出必要的判断和说明。 特别提醒　确定气体压强或体积时，只要初、末状态的单位统一即可，没有必要都转换成国际单位制的单位。 总结提升 02 气体等温变化的 p－V 或p－ 图像 15 在研究气体等温变化的过程中，我们得到了一定质量的某种气体其压强p 随体积V 变化的图像。 为了说明与成反比 p－ 图像 p－V 图像 从这两种图像中我们能获得哪些信息？ 核心知识 p-V 图像的形状为双曲线的一支。它描述的是温度不变时的p-V关系，称为等温线。 T1 T2 面积：S=pV=常量 V p O 等温线 气体体积一定时，分子的数密度一定；温度越高，分子无规则运动越剧烈，气体压强越大。所以T1<T2 。 一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的，温度越高，等温线离坐标原点越远。 等温线（p-V 图像） 核心知识 直线的斜率表示p与V的乘积，斜率越大，p与V乘积越大，温度越高。 T1 T2 斜率：k==pV=常量 等温线 p O 气体体积一定时，分子的数密度一定；温度越高，分子无规则运动越剧烈，气体压强越大。所以T1<T2 。 等温线（p- 图像） 核心知识 3.(2024·遂宁市高二检测)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，关于气体的温度和分子平均速率的变化情况，下列说法正确的是 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.分子平均速率先减小后增大 √ 例题 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，可在p-V图上作出等温线，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，故选B。 气体的等温变化 内容 表达式 图像 解题的一般步骤 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p跟体积V成反比。 pV＝常量 p1V1＝p2V2 定研究对象，初、末状态参量，列方程 T1 T2 T1 T2 或 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $