高中物理第八章气体第一节气体的等温变化课堂探究学案新人教选修

第一节气体的等温变化

课堂探究

探究一探究气体等温变化的规律

问题导引

1．在用如图所示的装置做“探究气体等温变化规律” 的实验中如何保证气体的质量和温度不变？

提示：柱塞上涂润滑油防止漏气，以保证气体的质量不变。缓慢移动柱塞，手不与筒接触，以保证气体的温度不变。

2．物理学中探究三个物理量之间的关系时常采用什么方法？结合本实验具体说一下。

提示：控制变量法。在本实验中，我们是通过控制一定质量的气体温度不变，来研究其压强随体积变化的规律。

名师精讲

1．气体的状态和状态参量

(1)用以描述气体宏观性质的物理量，叫状态参量。对于一定质量的某种气体来说，描述其宏观性质的物理量有温度T、体积V、压强p三个。

①体积V：气体分子所能达到的空间，即气体所能充满的容器的容积。

②温度T：从宏观角度看，表示物体的冷热程度。从微观角度看，温度是物体分子热运动的平均动能的标志。

③压强p：垂直作用于容器壁单位面积上的压力。

单位：帕(Pa)。

(2)气体的状态由状态参量决定，对一定质量的气体来说，当三个状态参量都不变时，我们就说气体的状态一定，否则气体的状态就发生了变化。对于一定质量的气体，压强、温度、体积三个状态参量中只有一个参量变而其他参量不变是不可能的，起码其中的两个参量变或三个参量都发生变化。

2．本实验中需注意的问题

(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圆筒，以防止圆筒从手上吸收热量，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，不用测量空气柱的横截面积。

(5)本实验测量体积时误差主要出现在长度的测量上，由于柱塞不能与刻度尺非常靠近，故读数时注意视线一定与柱塞底面相平。

【例题1】 (2014·天水高二检测)用DIS 研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图甲所示，实验步骤如下：

①把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接。

②移动活塞，记录注射器的刻度值V ，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p 。 ③用V 1p

图象处理实验数据，得出如图乙所示的图线。 (1) 为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是______________________ ；

(2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是________和________。 解析：(1)为了保证气体的质量不变，要用润滑油涂活塞达到封闭效果。

(2)气体的体积变化，外界对气体做正功或负功，要让气体与外界进行足够的热交换，一要时间长，也就是动作缓慢，二要活塞导热性能好。

答案：(1)用润滑油涂活塞 (2)慢慢地抽动活塞 活塞导热

题后反思本实验探究用到的方法是控制变量法，所以要保持气体的质量和温度不变。 探究二玻意耳定律

问题导引

1．玻意耳定律的数学表达式为pV ＝C ，其中C 是一常量，C 是不是一个与气体无关的恒量？

提示：(1)“C 是常量”的意思是当p 、V 变化时C 的值不变，但对于温度不同、质量不同、种类不同的气体，C 的数值不一定相同。

(2)C 是一个与气体种类、温度、质量有关的物理量。对于确定的气体，温度越高，C 越大。

2．如图，是一定质量的气体，不同温度下的两条等温线，如何判断t 1、t 2的高低？

提示：作压强轴的平行线，与两条等温线分别交于两点，两交点处气体的体积相等，则对应压强大的等温线温度高，即t1

名师精讲

1．成立条件

玻意耳定律p1V1＝p2V2是实验定律。只有在气体质量一定、温度不变的条件下才成立。

2．恒量的定义

p1V1＝p2V2＝恒量C。

该恒量C与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该恒量C 越大。

3．两种等温变化图象

4．利用玻意耳定律解题的基本思路

(1)明确研究对象，根据题意确定所研究的是哪部分封闭气体，注意其质量和温度应不变。

(2)明确状态参量，找准所研究气体初、末状态的p、V值。

(3)根据玻意耳定律列方程求解。

温馨提醒利用玻意耳定律解题时，经常使用p 1V 1＝p 2V 2或

12p p ＝12

V V 这两种形式，单位要求使用同一单位即可。 【例题2】 粗细均匀的玻璃管内封闭一段长为12 cm 的空气柱。一个人手持玻璃管开口向下潜入水中，当潜到水下某深度时看到水进入玻璃管口2 cm ，求人潜入水中的深度。(玻璃管内气体温度视为不变，取水面上大气压强为p 0＝1.0×105 Pa ，g 取10 m/s 2)

解析：确定研究对象为被封闭的一部分气体，玻璃管下潜的过程中气体的状态变化为等温过程。

设潜入水下的深度为h ，玻璃管的横截面积为S 。气体的初末状态参量分别为

初状态：p 1＝p 0，V 1＝12S 。

末状态：p 2＝p 0＋ρgh ，V 2＝10S 。

由玻意耳定律p 1V 1＝p 2V 2， 得00p p pgh ＝1012S S

。 解得：h ＝2 m 。

答案：2 m

题后反思应用玻意耳定律分析问题时要明确研究对象，确认温度不变，找准初、末状态，分析并确定状态参量(p 1，V 1，p 2，V 2)，注意单位要统一，其中正确确定压强是运用玻意耳定律的前提。