高考物理 1.2.1 气体的等温变化学案.doc

1.2.1 气体的等温变化

学习目标核心提炼

1.知道描述气体状态的三个状态参量。

3个气体状态参量——压强、体积、

温度

1个气体实验定律——玻意尔定律

1个气体等温图象——p－V图象2.知道什么是气体的等温变化，了解研究等温变化的演

示实验装置和实验过程。

3.知道玻意耳定律的适用条件，理解玻意耳定律的内容

和公式，能用玻意耳定律计算有关问题。

4.理解等温变化的图象，并能利用图象分析实际问题。

一、探究气体等温变化的规律

1.气体状态参量：气体的三个状态参量为压强p、体积V、温度T。

2.等温变化：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关系。

3.实验探究

(1)实验器材：铁架台、注射器、气压计等。

(2)研究对象(系统)：注射器内被封闭的空气柱。

(3)实验方法：控制气体温度和质量不变，研究气体压强与体积的关系。

(4)数据收集：压强由气压计读出，空气柱长度由刻度尺读出，空气柱长度与横截面积的乘积即为体积。

(5)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－

1

V

图象，图象结果：p－

1

V 图象是一条过原点的直线。

(6)实验结论：压强跟体积的倒数成正比，即压强与体积成反比。

思维拓展

如图1所示为“探究气体等温变化的规律”的实验装置，实验过程中如何保证气体的质量和温度不变？

图1

答案 (1)保证气体质量不变的方法：采用实验前在柱塞上涂好润滑油，以免漏气，保证气体质量不变。

(2)保证气体温度不变的方法

①采用改变气体体积时，缓慢进行，等稳定后再读出气体压强的方法，以防止气体体积变化太快，气体的温度发生变化。

②采用实验过程中，不用手接触注射器的圆筒的方法，以防止圆筒从手上吸收热量，引起内部气体温度变化。 二、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，压强p 与体积V 成反比。

2.成立条件：(1)质量一定，温度不变。 (2)温度不太低，压强不太大。

3.表达式：p 1V 1＝p 2V 2或pV ＝常数或p 1p 2＝V 2V 1

。 思维拓展

玻意耳定律的表达式pV ＝C 中的C 是一个与气体无关的常量吗？

答案 pV ＝C 中的常量C 不是一个普适恒量，它与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该恒量越大。 三、气体等温变化的p －V 图象

1.概念：如图2，一定质量的理想气体的p －V 图线的形状为双曲线，它描述的是温度不变时的p －V 关系，称为等温线。

图2

2.分析：一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的。 思考判断

(1)一定质量的气体等温变化的p －V 图象一定是双曲线的一支。(√) (2)一定质量的气体等温变化的p －V 图象是通过原点的倾斜直线。(×) (3)p －1

V

图象的斜率越大，说明气体的温度越高。(√)

(4)p －V 图象中，pV 乘积越大(即离原点越远)说明气体的温度越高。(√)

封闭气体压强的计算方法

[要点归纳]

1.静止或匀速运动系统中压强的计算方法

(1)参考液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立受力平衡方程消去面积，得到液片两侧压强相等，进而求得气体压强。

例如，图3中粗细均匀的U 形管中封闭了一定质量的气体A ，在其最低处取一液片B ，由其两侧受力平衡可知(p A ＋p h 0)S ＝(p 0＋p h ＋p h 0)S 即p A ＝p 0＋p h 。

图3

(2)力平衡法：选取与封闭气体接触的液柱(或活塞、汽缸)为研究对象进行受力分析，由F

合

＝0列式求气体压强。

(3)连通器原理：在连通器中，同一种液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强相等，如图中同一液面C 、D 处压强相等，p A ＝p 0＋p h 。

2.容器加速运动时封闭气体压强的计算：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。

图4

如图4，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 －p 0S －mg ＝ma

得p ＝p 0＋

m （g ＋a ）

S

。 [精典示例]

[例1] 如图5所示，竖直放置的U 形管，左端开口，右端封闭，管内有a 、b 两段水银柱，将A 、B 两段空气柱封闭在管内。已知水银柱a 长h 1为10 cm ，水银柱b 两个液面间的高度差h 2为5 cm ，大气压强为75 cmHg ，求空气柱A 、B 的压强分别是多少？

图5

解析 设管的截面积为S ，选a 的下端面为参考液面，它受向下的压力为(p A ＋p h 1)S ， 受向上的大气压力为p 0S ，由于系统处于静止状态，则(p A ＋p h 1)S ＝p 0S ， 所以p A ＝p 0－p h 1＝(75－10)cmHg ＝65 cmHg ，

再选b 的左下端面为参考液面，由连通器原理知：液柱h 2的上表面处的压强等于p B ，则(p B ＋p h 2)S ＝p A S ，所以p B ＝p A －p h 2＝(65－5)cmHg ＝60 cmHg 。 答案 65 cmHg 60 cmHg

求气体压强的方法

(1)以封闭气体的液面或活塞为研究对象。 (2)分析其受力情况。