高中物理2 氣體的等溫變化評課ppt課件

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1.理解一定質(zhì)量的某種氣體在溫度不變的情況下壓強與體積的關(guān)系。(物理觀念)2.理解氣體等溫變化的p-V圖像、p- 圖像的物理意義。(物理觀念)3.學(xué)會用玻意耳定律求解相關(guān)的問題。(科學(xué)思維)
基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)
重難探究·能力素養(yǎng)全提升
學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)
一、玻意耳定律1.內(nèi)容:一定質(zhì)量的某種氣體,在溫度不變的情況下,壓強p與體積V成　　　　。?2.公式:　　　 　　　或　 。?3.適用條件(1)氣體質(zhì)量不變,　　　　不變。?(2)氣體溫度不太低,壓強不太大。
二、氣體的等溫變化的p-V圖像1.p-V圖像:一定質(zhì)量的氣體的p-V圖像為一條　　　　　　,如圖甲所示。?
圖像上各點的溫度相同
2.p- 圖像:一定質(zhì)量的氣體的p- 圖像為一條過原點的　　　　　　,如圖乙所示。?
不過原點的不是等溫線
情境鏈接一位小朋友畫了一幅魚兒在水中吐氣泡的畫,如圖所示。假設(shè)水的溫度恒定不變,你認(rèn)為他畫得對不對?為什么?
提示 不對,氣泡在水里上升過程中壓強逐漸減小,如果水的溫度恒定不變,氣泡的體積應(yīng)該逐漸增大。
教材拓展閱讀教材P25做一做,思考是不是只要作出p-V圖像為曲線,則p與V就一定成反比?
提示 不是,只有p-V圖像是雙曲線的一支時,才能說明兩者成反比。
易錯辨析(1)一定質(zhì)量的某種氣體,在溫度保持不變的情況下,壓強p與體積V成正比。(　　)(2)玻意耳定律適用于質(zhì)量不變、溫度變化的任何氣體。(　　)(3)所有氣體變化過程的p- 圖像均為過原點的傾斜直線。(　　)(4)氣體等溫變化的p-V圖像是一條傾斜的直線。(　　)
提示壓強與體積成反比。
提示玻意耳定律適用于質(zhì)量不變、溫度不變,而壓強和體積變化的氣體。
提示只有等溫變化的p- 圖像才為過原點的傾斜直線。
提示氣體等溫變化的p-V圖像是一條雙曲線。
探究點一　封閉氣體壓強的計算
(1)圖甲為豎直放置的U形玻璃管,其左端封閉、右端開口,用密度為ρ的液體封閉一段空氣柱A,圖中C、D液面水平且等高,重力加速度大小為g,其他條件已標(biāo)于圖上,試求封閉氣體A的壓強。(2)在圖乙中,圓柱形汽缸置于水平地面上,汽缸內(nèi)被活塞封閉一定質(zhì)量的氣體,若活塞處于靜止?fàn)顟B(tài),汽缸橫截面積為S,活塞質(zhì)量為m,汽缸與活塞之間無摩擦,大氣壓強為p0,重力加速度大小為g,試求汽缸內(nèi)封閉氣體的壓強。
要點提示 (1)同一水平液面C、D處壓強相同,可得pA=p0+ρgh。
(2)以活塞為研究對象,受力分析如圖所示,由平衡條件得mg+p0S=pS
1.靜止或勻速運動系統(tǒng)中壓強的計算方法(1)參考液片法:選取假想的液體薄片(自身重力不計)為研究對象,分析液片兩側(cè)受力情況,建立受力平衡方程,進(jìn)而求得氣體壓強。(2)力平衡法:選取與封閉氣體接觸的液柱(或活塞、汽缸)為研究對象進(jìn)行受力分析,由F合=0列式求氣體壓強。(3)連通器原理:在連通器中,同一種液體(中間液體不間斷)的同一水平高度的液面上的壓強相等,如情境探究中圖甲的同一水平高度的液面C、D處壓強相等。
2.容器加速運動時封閉氣體壓強的計算當(dāng)容器加速運動時,通常選與氣體相關(guān)聯(lián)的液柱、汽缸或活塞為研究對象,并對其進(jìn)行受力分析,然后由牛頓第二定律列方程,求出封閉氣體的壓強。如圖所示,當(dāng)豎直放置的玻璃管向上加速運動時,對液柱受力分析,
【例1】 圖甲、乙中兩個汽缸質(zhì)量均為m0,內(nèi)部橫截面積均為S,兩個活塞的質(zhì)量均為m,圖甲中的汽缸靜止在水平面上,圖乙中的活塞和汽缸豎直懸掛在天花板下。兩個汽缸內(nèi)分別封閉有一定質(zhì)量的空氣A、B,大氣壓強為p0,重力加速度為g,兩汽缸內(nèi)壁光滑,活塞處不漏氣,求封閉氣體A、B的壓強各為多大?
解析 題圖甲中選活塞為研究對象,受力分析如圖(a)所示,由平衡條件知
1.若已知大氣壓強為p0,圖中各裝置均處于靜止?fàn)顟B(tài),液體密度均為ρ,重力加速度為g,求各圖中被封閉氣體的壓強。
解析 在題圖甲中,以高為h的液柱為研究對象,由平衡條件知p甲S+ρghS=p0S所以p甲=p0-ρgh在題圖乙中,以B液面為研究對象,由平衡條件知p乙S+ρghS=p0S所以p乙=p0-ρgh
在題圖丙中,以B液面為研究對象,由平衡條件有p丙S+ρghsin 60°·S=p0S
在題圖丁中,以A液面為研究對象,由平衡條件得p丁S=(p0+ρgh1)S所以p丁=p0+ρgh1。
探究點二　玻意耳定律及其應(yīng)用
氫氣球深受孩子們的喜愛,一小孩不小心松手,手中的氫氣球飛向天空,上升到一定高度后會脹破,這是為什么?
要點提示 氫氣球上升時,由于高空處空氣稀薄,球外氣體的壓強減小,球內(nèi)氣體要膨脹,膨脹到一定程度時,氫氣球就會脹破。
1.成立條件:玻意耳定律p1V1=p2V2是實驗定律,只有在氣體質(zhì)量一定、溫度不變的條件下才成立。2.玻意耳定律的公式pV=C中的常量C不是一個普適恒量,它與氣體的種類、質(zhì)量、溫度有關(guān),對一定質(zhì)量的氣體,溫度不變時,C的數(shù)值不變。
【例2】 (2023浙江湖州高二期末)圖甲為某家轉(zhuǎn)椅公司生產(chǎn)的一款氣壓升降椅,其簡要原理圖如圖乙所示,升降椅中間有一個開口向上、導(dǎo)熱性能良好的汽缸,汽缸內(nèi)封閉有壓強為p0、體積為V0的氣體,某同學(xué)坐上座椅后,座椅連帶活塞緩慢下降,氣體被壓縮,最終靜止時氣體體積為 。已知活塞橫截面積為S,與汽缸間摩擦不計,活塞和與其連接的部件質(zhì)量可忽略不計,環(huán)境溫度不變,環(huán)境氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓p0,汽缸不漏氣,重力加速度為g。求:(1)該同學(xué)坐上座椅穩(wěn)定后,汽缸內(nèi)氣體的壓強p;(2)該同學(xué)的質(zhì)量m。
解得p=1.5p0。
(2)由受力平衡有mg=(p-p0)S
2.(2023河北邯鄲邯山區(qū)第一中學(xué)高二月考)水銀氣壓計中混入了一個氣泡,上升到水銀柱的上方,使水銀柱上方不再是真空。當(dāng)實際大氣壓相當(dāng)于760 mm高的水銀柱產(chǎn)生的壓強時,這個水銀氣壓計中水銀柱的高度只有742 mm,此時管中的水銀面到管頂?shù)木嚯x為80 mm。當(dāng)這個氣壓計中水銀柱的高度為732 mm時,實際的大氣壓強相當(dāng)于水銀柱的高度為(　　)A.748 mm　　　　　　B.756 mmC.742 mmD.758 mm
解析 以管中封閉的氣體為研究對象,設(shè)玻璃管的橫截面積為S,初態(tài)p1=ρg(760-742)×10-3 m,V1=0.08 m·S,末態(tài)p2=ρg(h-0.732 m),V2=0.08 m·S+(0.742-0.732) m·S=0.09 m·S,根據(jù)玻意耳定律得p1V1=p2V2,代入解得h=748 mm,A正確。
探究點三　氣體等溫變化的圖像
(1)一定質(zhì)量的理想氣體在不同溫度下的p-V圖線如圖甲所示,T1和T2哪一個大?(2)一定質(zhì)量的理想氣體在不同溫度下的p- 圖線如圖乙所示,T1和T2哪一個大?
要點提示 (1)T2　(2)T2
兩種等溫變化圖像的比較
【例3】 一定質(zhì)量的某種氣體狀態(tài)變化的p-V圖像如圖所示,氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中,氣體分子平均速率的變化情況是(　　)A.一直保持不變　　　B.一直增大C.先減小后增大 D.先增大后減小
解析 由題圖可知,pAVA=pBVB,所以A、B兩狀態(tài)的溫度相等,在同一等溫線上。由于離原點越遠(yuǎn)的等溫線溫度越高,如圖所示,所以從狀態(tài)A到狀態(tài)B,氣體溫度應(yīng)先升高后降低,分子平均速率先增大后減小。故選D。
方法技巧　(1)不同的等溫線溫度不同,越靠近原點的等溫線溫度越低,越遠(yuǎn)離原點的等溫線溫度越高。(2)由不同等溫線的分布情況可以判斷溫度的高低。
3.如圖所示,D→A→B→C表示一定質(zhì)量的某種氣體狀態(tài)變化的一個過程,則下列說法正確的是(　　)A.D→A是一個等溫過程B.A→B是一個等壓過程C.A與B的狀態(tài)參量相同D.B→C體積減小,壓強減小,溫度不變
解析 D→A是一個等溫過程,A正確;A、B兩狀態(tài)壓強不同,A→B的過程中 不變,則體積V不變,但此過程中氣體的壓強發(fā)生變化,B、C錯誤;B→C是一個等溫過程,V增大,p減小,D錯誤。
1.(氣體等溫變化的圖像)(2023遼寧營口高二期末)如圖為一定質(zhì)量的某種氣體的p-V圖像,A、B是雙曲線上的兩點,△OAC和△OBD的面積分別為S1和S2,則(　　)A.S1S2D.S1與S2的大小無法確定
解析 △OAC的面積為S1= pAVA,△OBD的面積為S2= pBVB,而A、B是等溫線上的兩點,根據(jù)玻意耳定律可得pAVA=pBVB,故有S1=S2,選項B正確。
2.(封閉氣體壓強的計算)(2023河南商丘高二期末)如圖所示,一開口向下的直玻璃管,通過細(xì)繩懸掛固定,玻璃管下端浸沒在固定的水銀槽中,管內(nèi)液面高于管外液面?，F(xiàn)向水銀槽內(nèi)加入水銀,則(　　)A.管內(nèi)氣體體積不變B.細(xì)繩拉力不變C.管內(nèi)氣體壓強變大D.管內(nèi)外液面高度差變大
解析 向水銀槽內(nèi)加入水銀,假設(shè)玻璃管內(nèi)氣體壓強不變,根據(jù)pV=C,則管內(nèi)氣體體積不變,加入水銀后管內(nèi)外水銀面高度差減小,而大氣壓強不變,管內(nèi)水銀面將向上移動,管內(nèi)氣體體積變小,壓強變大,假設(shè)不成立,故C正確,A錯誤;對玻璃管受力分析,細(xì)繩拉力F=(p0-p)S+mg,管內(nèi)氣體壓強p變大,則細(xì)繩拉力變小,故B錯誤;管內(nèi)氣體壓強p變大,根據(jù)p+ρgh=p0,得管內(nèi)外液面高度差h變小,故D錯誤。
3.(玻意耳定律的應(yīng)用)某種減震墊如圖所示,上面布滿了圓柱形薄膜氣泡,每個氣泡內(nèi)充滿體積為V0,壓強為p0的氣體,當(dāng)平板狀物品平放在氣泡上時,氣泡被壓縮。若氣泡內(nèi)氣體溫度保持不變,當(dāng)體積壓縮到V時,氣泡與物品接觸面的面積為S,求此時每個氣泡內(nèi)氣體對接觸面處薄膜的壓力大小。