高中物理 2.7气体实验定律（ⅰ）学案（含解析）粤教版选修3-3

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1、学案7　气体实验定律(Ⅰ)[学习目标定位]1.探究气体等温变化的规律，了解玻意耳定律的内容、表达式及适用条件.2.会运用玻意耳定律解决实际问题.3.理解等温变化的p－V图象．1．气体的三个状态参量是指温度、压强、体积．2．同时研究三个状态参量之间的变化关系比较困难时，可以采用控制变量法．一、气体等温变化的实验规律1．状态参量：研究气体的性质时，常用一定质量的气体的压强、体积、温度来描述气体的状态．2．实验探究实验器材铁架台、注射器、气压计等研究对象(系统)注射器内被封闭的空气柱数据收集压强由气压计读出，空气柱体积(长度)由刻度尺读出数据处理以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐

2、标作出p－图象图象结果p－图象是一条过原点的直线实验结论压强跟体积的倒数成正比，即压强与体积成反比二、玻意耳定律1．内容：一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强和体积成反比(填“正比”或“反比”)．2．公式：p∝或p1V1＝p2V2.3．条件：气体的质量一定，温度不变．三、气体等温变化的p—V图象1.等温图象(1)为了直观地描述一定质量的气体压强p跟体积V的关系，通常是用p—V坐标系，如图1所示．图1(2)图线的形状为双曲线，由于它描述的是温度不变时p和V的关系，因此它也称为等温线．(3)一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的．2．气体的状态：等温线上的某一个点表示气体

3、处于某一状态，这个点的坐标(p，V)表示气体在该状态下的状态参量．一、玻意耳定律[要点提炼]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．常量的意义p1V1＝p2V2＝常量C该常量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，该常量C越大(填“大”或“小”)．3．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．注意：用p1V1＝p2V2解题时只要同一物理量使用同

4、一单位即可，不必(填“一定”或“不必”)转化成国际单位制中的单位．[延伸思考]　打气筒打气过程中，容器中气体的质量发生了变化，玻意耳定律还成立吗？答案　分析时可以巧妙地选择研究对象，一般选择把容器内原有气体和即将打入的气体看成一个整体作为研究对象，就可以把充气过程的气体变质量问题转化为定质量问题．二、气体等温变化的图象[问题设计]由玻意耳定律可知，一定质量的气体在温度保持不变时，压强和体积的关系为p∝，由数学知识知p－V图象是什么曲线？答案　p－V图象是双曲线中的一支．[要点提炼]1．p－V图象：一定质量的气体，其p－V图象(等温线)是双曲线的一支，曲线上的每一个点均表示气体

5、在该温度下的一个状态，曲线上的一段表示等温变化的一个过程．而且同一条等温线上每个点对应的p、V坐标的乘积是相等的．一定质量的气体在不同温度下的等温线是不同的双曲线，且pV乘积越大，温度就越高，图2中T2＞T1.图22.p－图象：一定质量气体的等温变化过程，也可以用p－图象来表示，如图3所示．等温线是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等温线应用虚线表示，该直线的斜率k＝pV，故斜率越大，温度越高，图中T2＞T1.图3[延伸思考]　在p－图象中，图线是一条过原点的直线，图线在原点及原点附近表示的气体的体积和压强有实际意义吗？答案　原点表示气体的体积无

6、穷大，气体的压强为零，所以图线在原点及原点附近没有实际意义，故画p－图象时，图线在原点及原点附近要画成虚线．一、玻意耳定律的应用例1　如图4所示，一粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U形管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭长l1＝20cm气柱，两管中水银面等高．现将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h＝10cm.环境温度不变，大气压强p0＝75cmHg，求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)．图4解析　设U形管横截面积为S，则初始状态左端封闭气柱体积可记为V1＝l1S，由两管中水银面等高，可知初始状态其压强为p0.当右管水银面高出左管10cm

7、时，左管水银面下降5cm，气柱长度增加5cm，此时气柱体积可记为V2＝(l1＋5cm)S，右管低压舱内的压强记为p，则左管气柱压强p2＝p＋10cmHg，根据玻意耳定律得：p0V1＝p2V2即p0l1S＝(p＋10cmHg)(l1＋5cm)S代入数据，解得：p＝50cmHg.答案　50cmHg例2　(双选)如图5为某同学设计的喷水装置，内部装有2L水，上部密封1atm的空气0.5L，保持阀门关闭，再充入1atm的空气0.1L，设在所有过程中空气可看作理想气体，且温度不变，下列说法正确的有(　　)图5A．