2019-2020学年高中物理第八章气体第1节气体的等温变化讲义含解析新人教版选修3.pdf

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1、第1节气体的等温变化1.一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系，叫做气体的等温变化。2．玻意耳定律：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，即pV＝C。3．等温线：在pV图像中，用来表示温度不变时，1压强和体积关系的图像，它们是一些双曲线。在pV图像中，等温线是倾斜直线。一、探究气体等温变化的规律1．状态参量研究气体性质时，常用气体的温度、体积、压强来描述气体的状态。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1数据处理

2、以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标作出p图像V1图像结果p图像是一条过原点的直线V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．内容一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比。2．公式pV＝C或pV＝pV。11223．条件气体的质量一定，温度不变。4．气体等温变化的pV图像气体的压强p随体积V的变化关系如图所示，图线的形状为双曲线，它描述的是温度不变时的pV关系，称为等温线。一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的。1．自主思考——判一判(1)一定质量的气体压强跟体积成反比。(×)(2)一定质量的气体在温度不变时压

3、强跟体积成正比。(×)(3)在探究气体压强、体积、温度三个状态参量之间关系时采用控制变量法。(√)(4)玻意耳定律适用于质量不变、温度变化的气体。(×)(5)在公式pV＝C中，C是一个与气体无关的参量。(×)2．合作探究——议一议(1)用注射器对封闭气体进行等温变化的实验时，在改变封闭气体的体积时为什么要缓慢进行？提示：该实验的条件是气体的质量一定，温度不变，体积变化时封闭气体自身的温度会发生变化，为保证温度不变，应给封闭气体以足够的时间进行热交换，以保证气体的温度不变。(2)玻意耳定律成立的条件是气体的温度不太低、压强不太大，那么为什么在压强很大、温度很

4、低的情况下玻意耳定律就不成立了呢？提示：①在气体的温度不太低、压强不太大时，气体分子之间的距离很大，气体分子之间除碰撞外可以认为无作用力，并且气体分子本身的大小也可以忽略不计，这样由玻意耳定律计算得到的结果与实际的实验结果基本吻合，玻意耳定律成立。②当压强很大、温度很低时，气体分子之间的距离很小，此时气体分子之间的分子力引起的效果就比较明显，同时气体分子本身占据的体积也不能忽略，并且压强越大，温度越低，由玻意耳定律计算得到的结果与实际的实验结果之间差别越大，因此在温度很低、压强很大的情况下玻意耳定律也就不成立了。1(3)如图所示，p图像是一条过原点的直线，

5、更能直观描述压强与体积的关系，为什么V直线在原点附近要画成虚线？1提示：在等温变化过程中，体积不可能无限大，故和p不可能为零，所以图线在原点附V近要画成虚线表示过原点，但此处实际不存在。封闭气体压强的计算1．系统处于平衡状态时，求封闭气体的压强(1)连通器原理：在连通器中，同种液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强是相等的。(2)在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强p＝ρgh时，应特别注意h是表示液面间竖直高度，不一定是液柱长度。(3)求由液体封闭的气体压强，一般选择最低液面列平衡方程。(4)求由固体封闭(如汽缸或活塞封闭)的气体压强，一般对此固体

6、(如汽缸或活塞)进行受力分析，列出力的平衡方程。2．容器加速运动时，求封闭气体的压强(1)当容器加速运动时，通常选择与气体相关联的液柱、活塞或汽缸等作为研究对象，进行受力分析，画出分析图示。(2)根据牛顿第二定律列出方程。(3)结合相关原理解方程，求出封闭气体的压强。(4)根据实际情况进行讨论，得出结论。[典例]在竖直放置的U形管内由密度为ρ的两部分液体封闭着两段空气柱。大气压强为p，各部分尺寸如图所示。求A、B气体的压强。0[思路点拨][解析]法一：受力平衡法选与气体接触的液柱为研究对象，进行受力分析，利用平衡条件求解。求p：取液柱h为研究对象，设管的横

7、截面积为S，大气压力和液柱重力方向向下，A气A1体产生的压力方向向上，因液柱h静止，则pS＋ρghS＝pS，得p＝p＋ρgh；101AA01求p：取液柱h为研究对象，由于h的下端以下液体的对称性，下端液体产生的压强可B22以不予考虑，A气体的压强由液体传递后对h的压力方向向上，B气体压力、液体h的重力方22向向下，液柱受力平衡。则pS＋ρghS＝pS，得p＝p＋ρgh－ρgh。B2AB012法二：取等压面法根据同种液体在同一液面处压强相等，在连通器内灵活选取等压面。由两侧压强相等列方程求解压强。求p时从A气体下端选取等压面，则有p＋ρgh＝p＝p＋ρgh，

8、所以p＝BB2A01Ap＋ρgh；p＝p＋ρg(h－h)。01B0