新教材同步系列2024春高中物理第二章氣體固體和液體2氣體的等溫變化課件新人教版選擇性必修第三冊

第二章氣體、固體和液體2氣體的等溫變化學習目標學法與考法1．理解一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下壓強與體積的關系(重點)2．探究物理規(guī)律，學習用電子表格與圖像對實驗數(shù)據(jù)進行處理與分析，體驗科學探究過程(重點)3．理解氣體等溫變化的p－V圖像的物理意義(重點)學法：①掌握控制變量法，通過實驗探究氣體等溫變化規(guī)律了解氣體實驗定律．②通過作圖，學會用圖像描述氣體的狀態(tài)變化考法：①考查對氣體等溫變化實驗的理解．②考查玻意耳定律的應用．③通過圖像考查玻意耳定律知識導圖

課前?自主預習實驗：探究氣體等溫變化規(guī)律1．實驗器材鐵架臺、_________、_________、壓力表(壓強表)等．注射器下端用橡膠塞密封，上端用活塞封閉一段空氣柱，這段_________是我們的研究對象．注射器橡膠塞空氣柱2．數(shù)據(jù)收集空氣柱的壓強p由上方的________讀出，體積V用__________讀出的空氣柱的長度l乘氣柱的橫截面積S．用手把活塞向下壓或向上拉，讀出體積與壓強的幾組值．壓力表刻度尺正比反比用注射器對封閉氣體做等溫變化的實驗時，在改變封閉氣體的體積時，為什么要緩慢進行？【答案】防止溫度變化．在“探究氣體等溫變化規(guī)律”的實驗中，下列四個因素中對實驗的準確性影響最小的是

(

)A．針筒封口處漏氣B．采用橫截面積較大的針筒C．針筒壁與活塞之間存在摩擦D．實驗過程中用手去握針筒【答案】B【解析】探究氣體等溫變化規(guī)律的實驗前提是氣體的質(zhì)量和溫度不變，針筒封口處漏氣，則質(zhì)量變小，用手握針筒，則溫度升高，所以A、D錯誤；實驗中我們只是測量空氣柱的長度，不需測量針筒的橫截面積，B正確；活塞與筒壁的摩擦對結(jié)果沒有影響的前提是不考慮摩擦產(chǎn)生的熱，但實際上由于摩擦生熱，會使氣體溫度升高，影響實驗的準確性，C錯誤．玻意耳定律1．內(nèi)容一定質(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________．2．公式_________(常量)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．反比pV＝C

p1V1＝p2V2

溫度玻意耳定律適用于質(zhì)量不變，溫度不變的任何氣體嗎？【答案】還要壓強不太大，溫度不太低．一個氣泡由湖面下20m深處上升到湖面下10m深處，它的體積約變?yōu)樵瓉眢w積的(若湖水溫度不變，水的密度為1.0×103kg/m3，g取10m/s2) (

)A．3倍 B．2倍【答案】C氣體等溫變化的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．雙曲線甲

乙傾斜直線一定質(zhì)量的氣體，在p－V圖像中，等溫線上不同點與兩坐標軸連線形成的不同矩形的面積有什么特點？【答案】相等．

(多選)如圖所示為一定質(zhì)量的氣體在不同溫度下的兩條等溫線，則下列說法正確的是 (

)A．從等溫線可以看出，一定質(zhì)量的氣體在發(fā)生等溫變化時，其壓強與體積成反比B．一定質(zhì)量的氣體，在不同溫度下的等溫線是不同的C．一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，氣體壓強與體積的乘積越小D．由圖可知T1＞T2【答案】AB【解析】由等溫線的物理意義可知，A、B正確；對于一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，氣體壓強與體積乘積越大，等溫線的位置越高，C、D錯誤．課堂?重難探究－探究氣體等溫變化的規(guī)律對氣體等溫變化規(guī)律實驗的理解例1

(1)在用注射器做“探究氣體等溫變化規(guī)律”的實驗中，為了提高準確度，提出了如下幾條措施：A．注射器必須豎直固定在鐵架臺上，活塞表面應抹上適量的潤滑油B．實驗時必須用手握住注射器以免晃動C．實驗時讓活塞緩慢移動，待活塞穩(wěn)定后再讀數(shù)D．計算時只需要將p、V單位分別統(tǒng)一，不必都化成國際制單位E．計算得到的p、V值可能保留多位小數(shù)其中不必要或不正確的是________．(2)實驗前，用適量的潤滑油涂抹活塞，其目的是________；檢查潤滑性的方法是_______________；檢查氣密性的方法是_______________________________．【答案】(1)B、E

(2)密封和減小摩擦拔去橡皮帽，注射器豎直放置時活塞自動下落套上橡皮帽，封入一定量空氣，拉壓活塞釋放后能自動復位【解析】實驗時應保持溫度不變，所以不能用手握住注射器．保留多個小數(shù)位，誤差會更大．－玻意耳定律的理解及應用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．理解玻意耳定律的數(shù)學表達式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，對一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，該恒量C越大．3．應用玻意耳定律的思路和方法(1)確定研究對象，并判斷是否滿足玻意耳定律成立的條件．(2)確定始末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1、V1；p2、V2)．(3)根據(jù)玻意耳定律列方程p1V1＝p2V2，代入數(shù)值求解(注意各狀態(tài)參量要統(tǒng)一單位)．(4)注意分析題目中的隱含條件，必要時還應由力學或幾何知識列出輔助方程．(5)有時要檢驗結(jié)果是否符合實際，對不符合實際的結(jié)果要刪去．玻意耳定律的理解及應用例2若已知大氣壓強為p0，圖中各裝置均處于靜止狀態(tài)，液體密度均為ρ，重力加速度為g，求各被封閉氣體的壓強．甲乙

丙丁戊解：題圖甲中，以高為h的液柱為研究對象，由受力平衡條件得p甲S＋ρghS＝p0S，解得p甲＝p0－ρgh．題圖乙中，由連通器原理及平衡條件知pAS＋ρghS＝p0S，解得p乙＝pA＝p0－ρgh．題圖丙中，以長度為h的液柱為研究對象，由平衡條件有pA′S＋ρghsin60°·S＝p0S，題圖丁中，由連通器原理及平衡條件得p丁S＝p0S＋ρgh1S，所以p?。絧0＋ρgh1．題圖戊中，從開口端開始計算，右端大氣壓強為p0，同種液體同一水平面上的壓強相同，所以b氣柱的壓強為pb＝p0＋ρg(h2－h(huán)1)，故a氣柱的壓強為pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h(huán)1－h(huán)3)．變式1

(2022年河北期末)水火箭可以演示反沖現(xiàn)象．如圖所示，是一個簡易的水火箭，其容積V＝4L，現(xiàn)裝入V0＝1L水后用一個打氣筒給其充氣．已知氣筒每次能夠?qū)0′＝0.5L的一個大氣壓p0的空氣打入其中，打氣過程可以看成等溫變化．重力加速度g取10m/s2，整個過程中不考慮火箭中水的蒸發(fā)．要使水火箭內(nèi)的氣壓達到一個標準大氣壓的4倍，求需要打氣的次數(shù)n．解：設水火箭內(nèi)氣體體積為V1，則有V1＝V－V0，由玻意耳定律有p0(nV0′＋V1)＝4p0V1，解得n＝18．應用玻意耳定律的注意事項1．壓強的判斷：應用玻意耳定律解題時，確定氣體的壓強是解題的關鍵，無論是液柱、活塞、汽缸，還是封閉在液面下的氣柱，都不要忘記大氣壓強產(chǎn)生的影響．2．統(tǒng)一單位：列方程時，由于等式兩邊是對應的，因此各物理量的單位可以不是國際單位，但等式兩邊必須統(tǒng)一．例如，體積可以都用L，壓強可以都用cmHg．－對氣體等溫變化圖像的理解對氣體等溫變化圖像的理解及應用例3

(多選)如圖所示是一定質(zhì)量的某種氣體狀態(tài)變化的p－V圖像，氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中，關于氣體的溫度和分子平均速率的變化情況，下列說法錯誤的是 (

)A．都一直保持不變B．溫度先升高后降低C．溫度先降低后升高D．平均速率先增大后減小【答案】AC【解析】由圖像可知，pAVA＝pBVB，所以A、B兩狀態(tài)的溫度相等，在同一等溫線上，可在p－V圖上作出幾條等溫線，如圖所示．由于離原點越遠的等溫線溫度越高，所以從狀態(tài)A到狀態(tài)B溫度應先升高后降低，分子平均速率先增大后減?。兪?如圖所示為一定質(zhì)量的理想氣體的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．S1＜S2B．S1＝S2C．S1＞S2D．S1與S2的大小無法確定【答案】B1．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．小練?隨堂鞏固1．(多選)一定質(zhì)量的氣體，在等溫變化的過程中，下列物理量一定不發(fā)生變化的是

(

)A．分子的平均速率 B．單位體積內(nèi)的分子數(shù)C．氣體的壓強 D．分子總數(shù)【答案】AD【解析】由于氣體等溫變化，溫度不變，分子的平均動能不變，分子的平均速率不發(fā)生變化，A正確；由于是針對一定質(zhì)量的氣體，所以氣體的分子總數(shù)不變，D正確；在等溫變化中，p和V在發(fā)生變化，單位體積內(nèi)的分子數(shù)由于體積V的變化而變化，故B、C錯誤．2．如圖，豎直放置、開口向下的試管內(nèi)用水銀封閉一段氣體，若試管自由下落，則管內(nèi)氣體

(

)A．壓強增大，體積增大

B．壓強增大，體積減小C．壓強減小，體積增大

D．壓強減小，體積減小【答案】B【解析】試管豎直放置時，封閉的氣體壓強為p＝p0－ρgh；試管自由下落時，封閉的氣體壓強為p＝p0，根據(jù)玻意耳定律pV＝C，知壓強增大，則體積減小，故B正確．3．(多選)如圖所示，在一個恒溫池中，一串串氣泡由池底慢慢升到水面，有趣的是氣泡在上升過程中，體積逐漸變大，下列對氣泡內(nèi)氣體分子的描述正確的有

(

)A．氣體分子的平均速率不變B．氣體分子數(shù)密度增加C．氣體分子數(shù)密度不變D．氣體分子對氣泡壁單位面積的平均作用力減小【答案】AD【解析】在氣泡緩慢浮起時，溫度不變，而壓強減小，氣體分子對氣泡壁單位面積的平均作用力減小，故D正確．由玻意耳定律知，體積增大，所以分子數(shù)密度減小，B、C錯誤．溫度不變時，分子的平均動能不變，A正確．4．(多選)如圖所示是一定質(zhì)量氣體的兩條等溫線，則下列關于各狀態(tài)溫度的說法中正確的是(A、B、C、D為四種狀態(tài)) (

)A．tA＝tB

B．tB＝tCC．tC＞tD

D．tD＞tA【答案】AD【解析】根據(jù)圖像的變化規(guī)律可知tC＝tD＞tA＝tB．故A、D正確．5．(2023年廣州階段檢測)用圖甲所示實驗裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律．(1)在本實驗操作的過程中，需要保持不變的量是氣體的__________和__________．(2)關于該實驗下列說法正確的是 (

)A．為保證封閉氣體的氣密性，應在柱塞與注射器壁間涂上潤滑油B．改變氣體體積時應快速推拉柱塞C．為方便推拉柱塞，應用手握注射器再推拉柱塞D．注射器旁的刻度尺只要刻度分布均勻即可，可以不標注單位乙

丙

A．實驗過程中有漏氣現(xiàn)象B．實驗過程中氣體溫度降低C．實驗過程中氣體溫度升高D．漏加了注射器與壓強傳感器連接處的氣體體積【解析】(1)探究氣體等溫變化的規(guī)律，需要保持不變的量是氣體的質(zhì)量和溫度．(2)為保證封閉氣體的氣密性，應在柱塞與注射器壁間涂上潤滑油，A正確；實驗時為防止氣體溫度變化，應緩慢推拉柱塞，B錯誤；實驗時為防止溫度發(fā)生變化，則不能用手握注射器推拉柱塞，C錯誤；只需關注圖像斜率的變化即可探究壓強和體積的關系，注射器旁的刻度尺只需要刻度分布均勻即可，可以不標注單位，D正確．6．(2022年廣東卷)玻璃瓶可作為測量水深的簡易裝置．如圖所示，潛水員在水面上將80mL水裝入容積為380mL的玻璃瓶中，擰緊瓶蓋后帶入水底