物理气体的等温变化新人教选修学习教案.ppt
一一. .引入引入: :思考题思考题1.1.被封气体被封气体V V如何如何(rh)(rh)变化变化? ?2.2.是不是压强是不是压强(yqing)(yqing)变大体积一定变小变大体积一定变小? ?不一定如果不一定如果T T升高升高(shn o),P(shn o),P变大变大,V,V也可能大也可能大不一定不一定, ,如果给自行车轮胎充气如果给自行车轮胎充气,P,P增大增大, ,气体并没有变小气体并没有变小. .3.3.怎么样研究怎么样研究P.T.VP.T.V三者关系三者关系? ?控制变量法控制变量法第1页/共18页第一页，共19页。二、等温变化二、等温变化(binhu)1.1.气体的等温变化气体的等温变化: :一定质量一定质量(zhling)(zhling)的气体温度保持不变的气体温度保持不变的状态变化过程的状态变化过程. .2.2.研究研究(ynji)(ynji)一定质量的气体等温变化的规律一定质量的气体等温变化的规律（1 1）介绍实验装置）介绍实验装置(2)(2)观察实验装置，并回答：观察实验装置，并回答：研究哪部分气体？研究哪部分气体？怎样保证怎样保证MM不变不变? ?A A管中气体体积怎样表示？管中气体体积怎样表示？（LS）阀门阀门a a打开时，打开时，A A管中气管中气体压强多大？阀门体压强多大？阀门a a闭合时闭合时A A管中气体压强多大？管中气体压强多大？（p p0 0）第2页/共18页第二页，共19页。欲使欲使A A管中气体体积减小，压强增大，管中气体体积减小，压强增大，B B管应怎样管应怎样(znyng)(znyng)操作？写出操作？写出A A管中气体压强的表达式管中气体压强的表达式（p=pp=p0 0+ + ghgh）欲使欲使A A管中气体体积增大管中气体体积增大(zn d)(zn d)，压强减小，压强减小，B B管应管应怎样操作？写出怎样操作？写出A A管中气体压强的表达式管中气体压强的表达式（p=pp=p0 0- - ghgh）实验过程实验过程(guchng)(guchng)中的恒温是什么温度？为保证中的恒温是什么温度？为保证A A管中气体的温度恒定，在操作管中气体的温度恒定，在操作B B管时应注意什么？管时应注意什么？（缓慢）（缓慢）(3)(3)实验数据实验数据次数次数12345压强压强(105Pa)1 . 6 8 1.26 1 . 0 1 0 . 8 4 0 . 7 8体 积体 积 ( L ) 1 . 2 0 1.60 2 . 0 0 2 . 4 0 2 . 6 0第3页/共18页第三页，共19页。(4)(4)作图作图(a) 坐标轴选择坐标轴选择(xunz)p1/V0Vp0AA(b) 描点描点仔细观察表格的数据，并将坐标上的各点用光滑的曲线仔细观察表格的数据，并将坐标上的各点用光滑的曲线连接，发现连接，发现(fxin)了什么？了什么？（a a：VpVp，VpVp；b b：是一条：是一条(y tio)(y tio)光滑的曲线）光滑的曲线）第4页/共18页第四页，共19页。等温变化等温变化(binhu)(binhu)图象的特点图象的特点: :(1)(1)等温线是双曲线的一支。等温线是双曲线的一支。(2)(2)温度温度(wnd)(wnd)越高越高, ,其等温线离原点越远其等温线离原点越远. .思考思考(sko)与讨论与讨论 同一气体，不同温度下等温线是不同的，你能判断那条等同一气体，不同温度下等温线是不同的，你能判断那条等温线是表示温度较高的情形吗？你是根据什么理由作出判断温线是表示温度较高的情形吗？你是根据什么理由作出判断的？的？Vp1230结论结论:t t3 3tt2 2tt1 1恒量随温度升高而增大恒量随温度升高而增大(与气体的质量种类与气体的质量种类温度有关温度有关)。第5页/共18页第五页，共19页。(5)(5)图象图象(t xin)(t xin)意义意义(1)(1)物理意义物理意义: :反映压强反映压强(yqing)(yqing)随体积的变化关系随体积的变化关系(2)(2)点意义点意义: :每一组数据每一组数据(shj)-(shj)-反映某一状态反映某一状态 (3) (3)结论结论: :体积缩小到原来的几分之一体积缩小到原来的几分之一, ,压强增大到原来的几压强增大到原来的几倍倍. .体积增大到原来的几倍体积增大到原来的几倍, ,它的压强就减小为原来的几分它的压强就减小为原来的几分之一之一. .第6页/共18页第六页，共19页。三三 、实验、实验(shyn)(shyn)结论结论-玻意耳定律玻意耳定律1、文字表述：一定质量某种气体(qt)，在温度不变 的情况下，压强p与体积V成反比。 2、公式(gngsh)表述：pV=常数 或p1V1=p2V23、条件:一定质量气体且温度不变4、适用范围：温度不太低，压强不太大第7页/共18页第七页，共19页。例例1. 1. 将一端封闭的均匀直玻璃管开口向下，竖直插入水银将一端封闭的均匀直玻璃管开口向下，竖直插入水银中，当管顶距槽中水银面中，当管顶距槽中水银面8 cm8 cm时，管内时，管内(un ni)(un ni)水银面水银面比管外水银面低比管外水银面低2 cm2 cm要使管内要使管内(un ni)(un ni)水银面比管外水银面比管外水银面高水银面高2 cm2 cm，应将玻璃管竖直向上提起多少厘米？已知，应将玻璃管竖直向上提起多少厘米？已知大气压强大气压强p0p0支持支持76 cmHg76 cmHg，设温度不变，设温度不变分析：均匀直玻璃管、分析：均匀直玻璃管、U U形玻璃管、汽缸活塞中封闭气体的形玻璃管、汽缸活塞中封闭气体的等温过程是三种基本物理等温过程是三种基本物理(wl)(wl)模型，所以在复习中必须到模型，所以在复习中必须到位在确定初始条件时，无位在确定初始条件时，无论是压强还是体积的计算，都离不论是压强还是体积的计算，都离不开几何关系的分析，那么，画好始开几何关系的分析，那么，画好始末状态的图形，对解题便会有很大末状态的图形，对解题便会有很大作用本题主要目的就是怎样去画作用本题主要目的就是怎样去画始末状态的图形以找到几何关系，始末状态的图形以找到几何关系，来确定状态参量来确定状态参量第8页/共18页第八页，共19页。解：根据解：根据(gnj)题意，由图知题意，由图知p p1 1=p=p0 0+2cmHg+2cmHg78cmHg78cmHg，V V1 1=(8+2)S=10S=(8+2)S=10S，p p2 2=p=p0 0-2cmHg=74cmHg-2cmHg=74cmHg，V V2 2=(8+x)-2S=(6+x)S=(8+x)-2S=(6+x)S第9页/共18页第九页，共19页。用气体用气体(qt)定律解题的步骤定律解题的步骤1 1确定研究对象被封闭确定研究对象被封闭(fngb)(fngb)的气体的气体( (满足质量不变的满足质量不变的条条 件件) )；2 2用一定用一定(ydng)(ydng)的数字或表达式写出气体状态的初始的数字或表达式写出气体状态的初始条件条件 (p1 (p1，V1V1，T1T1，p2p2，V2V2，T2)T2)；3 3根据气体状态变化过程的特点，列出相应的气体公根据气体状态变化过程的特点，列出相应的气体公 式式( (本节课中就是玻意耳定律公式本节课中就是玻意耳定律公式) )；4 4将各初始条件代入气体公式中，求解未知量；将各初始条件代入气体公式中，求解未知量；5 5对结果的物理意义进行讨论对结果的物理意义进行讨论第10页/共18页第十页，共19页。练习练习1.1.一根一根(y n)(y n)一端封闭的玻璃管开口向下插入水银一端封闭的玻璃管开口向下插入水银槽中槽中, ,内封一定质量的气体内封一定质量的气体, ,管内水银面低于管外管内水银面低于管外, ,在温度不在温度不变时变时, ,将玻璃管稍向下插入一些将玻璃管稍向下插入一些, ,下列说法正确的是下列说法正确的是, ,如图所如图所示示. ( ). ( )A.A.玻璃管内气体体积减小玻璃管内气体体积减小; ;B.B.玻璃管内气体体积增大玻璃管内气体体积增大; ;C.C.管内外水银面高度差减小管内外水银面高度差减小; ;D.D.管内外水银面高度差增大管内外水银面高度差增大. .AD第11页/共18页第十一页，共19页。练习练习2.2.如图所示，注有水银的如图所示，注有水银的U U型管，型管，A A管上端封闭，管上端封闭，A A、B B两管用橡皮管相通开始时两管液面相平，现将两管用橡皮管相通开始时两管液面相平，现将B B管缓慢管缓慢(hunmn)(hunmn)降低，在这一过程中，降低，在这一过程中，A A管内气体体积管内气体体积_，B B管比管比A A管液面管液面_ 强调思路，由V的变化压强变化借助p的计算判断(pndun)液面的高低 第12页/共18页第十二页，共19页。例例2. 2. 均匀均匀U U形玻璃管竖直放置，用水银形玻璃管竖直放置，用水银(shuyn)(shuyn)将一些将一些空气封在空气封在A A管内，当管内，当A A、B B两管水银两管水银(shuyn)(shuyn)面相平时，面相平时，大气压强支持大气压强支持72 cmHg72 cmHgA A管内空气柱长度为管内空气柱长度为10 cm10 cm，现往现往B B管中注入水银管中注入水银(shuyn)(shuyn)，当两管水银，当两管水银(shuyn)(shuyn)面面高度差为高度差为18 cm18 cm时，时，A A管中空气柱长度是多少？注入水管中空气柱长度是多少？注入水银银(shuyn)(shuyn)柱长度是多少？柱长度是多少？解：解： p p1 1=p=p0 0=72 cm Hg=72 cm Hg，V V1 1=10S=10S，分析：如图所示，由于水银是不可压缩的，所以分析：如图所示，由于水银是不可压缩的，所以A A管水银面管水银面上升高度上升高度x x时，时，B B管原水银面管原水银面下降同样下降同样(tngyng)(tngyng)高度高度x x那么，当那么，当A A、B B两管水银面高度差为两管水银面高度差为18 cm18 cm时，时，在在B B管中需注入的水银柱长度应管中需注入的水银柱长度应为为(18+2x)cm(18+2x)cmV V2 2lS lS第13页/共18页第十三页，共19页。p p2 2=p=p0 0+18+1890 cmHg90 cmHg第14页/共18页第十四页，共19页。例例3.3.密闭圆筒内有一质量为密闭圆筒内有一质量为100 g100 g的活塞，活塞与圆筒顶端的活塞，活塞与圆筒顶端之间有一根劲度系数之间有一根劲度系数k=20 N/mk=20 N/m的轻弹簧；圆筒放在水平地的轻弹簧；圆筒放在水平地面上，活塞将圆筒分成两部分，面上，活塞将圆筒分成两部分，A A室为真空，室为真空，B B室充有空气，室充有空气，平衡时，平衡时，l0=0.10 ml0=0.10 m，弹簧刚好没有形变如图，弹簧刚好没有形变如图5 5所示现将圆所示现将圆筒倒置，问这时筒倒置，问这时B B室的高度室的高度(god)(god)是多少？是多少？分析：汽缸类问题，求压强是关键分析：汽缸类问题，求压强是关键(gunjin)：应根据共点力平衡条：应根据共点力平衡条件或牛顿第二定律计算压强件或牛顿第二定律计算压强解：圆筒正立时解：圆筒正立时(lsh)：第15页/共18页第十五页，共19页。圆筒倒立时圆筒倒立时(lsh)(lsh)，受力分析如图所示，有，受力分析如图所示，有p2S+mg=kx,p2S+mg=kx,x=l-l0 x=l-l0，则，则温度温度(wnd)(wnd)不变，根据玻意耳定律：不变，根据玻意耳定律：p1V1=p2V2p1V1=p2V2第16页/共18页第十六页，共19页。例例4. 4. 某个某个(mu )(mu )容器的容积是容器的容积是10 L10 L，所装气体的压，所装气体的压强是强是2020105 Pa105 Pa。如果温度保持不变，把容器的开关。如果温度保持不变，把容器的开关打开以后，容器里剩下的气体是原来的百分之几？设打开以后，容器里剩下的气体是原来的百分之几？设大气压是大气压是1.01.0105 Pa105 Pa。解解: : 设容器设容器(rngq)(rngq)原装气体为研究对象。原装气体为研究对象。初态初态 p p1 1=20=2010105 5Pa VPa V1 1=10L T=10L T1 1=T=T末态末态 p p2 2=1.0=1.0105Pa V105Pa V2 2= =？L TL T2 2=T=T由玻意耳定律由玻意耳定律(dngl) p1V1=p2V2(dngl) p1V1=p2V2得得即剩下的气体为原来的即剩下的气体为原来的5 5。就容器而言，里面气体质量变了，似乎是变质量问题了，但若视容器中就容器而言，里面气体质量变了，似乎是变质量问题了，但若视容器中气体出而不走，就又是质量不变了。气体出而不走，就又是质量不变了。第17页/共18页第十七页，共19页。感谢感谢(gnxi)观看！观看！第18页/共18页第十八页，共19页。NoImage内容(nirng)总结一.引入:思考题。不一定如果T升高,P变大,V也可能大。不一定,如果给自行车轮胎充气,P增大,气体并没有变小.。第2页/共18页。恒量(hngling)随温度升高而增大(与气体的质量种类温度有关)。分析：均匀直玻璃管、U形玻璃管、汽缸活塞中封闭气体的等温过程是三种基本物理模型，所以在复习中必须到位在确定初始条件时，无。5对结果的物理意义进行讨论。D.管内外水银面高度差增大.。解：圆筒正立时：。第17页/共18页。感谢观看第十九页，共19页。
