山東省德州市武城二中高中物理 第八章第1節(jié) 氣體學(xué)案 新人教版選修3

山東省德州市武城二中高中物理 第八章第1節(jié) 氣體學(xué)案 新人教版選修3 【學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)航】目標(biāo)定位核心提示1.知道什么是等溫變化及描述氣體的三個狀態(tài)參量2通過實驗探究得出玻意耳定律，并掌握定律的內(nèi)容學(xué)會利用等溫變化的規(guī)律解決有關(guān)問題3明確pV圖象中，等溫變化的圖線及其物理意義重點：玻意耳定律的理解及應(yīng)用.難點：等溫變化的pV圖象的理解考綱：氣體實驗定律 I【課前基礎(chǔ)梳理】一、探究氣體等溫變化的規(guī)律1狀態(tài)參量：研究氣體的性質(zhì)時，用_、_、_這三個物理量來描述氣體的狀態(tài)，這三個物理量被稱為氣體的狀態(tài)參量2等溫變化：一定質(zhì)量的氣體，在_不變時其壓強(qiáng)隨體積發(fā)生的變化3實驗條件：在探究氣體等溫變化規(guī)律的實驗過程中，必須保證氣體的_、_不變4實驗數(shù)據(jù)的收集：課本演示實驗中，注射器內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)可以從儀器上方的_讀出，空氣柱的長度可以在玻璃管側(cè)的_上讀出空氣柱的長度l與_的乘積就是它的體積V.5實驗數(shù)據(jù)的處理：用pV圖象處理數(shù)據(jù)時，得到的圖線是_，用p1/V圖象處理數(shù)據(jù)時，得到的圖線是過_，圖線的斜率表示_，且保持不變二、玻意耳定律1內(nèi)容：一定_的某種氣體，在_的情況下，壓強(qiáng)p與體積V成_2公式：pVC，或_.三、氣體等溫變化的pV圖象一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等溫變化時的pV圖象如圖所示圖線的形狀為_由于它描述的是溫度不變時的pV關(guān)系，因此稱它為_一定質(zhì)量的氣體，不同溫度下的等溫線是_的四、實驗注意事項1保證氣體質(zhì)量溫度變，所以應(yīng)該密封氣體.并且不能用手觸摸注射器，由于柱塞對氣體做功，實驗中應(yīng)該緩慢推拉柱塞，目的是不改變氣體的溫度.2氣體體積等于L與S的乘積，我們的目的是定性探究溫度不變時，P與V的關(guān)系，V等于L與S的乘積，所以只要知道P與S的關(guān)系即可，沒有必要求S.3 p1V1p2V2計算時，等式兩邊相同的物理量單位可以不用國際單位，但必須一致.【課堂互動探究】一、封閉氣體壓強(qiáng)的計算1液體封閉氣體的情況(2)容器加速運動時封閉氣體壓強(qiáng)的計算當(dāng)容器加速運動時，通常選與氣體相關(guān)聯(lián)的液柱為研究對象進(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(qiáng)2活塞汽缸結(jié)構(gòu)封閉氣體的情況通常以活塞(汽缸)為研究對象，利用動力學(xué)知識求解若活塞(汽缸)處于平衡狀態(tài)，求解時列平衡方程即可；若處于加速狀態(tài)，求解時列牛頓第二定律方程即可【典例1】求圖中被封閉氣體A的壓強(qiáng)其中(1)、(2)、(3)圖中的玻璃管內(nèi)都灌有水銀，(4)圖中的小玻璃管浸沒在水中大氣壓強(qiáng)p076 cmHg.(p01.01×105Pa，g10 m/S2，水1×103kg/m3)【自主解答】【變式訓(xùn)練】如圖所示，活塞的質(zhì)量為m，缸套的質(zhì)量為M，通過彈簧吊在天花板上，汽缸內(nèi)封有一定質(zhì)量的氣體，缸套和活塞間無摩擦，活塞面積為S，大氣壓強(qiáng)為p0，則封閉氣體的壓強(qiáng)為()App0 Bpp0Cpp0 Dp二、對玻意耳定律的理解1成立條件：玻意耳定律p1V1p2V2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恒量的定義：p1V1p2V2恒量C該恒量C與氣體的種類、質(zhì)量、溫度有關(guān)，對一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，該恒量C越大3等溫變化的圖象(1)pV圖一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下p與V成反比，因此等溫過程的pV圖象是雙曲線的一支一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，氣體壓強(qiáng)與體積的乘積必然越大，在pV圖上的等溫線就越高，圖中，T1<T2.(2)p圖一定質(zhì)量的氣體，溫度不變時，pV恒量，p與V成反比，p與就成正比，在p圖上的等溫線應(yīng)是過原點的直線，直線的斜率即為p與V的乘積，斜率越大，pV乘積越大，溫度就越高，圖中，T2>T1.4利用玻意耳定律解題的基本思路(1)確定研究對象：根據(jù)題意，確定所研究的氣體(2)明確初、末狀態(tài)：找出氣體變化前后的初、末狀態(tài)，并確定初、末狀態(tài)的p、V值(3)列方程求解：根據(jù)玻意耳定律列方程，必要時還應(yīng)由力學(xué)或幾何知識列出輔助方程；求解時注意同一物理量的單位要統(tǒng)一(4)檢驗結(jié)果：有時列方程求解會得到兩個結(jié)果，應(yīng)通過合理性的檢驗決定取舍【變式訓(xùn)練】如圖所示，粗細(xì)均勻的 U 形玻璃管，右端開口，左端封閉，管內(nèi)用水銀將一部分空氣封閉在管中，開口朝上豎直放置時，被封閉的空氣柱長 24 cm，兩邊水銀高度差為 15 cm，若大氣壓強(qiáng)為 75 cmHg，問再向開口端倒入長為 46 cm 的水銀柱時，封閉端空氣柱長度將是多少？三、化變質(zhì)量為定質(zhì)量問題變質(zhì)量問題我們可以靈活選取研究對象把變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化為等質(zhì)量問題【典例3】一個體積為V的鋼瓶中，裝有壓強(qiáng)為p的理想氣體在恒溫情況下，用容積為V的抽氣機(jī)抽氣，如圖所示求抽n次后鋼瓶中的氣體壓強(qiáng)多大？【自主解答】 【基礎(chǔ)知識達(dá)標(biāo)】1一定質(zhì)量的氣體，在等溫變化過程中，下列物理量中發(fā)生改變的有()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(qiáng) D分子總數(shù)4各種卡通形狀的氫氣球，受到孩子們的喜歡，特別是年幼的小孩，小孩一不小心松手，氫氣球會飛向天空，上升到一定高度會脹破，是因為()A球內(nèi)氫氣溫度升高 B球內(nèi)氫氣壓強(qiáng)增大C球外空氣壓強(qiáng)減小 D以上說法均不正確5如圖水銀柱上面封閉一段氣體，管內(nèi)外水銀面高度差h72cm，大氣壓強(qiáng)為76cmHg，下列說法正確的是()A將管稍上提，h不變B將管稍上提，h變大C將管下插至管頂與管外水銀面高度差為70cm時，管內(nèi)外水銀面高度差也是70cmD將管下插至C項所述位置時，管內(nèi)外水銀面高度差小于70cm【知能鞏固作業(yè)】1已知兩端開口的“”型管，且水平部分足夠長，一開始如右圖所示，若將玻璃管稍微上提一點，或稍微下降一點時，被封閉的空氣柱的長度分別會如何變化()A變大；變小B變大；不變C不變；不變D不變；變大2在室內(nèi)，將裝有5atm的6L氣體的容器的閥門打開后，從容器中逸出的氣體相當(dāng)于(設(shè)室內(nèi)大氣壓強(qiáng)p01atm)()A5atm,3L B1atm,24LC5atm,4.8L D1atm,30L3容積為20L的鋼瓶內(nèi)，貯有壓強(qiáng)為1.5×107Pa的氧氣.打開鋼瓶的閥門，讓氧氣分裝到容積為5L的氧氣袋中(袋都是真空的)，充氣后的氧氣袋中氧氣壓強(qiáng)都是1.0×106Pa，設(shè)充氣過程不漏氣，環(huán)境溫度不變，則這瓶氧氣最多可分裝()A60袋 B56袋 C50袋 D40袋5.如圖所示，粗細(xì)均勻的彎曲玻璃管A、B兩端開口，管內(nèi)有一段水銀柱，右管內(nèi)氣體柱長為39 cm，中管內(nèi)水銀面與管口A之間氣體柱長為40 cm.先將B端封閉，再將左管豎直插入水銀槽中，設(shè)整個過程溫度不變，穩(wěn)定后右管內(nèi)水銀面比中管內(nèi)水銀面高2 cm，(大氣壓強(qiáng)p076 cmHg)求：(1)穩(wěn)定后右管內(nèi)的氣體壓強(qiáng)p；(2)左管A端插入水銀槽的深度h.【課后小結(jié)提升】第1節(jié) 氣體的等溫變化（答案）第1節(jié) 氣體的等溫變化【基礎(chǔ)自主梳理】【課堂互動探究】【典例1】【解析】(1)pAp0ph76 cmHg10 cmHg66 cmHg.(2)pAp0ph76 cmHg10×sin30° cmHg71 cmHg.(3)pBp0ph276 cmHg10 cmHg86 cmHg，pApBph186 cmHg5 cmHg81 cmHg.(4)pAp0水gh1.01×105 Pa1×103×10×(1.20.8) Pa1.05×105 Pa【答案】（1）66 cmHg （2）71 cmHg （3）86 cmHg （4）1.05×105 Pa【變式訓(xùn)練】【解析】選C.對氣缸和活塞整體由平衡條件得F-（M+m）g=0，對活塞由平衡條件得，解得pp0，C正確.【變式訓(xùn)練】【解析】倒入水銀前對封閉端的氣體有：V1SL124S，p1(7515) cmHg60 cmHg倒入水銀后，左端水銀面將上升，右端水銀面將下降，設(shè)左端水銀面上升 x，則此時封閉端氣柱長 L2L1x24x此時兩邊水銀面的高度差h246(152x)2L217此時封閉端氣體的壓強(qiáng) p275h2582L2根據(jù)玻意耳定律 p1V1p2V2得 24×60L2×(582 L2)即 L2229L27200解得：L245 cm(舍去)，L216 cm.【答案】16cm【典例3】【解析】由于每一次抽氣均為等溫變化過程，可根據(jù)玻意耳定律得第一次抽氣：pVp1(VV) 可得p1第二次抽氣：p1Vp2(VV) 可得p2p2則第n次抽氣后氣體壓強(qiáng)為pnpn.【答案】pn【知能鞏固作業(yè)】1.【解析】選D.上提時空氣柱壓強(qiáng)不變，空氣柱的長度不變；下降時空氣柱壓強(qiáng)變小，空氣柱長度變大，所以D選項正確.2【解析】BC.當(dāng)氣體從閥門跑出時，溫度不變，所以p1V1p2V2，當(dāng)p21atm時，得V230L，逸出氣體30L6L24L，B正確.據(jù)p2(V2V1)p1V1得V14.8L，所以逸出的氣體相當(dāng)于5atm下的4.8L氣體.C正確，故應(yīng)選B、C.3【解析】選B.設(shè)可分裝n袋，取全部氣體研究，據(jù)玻意耳定律有：p1Vp2Vnp2V015×107Pa×20L1.0×106Pa×20Ln×1.0×106Pa×5L，解得n56，B選項正確.4.【解析】選B.題圖中試管在水下某深度處于靜止?fàn)顟B(tài)，浮力(等于排開水的重力)與試管重力相平衡.當(dāng)試管中空氣壓強(qiáng)稍大些，即試管稍下移或向廣口瓶中加水時，試管內(nèi)的空氣被壓縮，浮力將減小，試管將下沉，在下沉的過程中，空氣所受壓強(qiáng)越來越大，浮力越來越小，試管將加速下沉.5.(1)插入水銀槽后右管內(nèi)氣體：由玻意耳定律得：p0l0SpS，得p78 cmHg.(2)插入水銀槽后左管壓強(qiáng)：ppgh80 cmHg，左管內(nèi)外水銀面高度差h14 cm，中、左管內(nèi)氣體由玻意耳定律得p0lpl，代入數(shù)據(jù)解得l38 cm，故左管插入水銀槽深度hllh17 cm.【答案】(1)78 cmHg(2)7 cm