高中物理 2.7 氣體實驗定律（一）課件 粵教版選修3-3.ppt

目標導航,預習導引,目標導航,預習導引,一,二,三,四,一、等溫過程 一定質(zhì)量的氣體,在保持溫度不變的情況下,發(fā)生狀態(tài)變化的過程.,目標導航,預習導引,一,二,三,四,二、探究等溫變化規(guī)律 1.研究對象:被封閉在注射器內(nèi)的氣體. 2.數(shù)據(jù)采集:體積可由注射器的刻度直接讀出,對應的壓強可通過與計算機連接的壓強傳感器和數(shù)據(jù)采集器自動完成并輸入計算機.多次改變活塞位置,待氣壓計示數(shù)穩(wěn)定后,分別記錄對應壓強和體積數(shù)據(jù). 3.數(shù)據(jù)處理:應用計算機,點擊“繪圖”,生成壓強與體積的關(guān)系圖線和壓強與體積倒數(shù)的關(guān)系圖線. 4.分析圖線,得出結(jié)論:壓強與體積成反比.,目標導航,預習導引,一,二,三,四,三、玻意耳定律 1.內(nèi)容:一定質(zhì)量的氣體,在溫度不變的情況下,壓強和體積成反比. 3.條件:氣體的質(zhì)量一定,溫度不變.,目標導航,預習導引,一,二,三,四,四、氣體等溫變化的p-V圖象和 圖象(即等溫線) 1.圖象如圖所示. 2.特點:一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時,由于壓強與體積成反比,在p-V圖上等溫線應為雙曲線的一支,在 圖上等溫線應為過原點的直線.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一、研究氣體的等溫變化 實驗的注意事項 1.改變氣體的體積時,要緩慢進行,等穩(wěn)定后再讀出氣體壓強,以防止氣體體積變化太快,氣體的溫度發(fā)生變化. 2.實驗過程不要用手接觸注射器的圓筒,以防止從手吸收熱量,引起內(nèi)部氣體溫度變化. 3.實驗中應保持氣體的質(zhì)量不變,因此實驗前應在柱塞上涂好潤滑油,以免漏氣.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,4.本實驗中,由于氣體體積與長度成正比,因此研究氣體體積與壓強的關(guān)系時,不用測量空氣柱的橫截面積. 5.本實驗測量體積時的誤差主要出現(xiàn)在長度的測量上,讀數(shù)時一定要使視線與柱塞底面相平.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,【例1】 利用如圖裝置可測量大氣壓強和容器的容積.步驟如下: 將倒U形玻璃管A的一端通過橡膠軟管與直玻璃管B連接,并注入適量的水,另一端插入橡皮塞,然后塞住燒瓶口,并在A上標注此時水面的位置K;再將一活塞置于10 mL位置的針筒插入燒瓶,使活塞緩慢推移至0刻度的位置;上下移動B,保持A中的水面位于K處,測得此時水面的高度差為17.1 cm.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,拔出橡皮塞,將針筒活塞置于0 mL位置,使燒瓶與大氣相通后再次塞住瓶口;然后將活塞抽拔至10 mL位置,上下移動B,使A中的水面仍位于K,測得此時玻璃管中水面的高度差為16.8 cm.(玻璃管A內(nèi)氣體體積忽略不計,水=1.0103 kg/m3,g取10 m/s2) (導學號51140020) (1)若用V0表示燒瓶容積,p0表示大氣壓強,V表示針筒內(nèi)氣體的體積,p1、p2表示上述步驟、中燒瓶內(nèi)外氣體壓強差大小,則步驟、中,氣體滿足的方程分別為 、 . (2)由實驗數(shù)據(jù)得燒瓶容積V0= mL,大氣壓強p0= Pa.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,(3)倒U形玻璃管A內(nèi)氣體的存在( ) A.僅對容積的測量結(jié)果有影響 B.僅對壓強的測量結(jié)果有影響 C.對二者的測量結(jié)果均有影響 D.對二者的測量結(jié)果均無影響,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,解析:(1)由題意知,氣體發(fā)生等溫變化,步驟中氣體初態(tài)的壓強和體積分別為p0、(V0+V),末態(tài)的壓強和體積分別為(p0+p1)與V0,則氣體滿足的方程為p0(V0+V)=(p0+p1)V0;步驟中氣體初態(tài)的壓強和體積分別為p0、V0,末態(tài)的壓強和體積分別為(p0-p2)、(V0+V),則氣體滿足的方程為p0V0=(p0-p2)(V0+V). (3)(2)中得到的體積V0應該為容器的體積與玻璃管A內(nèi)氣體的體積之和,對大氣壓強的測量不產(chǎn)生影響,A項正確. 答案:(1)p0(V0+V)=(p0+p1)V0 p0V0=(p0-p2)(V0+V) (2)560 95 760 (3)A,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,(多選)某同學用同一個注射器做了兩次驗證玻意耳定律的實驗,操作完全正確.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)卻在p-V圖上畫出了兩條不同的雙曲線,如圖所示.造成這種情況的可能原因是( ) (導學號51140021) A.兩次實驗中空氣質(zhì)量不同 B.兩次實驗中溫度不同 C.兩次實驗中保持空氣質(zhì)量、溫度相同,但所取的氣體壓強的數(shù)據(jù)不同 D.兩次實驗中保持空氣質(zhì)量、溫度相同,但所取的氣體體積的數(shù)據(jù)不同 答案:AB,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,解析:實驗時若兩次所封氣體的質(zhì)量不同,在同一坐標系上會畫出不同的等溫線,A項正確.在質(zhì)量一定的情況下,溫度不同,得出的等溫線也不同,B項正確.質(zhì)量、溫度都不變,壓強與體積成反比,得到的是同一條等溫線,C、D項錯誤.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,二、玻意耳定律的應用 1.玻意耳定律的適用條件 (1)氣體質(zhì)量一定,溫度不變. (2)溫度不太低,壓強不太大. 2.公式pV=C中的恒量C不是一個普適恒量,它與氣體質(zhì)量、氣體所處的溫度高低有關(guān),溫度越高,恒量C越大. 3.應用玻意耳定律解題的一般步驟 (1)首先確定研究對象,并判斷是否滿足玻意耳定律適用的條件. (2)然后確定始末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1、V1,p2、V2). (3)最后根據(jù)玻意耳定律列方程求解(注意p1和p2、V1和V2統(tǒng)一單位). (4)注意分析隱含的已知條件,必要時還應由力學或幾何知識列出輔助方程.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,4.變質(zhì)量氣體的求解問題 玻意耳定律只適用于氣體質(zhì)量一定的情況,但容器往往會存在漏氣的問題,或存在給容器打氣的問題,我們必須合理選擇研究對象,將變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化成定質(zhì)量問題. 5.圖象問題 (1)p-V圖. 一定質(zhì)量的氣體,溫度越高,氣體壓強與體積的乘積必然越大,在p-V圖上的等溫線就越高,如圖甲中T1T2.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,1.應用pV=C解題時,p、V的單位必須采用國際單位嗎? 答案:不一定,只要等式兩邊單位相同即可. 2.在 圖象中,圖線是一條過原點的直線,為什么直線在原點附近要畫成虛線? 答案:在等溫變化過程中,體積不可能無限大,故 和p不可能為零,所以圖線在原點處附近要畫成虛線表示過原點,但此處實際不存在.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,【例2】 如圖所示,長50 cm的玻璃管開口向上豎直放置,用 15 cm 長的水銀柱封閉了一段20 cm長的空氣柱,外界大氣壓強等同于 75 cm 高的水銀柱產(chǎn)生的壓強.現(xiàn)讓玻璃管自由下落.不計空氣阻力,求穩(wěn)定時氣柱的長.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,解析:設封閉空氣柱壓強為p1,水銀柱質(zhì)量為m,底面積為S1,靜止時,對于水銀柱,由平衡條件,得 p1S1=mg+p0S1,故p1=gh1+p0. 代入數(shù)據(jù)可知,p1大小等同于90 cm高的水銀柱產(chǎn)生的壓強, 玻璃管未下落時,空氣柱的體積V1=20S1. 自由下落時,對于水銀柱,由牛頓第二定律,得 mg+p0S1-p2S1=ma,a=g, 所以p2=p0. 對于氣柱,由于溫度不變,所以由玻意耳定律,得 9020S1=75V2,得V2=24S1. 即氣柱此時長24 cm. 而24 cm+15 cm=39 cm50 cm,故水銀沒有溢出玻璃管,故氣柱長24 cm. 答案:24 cm,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,1.一氣象探測氣球,在充有壓強為1.00 atm、溫度為27.0 的氦氣時,體積為3.50 m3.在上升至海拔 6.50 km 高空的過程中,氣球內(nèi)氦氣體積逐漸增大,到此高度上的大氣壓等同于36.0 cm高的水銀柱產(chǎn)生的壓強,氣球內(nèi)部因啟動持續(xù)加熱過程而維持其溫度不變.此后停止加熱,保持高度不變.已知在這一海拔高度氣溫為-48.0 .求氦氣在停止加熱前的體積. 答案:7.39 m3 解析:氣球在升空過程中,氣球內(nèi)部因啟動持續(xù)加熱過程而維持其溫度不變,對于內(nèi)部氣體而言是一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等溫變化,符合玻意耳定律的條件,可以用玻意耳定律解決.在氣球上升至海拔6.50 km高空的過程中,氣球內(nèi)氦氣經(jīng)歷一等溫過程. 根據(jù)玻意耳定律有p1V1=p2V2 代入數(shù)據(jù)可得V2=7.39 m3.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,2.(2015上海單科)如圖,長為h的水銀柱將上端封閉的玻璃管內(nèi)氣體分隔成兩部分,A處管內(nèi)外水銀面相平.將玻璃管緩慢向上提升H高度(管下端未離開水銀面),上下兩部分氣體的壓強變化分別為p1和p2,體積變化分別為V1和V2.已知水銀密度為,玻璃管截面積為S,則( ) (導學號51140022) A.p2一定等于p1 B.V2一定等于V1 C.p2與p1之差為gh D.V2與V1之和為HS 答案:A,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,案例探究,方法規(guī)律,思悟升華,正確理解等溫變化圖象 (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( )(導學號51140023) 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.由圖可知T1T2 D.由圖可知T1T2 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,等溫線的位置就越高,C錯誤,D正確. 答案:ABD,案例探究,方法規(guī)律,思悟升華,案例探究,方法規(guī)律,思悟升華,兩種等溫變化圖象的比較,案例探究,方法規(guī)律,思悟升華,