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1、第1節(jié)氣體實驗定律第1課時1.了解描述氣體狀態(tài)的三個參量和物理意義(重點)2.學(xué)會使用玻意耳定律，弄清條件、研究方法及其應(yīng)用(重點難點)3初步學(xué)會使用pV圖象、p 圖象處理問題(難點)一、探究氣體規(guī)律的方法1氣體參量：研究氣體的性質(zhì)時，常用氣體的溫度、體積和壓強描述氣體的狀態(tài)2探究方法：同時研究三個量之間的關(guān)系比較困難，可以采用控制變量法，控制其中一個量不變，研究另外兩個物理量之間的變化關(guān)系控制變量法是物理上研究多個變量時常用的方法如探究加速度與物體質(zhì)量及物體受合外力的關(guān)系中所用的方法便是此方法二、玻意耳定律1等溫變化：一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，壓強和體積的變化關(guān)系2探究等溫變化的規(guī)
2、律(1)實驗裝置如圖所示研究對象：針筒內(nèi)被封閉的氣體氣體初態(tài)壓強和體積：從氣壓計上直接讀出氣體壓強；從針筒刻度直接讀出氣體體積(2)實驗方法緩慢地向前推或向后拉活塞(保持氣體溫度不變)，待氣壓計示數(shù)穩(wěn)定后，記下氣體的壓強(p)和體積(V)按步驟中的方法，測出幾組對應(yīng)的壓強和體積值(3)處理數(shù)據(jù)：作p 圖象(4)探究結(jié)果：壓強與體積成反比3玻意耳定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在溫度保持不變的條件下，壓強與體積成反比(2)公式：p也可寫作p1V1p2V2或pV恒量(3)條件：氣體的質(zhì)量一定，溫度保持不變1(1)玻意耳定律是英國科學(xué)家玻意耳和法國科學(xué)家馬略特各自通過實驗發(fā)現(xiàn)的()(2)公式pVC中
3、的C是常量，指當(dāng)p、V變化時C的值不變()(3)對于溫度不同、質(zhì)量不同、種類不同的氣體，C值是相同的()提示：(1)(2)(3)三、氣體等溫變化的圖象(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pV圖象上等溫線應(yīng)為雙曲線的一支，在p 圖象上等溫線應(yīng)為過原點的直線2(1)一定質(zhì)量的氣體的等溫線上的兩點的壓強p和體積V的乘積相等()(2)pV圖中的等溫線上的一點代表一定質(zhì)量的氣體的一個狀態(tài)()提示：(1)(2)封閉氣體壓強的計算1靜止或勻速運動系統(tǒng)中壓強的計算方法(1)參考液片法：選取假想的液體薄片(自身重力不計)為研究對象，分析液片兩側(cè)受力情況，建立平
4、衡方程消去面積，得到液片兩側(cè)壓強相等，進而求得氣體壓強例如，如圖中粗細均勻的U形管中封閉了一定質(zhì)量的氣體A，在其最低處取一液片B，由其兩側(cè)受力平衡可知(pAph0)S(p0phph0)S.即pAp0ph.(2)平衡法：選與封閉氣體接觸的液柱(或活塞、汽缸)為研究對象進行受力分析，由F合0列等式求氣體壓強(3)連通器原理：在連通器中，同一種液體(中間液體不間斷)的同一水平液面上的壓強相等，如圖中同一液面C、D處壓強相等pAp0ph.2容器加速運動時封閉氣體壓強的計算當(dāng)容器加速運動時，通常選與氣體相關(guān)聯(lián)的液柱、汽缸或活塞為研究對象進行受力分析，然后由牛頓第二定律列方程，求出封閉氣體的壓強如圖，當(dāng)豎
5、直放置的玻璃管向上加速時，對液柱受力分析有：pSp0Smgma得：pp0.水銀柱模型，壓強的單位一般用cmHg，汽缸模型，壓強的單位一般用國際單位Pa或標(biāo)準大氣壓atm. 命題視角1水銀封閉氣體壓強的計算如圖所示，豎直放置的U形管，左端開口，右端封閉，管內(nèi)有a、b兩段水銀柱，將A、B兩段空氣柱封閉在管內(nèi)已知水銀柱a長10 cm，水銀柱b兩個液面間的高度差為5 cm，大氣壓強為75 cmHg，求空氣柱A、B的壓強解析設(shè)氣體A、B產(chǎn)生的壓強分別為pA、pB，管截面積為S，取a液柱為研究對象進行受力分析如圖甲所示，得pASmagp0S，而paSgh1Smag，故pASpaSp0S所以pAp0pa75
6、 cmHg10 cmHg65 cmHg取液柱b為研究對象進行受力分析如圖乙所示，同理可得pBSpbSpAS所以pBpApb65 cmHg5 cmHg60 cmHg.答案65 cmHg60 cmHg 命題視角2活塞封閉氣體壓強的計算一圓形汽缸靜止于地面上，如圖所示汽缸筒的質(zhì)量為M，活塞的質(zhì)量為m，活塞的面積為S，大氣壓強為p0.現(xiàn)將活塞緩慢向上提，求汽缸剛離開地面時汽缸內(nèi)氣體的壓強(忽略汽缸壁與活塞間的摩擦)思路點撥對活塞、整體(活塞和汽缸)分別受力分析列平衡方程求解 解析題目中的活塞和汽缸均處于平衡狀態(tài)，以活塞為研究對象，受力分析，由平衡條件，得FpSmgp0S.以活塞和汽缸整體為研究對象，受
7、力分析，有F(Mm)g，由以上兩個方程式，得pSMgp0S，解得pp0.答案p0如圖，一上端開口、下端封閉的細長玻璃管，下部有長l166 cm的水銀柱，中間封有長l26.6 cm的空氣柱，上部有長l344 cm的水銀柱，此時水銀面恰好與管口平齊已知大氣壓強為p076 cmHg.如果使玻璃管繞底端在豎直平面內(nèi)緩慢地轉(zhuǎn)動一周，求在開口向下和轉(zhuǎn)回到原來位置時管中空氣柱的長度封入的氣體可視為理想氣體，在轉(zhuǎn)動過程中沒有發(fā)生漏氣解析：設(shè)玻璃管開口向上時，空氣柱的壓強為p1p0gl3.式中，和g分別表示水銀的密度和重力加速度玻璃管開口向下時，原來上部的水銀有一部分會流出，封閉端會有部分真空設(shè)此時開口端剩下的
8、水銀柱長度為x，則p2gl1，p0p2gx式中，p2為管內(nèi)空氣柱的壓強由玻意耳定律有p1l2Sp2hS，式中，h是此時空氣柱的長度，S為玻璃管的橫截面積，由以上幾式和題干條件得h12 cm，從開始轉(zhuǎn)動一周后，設(shè)空氣柱的壓強為p3，則p3p0gx.由玻意耳定律得p1l2Sp3hS式中，h是此時空氣柱的長度，解得h9.2 cm.答案：12 cm9.2 cm玻意耳定律及其應(yīng)用1玻意耳定律的適用條件(1)溫度不太低，壓強不太大；(2)被研究的氣體質(zhì)量不變，溫度不變2玻意耳定律p1V1p2V2是個實驗定律，明確是在溫度不變的情況下，一定質(zhì)量的氣體的變化規(guī)律，其中p1V1和p2V2分別表示氣體在兩個不同狀
9、態(tài)下的壓強和體積3此定律中的恒量C不是一個普適恒量，它與氣體所處的溫度高低有關(guān)，溫度越高，恒量C越大4應(yīng)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(注意統(tǒng)一單位)(4)注意分析隱含的已知條件，必要時還應(yīng)由力學(xué)或幾何知識列出輔助方程應(yīng)用玻意耳定律解題應(yīng)先確定研究對象為一定質(zhì)量的封閉氣體，其次判斷是否是等溫變化，再次確定初末兩個狀態(tài)的體積和壓強，最后用玻意耳定律求解，注意單位要統(tǒng)一，但不一定是國際單位制中的單位，只要兩邊單位相同即可 命題視角1玻意耳定律的應(yīng)用如圖所示，
10、一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在可導(dǎo)熱的汽缸內(nèi)，活塞相對于底部的高度為h，可沿汽缸無摩擦地滑動取一小盒沙子緩慢地倒在活塞的上表面上沙子倒完時，活塞下降了.再取相同質(zhì)量的一小盒沙子緩慢地倒在活塞上表面上外界大氣的壓強和溫度始終保持不變，求此次沙子倒完時活塞距汽缸底部的高度思路點撥緩慢向活塞上表面倒沙子，汽缸可導(dǎo)熱，說明封閉氣體溫度不變用玻意耳定律求解 解析設(shè)大氣和活塞對氣體的總壓強為p0，加一小盒沙子對氣體產(chǎn)生的壓強為p，由玻意耳定律得p0h(p0p)(hh)由式得pp0再加一小盒沙子后，氣體的壓強變?yōu)閜02p.設(shè)第二次加沙子后，活塞的高度為h，由玻意耳定律得p0h(p02p)h聯(lián)立式解得hh.答
11、案h本題通過沙子對活塞的壓力以改變封閉氣體的壓強溫度不變，壓強增大后體積減小，根據(jù)玻意耳定律列出方程求解即可. 命題視角2充氣問題如圖所示為某壓縮式噴霧器儲液桶，其容量是5.7103m3，往桶內(nèi)倒入4.2103 m3的藥液后開始打氣，假設(shè)打氣過程中藥液不會向外噴出如果每次能打進2.5104 m3的空氣，要使噴霧器內(nèi)空氣的壓強達到4 atm，應(yīng)打氣幾次？這個壓強能否使噴霧器內(nèi)的藥液全部噴完？(設(shè)標(biāo)準大氣壓為1 atm，打氣過程中不考慮溫度的變化)思路點撥本題是一道變質(zhì)量的問題，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 解析設(shè)標(biāo)準大氣壓為p0，藥桶中空氣的體積為V，打氣N次后，噴霧器中
12、的空氣壓強達到4 atm，打入氣體在1 atm下的體積為N2.5104 m3.選取打氣N次后藥桶中的空氣為研究對象，由玻意耳定律得p0Vp0N(2.5104 m3)4p0V其中V5.7103 m34.2103 m31.5103 m3代入上式后解得N18當(dāng)空氣完全充滿藥桶后，如果空氣壓強仍然大于大氣壓，則藥液可以全部噴出，否則不能完全噴出由玻意耳定律得4p0Vp5.7103解得p1.053p0p0，所以藥液可以全部噴出答案18能此類問題我們可認為打入噴霧器的氣體都在其周圍，且可以認為是一次性打入的，若初態(tài)時內(nèi)外氣體壓強相同，則體積為內(nèi)外氣體體積之和，狀態(tài)方程為：p1(VnV0)p2V.若初態(tài)時內(nèi)
13、外氣體壓強不同，則體積不等于內(nèi)外氣體體積之和，狀態(tài)方程應(yīng)為：p1Vnp1V0p2V. 【通關(guān)練習(xí)】1容積V20 L的鋼瓶充滿氧氣后，壓強p30 atm，打開鋼瓶閥門，讓氧氣分裝到容積為V5 L的小瓶中去，小瓶子已抽成真空分裝完成后，每個小鋼瓶的壓強p2 atm.在分裝過程中無漏氣現(xiàn)象，且溫度保持不變，那么最多可能裝的瓶數(shù)是()A4瓶B50瓶C56瓶 D60瓶解析：選C.設(shè)最多可裝的瓶數(shù)為n，由等溫分態(tài)公式得pVpVnpV，解得n56瓶故C正確2用活塞式打氣筒向一個容積為V的容器內(nèi)打氣，每次能把體積為V0、壓強為p0的空氣打入容器內(nèi)，若容器中原有空氣的壓強為p，打氣過程中假設(shè)溫度不變，則打了n次
14、后容器內(nèi)空氣的壓強為()A.Bpnp0Cpn Dpp0解析：選C.每次打入的氣體相同，取容器內(nèi)原有氣體和n次打入的氣體整體為研究對象，初狀態(tài)分為兩部分，每次打入的氣體相同，可等效認為氣體是一次性打入的，由氣體實驗定律得，在溫度不變的情況下，有pVnp0V0pnV，解得pnpn，故C正確pV圖象和p 圖象的理解1一定質(zhì)量的氣體，其等溫線是雙曲線，雙曲線上的每一個點，均表示一定質(zhì)量的氣體在該溫度下的一個狀態(tài)，而且同一條等溫線上每個點對應(yīng)的p、V坐標(biāo)的乘積都是相等的如圖甲所示2玻意耳定律pVC(恒量)，其中恒量C不是一個普適恒量，它隨氣體溫度的升高而增大，溫度越高，恒量C越大，等溫線離坐標(biāo)軸越遠如圖
15、乙所示四條等溫線的關(guān)系為：T4T3T2T1.3一定質(zhì)量氣體的等溫變化過程，也可以用p 圖象來表示，如圖丙所示等溫線是通過原點的直線，由于氣體的體積不能無窮大，所以靠近原點附近處應(yīng)用虛線表示，該直線的斜率kpVT，即斜率越大，氣體做等溫變化的溫度越高4一定質(zhì)量氣體的等溫變化過程，用pT和VT圖象表示，如圖所示(1)pV圖線與p 圖線都能反映氣體等溫變化的規(guī)律，分析問題時一定要注意區(qū)分兩個圖線的不同形狀(2)p 圖象是一條直線，分析比較簡單pV圖象是一條雙曲線，但p和V的關(guān)系更直觀 命題視角1等溫變化的pV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()A從等溫
16、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T1T2D由圖可知T1T2DT1gV，故放手后加速下沉同樣道理，D選項也正確9如圖所示，p表示壓強，V表示體積，T為熱力學(xué)溫度，各圖中正確描述一定質(zhì)量的氣體是等溫變化的是()解析：選ABC.A圖中可以直接看出溫度不變B圖說明p1/V，即pV常數(shù)，是等溫過程；C圖是雙曲線的一支，也是等溫線；D圖的pV乘積越來越大，表明溫度升高10.如圖所示，兩端開口的均勻玻璃管豎直插入水銀槽中，管中有一段水銀柱h1封閉一定質(zhì)量的氣體，這時管下端開口處內(nèi)、外水銀面高度差為h2，若保持環(huán)境不變，當(dāng)外
17、界壓強增大時，下列分析正確的是()Ah2變長 Bh2不變Ch1上升 Dh1下降解析：選BD.被封閉氣體的壓強pp0h1p0h2.故h1h2，隨著大氣壓強的增大，被封閉氣體壓強也增大，由玻意耳定律知氣體的體積減小，空氣柱長度變短，但h1、h2長度不變，h1液柱下降，B、D項正確三、非選擇題11如圖所示是探究氣體等溫變化規(guī)律的簡易裝置圖，下表是某小組的數(shù)據(jù)序號V/mLp/(103 Pa)pV/(105 PamL)1201.001 020.0202181.095 219.7143161.231 319.7014141.403 019.6425121.635 119.621(1)若要研究p、V之間的關(guān)
18、系，繪制圖象時應(yīng)選用_(填“pV”或“p”)作為坐標(biāo)系；(2)仔細觀察發(fā)現(xiàn)pV的值越來越小，可能的原因是_解析：(1)由表得，pV近似為定值，用p坐標(biāo)時，圖象類似為直線，而用pV作為坐標(biāo)系時為曲線，所以應(yīng)選用p作為坐標(biāo)系(2)系統(tǒng)pV的值下降，可能原因是溫度下降、有氣體泄漏等原因，因是等溫變化，所以是漏氣答案：(1)p(2)漏氣12.如圖所示，粗細均勻、導(dǎo)熱良好、裝有適量水銀的U形管豎直放置，右端與大氣相通，左端封閉氣柱長l120 cm(可視為理想氣體)，兩管中水銀面等高現(xiàn)將右端與一低壓艙(未畫出)接通穩(wěn)定后右管水銀面高出左管水銀面h10 cm.環(huán)境溫度不變，大氣壓強p075 cmHg.求穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(用“cmHg”作單位)解析：設(shè)U形管橫截面積為S，右端與大氣相通時左管中封閉氣體壓強為p1，右端與一低壓艙接通后左管中封閉氣體壓強為p2，氣柱長度為l2，穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強為p.左管中封閉氣體發(fā)生等溫變化，根據(jù)玻意耳定律得p1V1p2V2p1p0p2pphV1l1SV2l2S由幾何關(guān)系得h2(l2l1)聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)得p50 cmHg.答案：50 cmHg16
2019-2020學(xué)年高中物理 第4章 氣體 第1節(jié) 氣體實驗定律 第1課時 學(xué)案 魯科版選修3-3
