《2019-2020學(xué)年高中物理 第4章 氣體 第1節(jié) 氣體實(shí)驗(yàn)定律 第1課時(shí) 學(xué)案 魯科版選修3-3》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第4章 氣體 第1節(jié) 氣體實(shí)驗(yàn)定律 第1課時(shí) 學(xué)案 魯科版選修3-3（16頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第1節(jié)氣體實(shí)驗(yàn)定律第1課時(shí)1.了解描述氣體狀態(tài)的三個(gè)參量和物理意義(重點(diǎn))2.學(xué)會(huì)使用玻意耳定律，弄清條件、研究方法及其應(yīng)用(重點(diǎn)難點(diǎn))3初步學(xué)會(huì)使用pV圖象、p 圖象處理問題(難點(diǎn))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(shí)，常用氣體的溫度、體積和壓強(qiáng)描述氣體的狀態(tài)2探究方法：同時(shí)研究三個(gè)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(gè)量不變，研究另外兩個(gè)物理量之間的變化關(guān)系控制變量法是物理上研究多個(gè)變量時(shí)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(qiáng)和體積的變化關(guān)系2探究等溫變化的規(guī)
2、律(1)實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示研究對(duì)象：針筒內(nèi)被封閉的氣體氣體初態(tài)壓強(qiáng)和體積：從氣壓計(jì)上直接讀出氣體壓強(qiáng)；從針筒刻度直接讀出氣體體積(2)實(shí)驗(yàn)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(jì)示數(shù)穩(wěn)定后，記下氣體的壓強(qiáng)(p)和體積(V)按步驟中的方法，測(cè)出幾組對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)和體積值(3)處理數(shù)據(jù)：作p 圖象(4)探究結(jié)果：壓強(qiáng)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的()(2)公式pVC中
3、的C是常量，指當(dāng)p、V變化時(shí)C的值不變()(3)對(duì)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(diǎn)：一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時(shí)，由于壓強(qiáng)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(diǎn)的直線2(1)一定質(zhì)量的氣體的等溫線上的兩點(diǎn)的壓強(qiáng)p和體積V的乘積相等()(2)pV圖中的等溫線上的一點(diǎn)代表一定質(zhì)量的氣體的一個(gè)狀態(tài)()提示：(1)(2)封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算1靜止或勻速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中壓強(qiáng)的計(jì)算方法(1)參考液片法：選取假想的液體薄片(自身重力不計(jì))為研究對(duì)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(qiáng)相等，進(jìn)而求得氣體壓強(qiáng)例如，如圖中粗細(xì)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(duì)象進(jìn)行受力分析，由F合0列等式求氣體壓強(qiáng)(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(qiáng)相等，如圖中同一液面C、D處壓強(qiáng)相等pAp0ph.2容器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算當(dāng)容器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常選與氣體相關(guān)聯(lián)的液柱、汽缸或活塞為研究對(duì)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)如圖，當(dāng)豎
5、直放置的玻璃管向上加速時(shí)，對(duì)液柱受力分析有：pSp0Smgma得：pp0.水銀柱模型，壓強(qiáng)的單位一般用cmHg，汽缸模型，壓強(qiáng)的單位一般用國際單位Pa或標(biāo)準(zhǔn)大氣壓atm. 命題視角1水銀封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)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(gè)液面間的高度差為5 cm，大氣壓強(qiáng)為75 cmHg，求空氣柱A、B的壓強(qiáng)解析設(shè)氣體A、B產(chǎn)生的壓強(qiáng)分別為pA、pB，管截面積為S，取a液柱為研究對(duì)象進(jìn)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(duì)象進(jìn)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(qiáng)的計(jì)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(qiáng)為p0.現(xiàn)將活塞緩慢向上提，求汽缸剛離開地面時(shí)汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)(忽略汽缸壁與活塞間的摩擦)思路點(diǎn)撥對(duì)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(duì)象，受力分析，由平衡條件，得FpSmgp0S.以活塞和汽缸整體為研究對(duì)象，受
7、力分析，有F(Mm)g，由以上兩個(gè)方程式，得pSMgp0S，解得pp0.答案p0如圖，一上端開口、下端封閉的細(xì)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(shí)水銀面恰好與管口平齊已知大氣壓強(qiáng)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(dòng)一周，求在開口向下和轉(zhuǎn)回到原來位置時(shí)管中空氣柱的長度封入的氣體可視為理想氣體，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中沒有發(fā)生漏氣解析：設(shè)玻璃管開口向上時(shí)，空氣柱的壓強(qiáng)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(shí)，原來上部的水銀有一部分會(huì)流出，封閉端會(huì)有部分真空設(shè)此時(shí)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(qiáng)由玻意耳定律有p1l2Sp2hS，式中，h是此時(shí)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(dòng)一周后，設(shè)空氣柱的壓強(qiáng)為p3，則p3p0gx.由玻意耳定律得p1l2Sp3hS式中，h是此時(shí)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(qiáng)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(gè)實(shí)驗(yàn)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(gè)不同狀
9、態(tài)下的壓強(qiáng)和體積3此定律中的恒量C不是一個(gè)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(duì)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(shí)還應(yīng)由力學(xué)或幾何知識(shí)列出輔助方程應(yīng)用玻意耳定律解題應(yīng)先確定研究對(duì)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(gè)狀態(tài)的體積和壓強(qiáng)，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(duì)于底部的高度為h，可沿汽缸無摩擦地滑動(dòng)取一小盒沙子緩慢地倒在活塞的上表面上沙子倒完時(shí)，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(qiáng)和溫度始終保持不變，求此次沙子倒完時(shí)活塞距汽缸底部的高度思路點(diǎn)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(duì)氣體的總壓強(qiáng)為p0，加一小盒沙子對(duì)氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)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(qiáng)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(duì)活塞的壓力以改變封閉氣體的壓強(qiáng)溫度不變，壓強(qiáng)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(chǔ)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(huì)向外噴出如果每次能打進(jìn)2.5104 m3的空氣，要使噴霧器內(nèi)空氣的壓強(qiáng)達(dá)到4 atm，應(yīng)打氣幾次？這個(gè)壓強(qiáng)能否使噴霧器內(nèi)的藥液全部噴完？(設(shè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為1 atm，打氣過程中不考慮溫度的變化)思路點(diǎn)撥本題是一道變質(zhì)量的問題，我們可以靈活選取研究對(duì)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(zhǔn)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(qiáng)達(dá)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(duì)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(qiáng)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(rèn)為打入噴霧器的氣體都在其周圍，且可以認(rèn)為是一次性打入的，若初態(tài)時(shí)內(nèi)外氣體壓強(qiáng)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(shí)內(nèi)
13、外氣體壓強(qiáng)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(qiáng)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(gè)小鋼瓶的壓強(qiáng)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(gè)容積為V的容器內(nèi)打氣，每次能把體積為V0、壓強(qiáng)為p0的空氣打入容器內(nèi)，若容器中原有空氣的壓強(qiáng)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(qiáng)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(duì)象，初狀態(tài)分為兩部分，每次打入的氣體相同，可等效認(rèn)為氣體是一次性打入的，由氣體實(shí)驗(yàn)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(gè)點(diǎn)，均表示一定質(zhì)量的氣體在該溫度下的一個(gè)狀態(tài)，而且同一條等溫線上每個(gè)點(diǎn)對(duì)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(gè)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(yuǎn)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(diǎn)的直線，由于氣體的體積不能無窮大，所以靠近原點(diǎn)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(shí)一定要注意區(qū)分兩個(gè)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(shí)，其壓強(qiáng)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(xiàng)也正確9如圖所示，p表示壓強(qiáng)，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(shí)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(qiáng)增大時(shí)，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(qiáng)pp0h1p0h2.故h1h2，隨著大氣壓強(qiáng)的增大，被封閉氣體壓強(qiáng)也增大，由玻意耳定律知?dú)怏w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(xiàng)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(hào)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(shí)應(yīng)選用_(填“pV”或“p”)作為坐標(biāo)系；(2)仔細(xì)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(shí)，圖象類似為直線，而用pV作為坐標(biāo)系時(shí)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(xì)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(qiáng)p075 cmHg.求穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)(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(shí)左管中封閉氣體壓強(qiáng)為p1，右端與一低壓艙接通后左管中封閉氣體壓強(qiáng)為p2，氣柱長度為l2，穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)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(shí)驗(yàn)定律 第1課時(shí) 學(xué)案 魯科版選修3-3
