高中物理 2.7 氣體實驗定律（一）課件 粵教版選修3-3.ppt

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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:被封閉在注射器內的氣體. 2.數據采集: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據采集器自動完成并輸入計算機.多次改變活塞位置,待氣壓計示數穩(wěn)定后,分別記錄對應壓強和體積數據. 3.數據處理:應用計算機,點擊“繪圖”,生成壓強與體積的關系圖線和壓強與體積倒數的關系圖線. 4.分析圖線,得出結論: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.內容:一定質量的氣體,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,引起內部氣體溫度變化. 3.實驗中應保持氣體的質量不變,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在長度的測量上,讀數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表示針筒內氣體的體積,p1、p2表示上述步驟、中燒瓶內外氣體壓強差大小,則步驟、中,氣體滿足的方程分別為 、 . (2)由實驗數據得燒瓶容積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內氣體的存在( ) A.僅對容積的測量結果有影響 B.僅對壓強的測量結果有影響 C.對二者的測量結果均有影響 D.對二者的測量結果均無影響,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內氣體的體積之和,對大氣壓強的測量不產生影響,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.根據實驗數據卻在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.兩次實驗中空氣質量不同 B.兩次實驗中溫度不同 C.兩次實驗中保持空氣質量、溫度相同,但所取的氣體壓強的數據不同 D.兩次實驗中保持空氣質量、溫度相同,但所取的氣體體積的數據不同 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,它與氣體質量、氣體所處的溫度高低有關,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)最后根據玻意耳定律列方程求解(注意p1和p2、V1和V2統一單位). (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.變質量氣體的求解問題 玻意耳定律只適用于氣體質量一定的情況,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,將變質量問題轉化成定質量問題. 5.圖象問題 (1)p-V圖. 一定質量的氣體,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 高的水銀柱產生的壓強.現讓玻璃管自由下落.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. 代入數據可知,p1大小等同于90 cm高的水銀柱產生的壓強, 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高的水銀柱產生的壓強,氣球內部因啟動持續(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,氣球內部因啟動持續(xù)加熱過程而維持其溫度不變,對于內部氣體而言是一定質量的氣體發(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,氣球內氦氣經歷一等溫過程. 根據玻意耳定律有p1V1=p2V2 代入數據可得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氣體分隔成兩部分,A處管內外水銀面相平.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,