高中物理高中物理 選修選修3- 3 粵教版粵教版 第二章第二章 固體、液體和氣體固體、液體和氣體 第七節(jié)第七節(jié) 氣體實驗定律氣體實驗定律() 目標定位目標定位 1.理解一定質量的氣體，在溫度不變的情況下壓強理解一定質量的氣體，在溫度不變的情況下壓強與體積的關系與體積的關系 2.知道玻意耳定律的內容，表達式及適用條知道玻意耳定律的內容，表達式及適用條件件 3.能運用玻意耳定律對有關問題進行分析，計算能運用玻意耳定律對有關問題進行分析，計算 4.了了解解pV圖、圖、p1V圖的物理意義圖的物理意義 一一、探究氣體規(guī)律的方法探究氣體規(guī)律的方法 同時研究三個狀態(tài)參量之間的變化關系比較困難同時研究三個狀態(tài)參量之間的變化關系比較困難，可以采可以采用控制變量法用控制變量法，控制其中控制其中 不變不變，研究研究 狀狀態(tài)參量的變化關系態(tài)參量的變化關系，然后確定三個狀態(tài)參量的變化規(guī)律然后確定三個狀態(tài)參量的變化規(guī)律 二二、玻意耳定律玻意耳定律 1內容：一定質量的某種氣體內容：一定質量的某種氣體，在在 不變的情況下不變的情況下，壓強壓強與體積成與體積成 2公式：公式：pVC或或 . 3條件：氣體的條件：氣體的 一定一定， 不變不變 預習導學預習導學 一個狀態(tài)參量一個狀態(tài)參量 其他其他 溫度溫度 反比反比 p1V1p2V2 質量質量 溫度溫度 三三、氣體等溫變化的圖象氣體等溫變化的圖象(即等溫線即等溫線) 1圖象如圖圖象如圖271所示：所示： 預習導學預習導學 p - V圖象圖象 p - 1V圖象圖象 圖圖271 預習導學預習導學 2特點：特點：一定質量的氣體在溫度不變時，由于壓強與體積成一定質量的氣體在溫度不變時，由于壓強與體積成 ，在，在p - V圖上等溫線應為圖上等溫線應為 ，在，在p -1V圖上等圖上等溫線應為溫線應為 反比反比 雙曲線雙曲線 過原點的直線過原點的直線 想一想想一想 如圖如圖272所示，為同一氣體在不同溫度下的等溫所示，為同一氣體在不同溫度下的等溫線，線，t1和和t2哪一個大？哪一個大？ 圖圖272 答案答案 t1大于大于t2.因為體積相同時因為體積相同時，溫度越高溫度越高，壓強越大壓強越大 預習導學預習導學 3應用玻意耳定律解題的一般步驟應用玻意耳定律解題的一般步驟 (1)確定研究對象確定研究對象，并判斷是否滿足玻意耳定律的條件并判斷是否滿足玻意耳定律的條件 (2)確定初確定初、末狀態(tài)及狀態(tài)參量末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1V2，p2V2) (3)根據(jù)玻意耳定律列方程求解根據(jù)玻意耳定律列方程求解(注意統(tǒng)一單位注意統(tǒng)一單位) (4)注意分析隱含條件注意分析隱含條件，作出必要的判斷和說明作出必要的判斷和說明 課堂講義課堂講義 一、玻意耳定律的理解及應用一、玻意耳定律的理解及應用 1成立條件：成立條件：(1)質量一定，溫度不變質量一定，溫度不變 (2)溫度不太低，壓強不太大溫度不太低，壓強不太大 2表達式：表達式：p1V1p2V2或或pV常數(shù)或常數(shù)或p1p2V2V1. 課堂講義課堂講義 例例1 一種水下重物打撈方法的工作原理如圖一種水下重物打撈方法的工作原理如圖273.將一質量將一質量M3103 kg、體積、體積V00.5 m3的重物質捆綁在開口朝下的的重物質捆綁在開口朝下的浮筒上向浮筒內沖入一定質量的氣體，開始時筒內液面到浮筒上向浮筒內沖入一定質量的氣體，開始時筒內液面到水面的距離水面的距離h140 m，筒內氣體體積，筒內氣體體積V11 m3. 圖圖273 課堂講義課堂講義 在拉力作用下浮筒緩慢上升在拉力作用下浮筒緩慢上升，當筒內液面到水面的距離為當筒內液面到水面的距離為h2時時，拉力減為零拉力減為零，此時氣體體積為此時氣體體積為V2，隨后浮筒和重物自動上隨后浮筒和重物自動上浮浮求求V2和和h2.已知大氣壓強已知大氣壓強P01105 Pa，水的密度水的密度1103 kg/m3，重力加速度的大小重力加速度的大小g10 m/s2.不計水溫變化不計水溫變化，筒內氣體筒內氣體質量不變且可視為理想氣體質量不變且可視為理想氣體，浮筒質量和筒壁厚度可忽略浮筒質量和筒壁厚度可忽略 答案答案 2.5 m3 10 m 課堂講義課堂講義 解析解析 當當F0時時，由平衡條件得由平衡條件得 Mgg(V0V2) 代入數(shù)據(jù)得代入數(shù)據(jù)得V22.5 m3 設筒內氣體初態(tài)設筒內氣體初態(tài)、末態(tài)的壓強分別為末態(tài)的壓強分別為p1、p2，由題意得由題意得 p1p0gh1 p2p0gh2 在此過程中筒內氣體的溫度和質量不變在此過程中筒內氣體的溫度和質量不變，由玻意耳定律得由玻意耳定律得p1V1p2V2 聯(lián)立聯(lián)立式代入數(shù)據(jù)得式代入數(shù)據(jù)得h210 m 課堂講義課堂講義 針對訓練針對訓練 粗細均勻的玻璃管粗細均勻的玻璃管，一端封閉一端封閉，長為長為12 cm.一個人一個人手持玻璃管開口向下潛入水中手持玻璃管開口向下潛入水中，當潛到水下某深度時看到水進當潛到水下某深度時看到水進入玻璃管口入玻璃管口2 cm，求管口距液面的深度求管口距液面的深度(取水面上大氣壓強為取水面上大氣壓強為p01.0105 Pa，g取取10 m/s2，池水中溫度恒定池水中溫度恒定) 答案答案 2.02 m 課堂講義課堂講義 解析解析 確定研究對象為被封閉的一部分氣體，玻璃管下潛的過確定研究對象為被封閉的一部分氣體，玻璃管下潛的過程中氣體的狀態(tài)變化可視為等溫過程程中氣體的狀態(tài)變化可視為等溫過程 設潛入水下的深度為設潛入水下的深度為h，玻璃管的橫截面為，玻璃管的橫截面為S.氣體的初末狀態(tài)參氣體的初末狀態(tài)參量分別為：初狀態(tài)：量分別為：初狀態(tài)：p1p0，V112S 末狀態(tài)：末狀態(tài)：p2p0g(h0.02)，V210S 由玻意耳定律由玻意耳定律p1V1p2V2，得，得p0p0g h0.02 10S12S 解得：解得：h2.02 m. 課堂講義課堂講義 二、等溫變化中二、等溫變化中p - V圖象和圖象和p -1V圖象的理解和應用圖象的理解和應用 1一定質量的氣體，在一定質量的氣體，在p - V圖象中等溫線是雙曲線，雙曲線上圖象中等溫線是雙曲線，雙曲線上的每一個點，均表示一定質量的氣體在該溫度下的一個狀的每一個點，均表示一定質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的態(tài)，而且同一條等溫線上每個點對應的p、V坐標的乘積都坐標的乘積都是相等的一定質量的氣體在不同溫度下的等溫線是不同的是相等的一定質量的氣體在不同溫度下的等溫線是不同的雙曲線，且雙曲線，且pV乘積越大，溫度越高，如圖乘積越大，溫度越高，如圖274所示：所示：T2T1. 課堂講義課堂講義 圖圖274 課堂講義課堂講義 圖圖275 2一定質量氣體的等溫變化過程，也可以用一定質量氣體的等溫變化過程，也可以用 p1V圖象來表示，圖象來表示，如圖如圖 275 所示等溫線是通過原點的直線，由于氣體的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用虛線表示，該直體積不能無窮大，所以靠近原點附近處應用虛線表示，該直線的斜率線的斜率 kp/(1V)pVT，即斜率越大，氣體做等溫變化，即斜率越大，氣體做等溫變化的溫度越高的溫度越高 課堂講義課堂講義 圖圖276 例例2 (雙選雙選)如圖如圖276所示，為一定質量的氣體在不同溫度所示，為一定質量的氣體在不同溫度下的兩條下的兩條p1V圖線，由圖可知圖線，由圖可知 ( ) A一定質量的氣體在發(fā)生等溫變化時，其壓強與體積成正比一定質量的氣體在發(fā)生等溫變化時，其壓強與體積成正比 B一定質量的氣體在發(fā)生等溫變化時，其一定質量的氣體在發(fā)生等溫變化時，其p1V圖線的延長線圖線的延長線是經(jīng)過坐標原點的是經(jīng)過坐標原點的 CT1T2 DT1T2 課堂講義課堂講義 答案答案 BD 課堂講義課堂講義 解析解析 這是一定質量的氣體在發(fā)生等溫變化時的這是一定質量的氣體在發(fā)生等溫變化時的p1V圖線，圖線，由圖線過原點可知由圖線過原點可知p/ 1V恒量，即斜率恒量，即斜率kpV為恒量，所以為恒量，所以p與與V成反比，成反比，A錯、錯、B正確；根據(jù)正確；根據(jù)p1V圖線斜率的物理意義可圖線斜率的物理意義可知知C錯、錯、D對對 借題發(fā)揮借題發(fā)揮 由玻意耳定律可知，由玻意耳定律可知，pVC(常量常量)，其中，其中C的大小與的大小與氣體的質量及溫度有關，質量越大，溫度越高，氣體的質量及溫度有關，質量越大，溫度越高，C也越大，在也越大，在p1V圖象中，斜率圖象中，斜率kC也就越大也就越大. 對點練習對點練習 單擊此處進入單擊此處進入 對點練習對點練習 再見再見