2019_2020学年高中物理第八章气体第1节气体的等温变化学案含解析新人教版选修3_.doc

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1、第1节 气体的等温变化1.知道什么是等温变化。2.知道玻意耳定律是实验定律,掌握玻意耳定律的内容、表达式及适用条件。3.理解气体等温变化的pV图象、p图象的物理意义。一、气体的状态参量及封闭气体压强的计算1.气体的状态参量:描述气体的状态参量一般有压强、体积、温度。2.实验探究二、玻意耳定律-18-1.内容:一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强p与体积V成反比。2.公式:pV=恒量(C)或p1V1=p2V2。3.条件:气体的质量一定,温度不变。三、两种等温变化图象1.气体等温变化的pV图象一定质量的气体发生等

2、温变化时的pV图象如图甲所示。图线的形状为双曲线。由于它描述的是温度不变时的pV关系,因此称它为等温线。一定质量的气体,不同温度下的等温线是不同的。2.p图象:一定质量的理想气体的p图象为过原点的倾斜直线,如图乙所示。判一判(1)被封闭气体的质量发生变化不影响实验结果。(  )(2)一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强与体积成正比。(  )提示:(1)× (2)×课堂任务 封闭气体的压强的计算1.系统处于平衡状态时,求封闭气体的压强(1)连通器原理:在连通器中,同种液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强

3、是相等的。(2)在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强p=ρgh时,应特别注意h是表示液面间竖直高度,不一定是液柱长度。(3)求由液体封闭的气体压强,一般选择最低液面列平衡方程。(4)求由固体封闭(如汽缸或活塞封闭)的气体压强,一般对此固体(如汽缸或活塞)进行受力分析,列出力的平衡方程。2.容器加速运动时封闭气体的压强的求解-18-容器加速运动时,封闭气体压强的计算步骤如下:(1)取封闭气体接触的液体(或活塞、汽缸)为研究对象(并不是以气体为研究对象)。(2)对研究对象进行受力分析。(气体对研究对象的作用力写成F=p

4、S形式)(3)对研究对象建立直角坐标系并进行受力分析。(4)分别在x轴和y轴上列牛顿第二定律方程。(5)解方程。                   例1 如图所示,竖直放置的U形管,左端开口,右端封闭,管内有a、b两段水银柱,将A、B两段空气柱封闭在管内。已知水银柱a长为10cm,水银柱b两个液面间的高度差为5cm,大气压强为75cmHg,求空气柱A、B产生的压强。[规范解答] 分别取两段水银柱a、b为研究对象,由受力平衡,求得A、B的压强。设气柱A、B产生的压强分别为pA、pB,管横截面积为S,取a水银柱为研究对

5、象(如图甲),得pAS+mag=p0S,而paS=ρgh1S=mag,故pAS+paS=p0S,所以pA=p0-pa=75cmHg-10cmHg=65cmHg。取水银柱b为研究对象(如图乙),同理可得pBS+mbg=pAS,所以pB=pA-pb=65cmHg-5cmHg=60cmHg。-18-[完美答案] 65cmHg 60cmHg封闭气体的压强的求解方法(1)容器静止或匀速运动时封闭气体压强的计算:①取等压面法。根据同种液体在同一水平液面处压强相等,在连通器内灵活选取等压面。由两侧压强相等列方程求解压强。例如,图1

6、中同一液面C、D处压强相等,则pA=p0+ph。②力平衡法。选与封闭气体接触的液柱(或活塞、汽缸)为研究对象进行受力分析,由F合=0列式求气体压强。(2)容器加速运动时封闭气体压强的计算:当容器加速运动时,通常选与气体相关联的液柱、汽缸或活塞为研究对象,并对其进行受力分析,然后由牛顿第二定律列方程,求出封闭气体的压强。如图2所示,当竖直放置的玻璃管向上加速运动时,对液柱受力分析有:pS-p0S-mg=ma,得p=p0+。 如图所示,竖直向上放置的横截面积为S-18-的汽缸内,有两个质量分别为m1和m2的圆柱形光滑活塞

7、,封闭着两部分气体A与B,若外界大气压强为p0,试求气体A的压强pA。答案 见解析解析 用关联物整体法:将质量分别为m1和m2的两个活塞和气柱B看做一个整体,此时气柱B对上、下活塞的压力成为内力,可不必考虑,而气柱B的重力可以忽略,于是等效于将气柱B抽去,而将活塞m1、m2视为一个整体,由该整体受力平衡即可得出:pAS=p0S+(m1+m2)g,解得pA=p0+。 如图所示,上端封闭底部相连的A、B、C三管中水银面相平,三管横截面积的关系是SA>SB>SC。管内水银上方的空气柱长度为LA

8、K流出少量水银(保持三管中均有水银)。则三管中水银面的高度关系是(  )A.A管中水银面最高B.C管中水银面最高C.一样高D.条件不足,无法确定答案 A解析 未打开阀门前,A、B、C三管中水银面相平,所以三管中封闭气体的压强相同,记作p0。假设打开阀门K流出少量水银后,三管中水银面都降低了相同的高度h,三管中水银面仍然相平,对管中封闭气体应用玻

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