81气体的等温变化.ppt

第八章 气体,1、气体的等温变化,1、温度,2、体积,3、压强,热力学温度T ，单位：开尔文 T = t 273 K,体积 V 单位：有L、mL等,压强 p 单位：Pa（帕斯卡）,气体的状态参量,复习,宏观上表示物体的冷热程度，微观上表示物体内部分子无规则运动的剧烈程度。,气体的体积是指气体分子所能达到的空间，等于容器的容积。,气体作用在器壁单位面积上的压力叫做气体压强。,一、压强的计算,气体压强是大量气体分子对容器壁碰撞而产生的。容器壁上单位面积所受气体的压力即压强。可见，求气体压强的问题其实是一个力学问题。,例1.封闭气体的汽缸挂在弹簧秤下,弹簧秤的读数为F,已知缸体的质量为M,活塞的质量为m,截面积为S,活塞与汽缸间的摩擦不计,外界大气压强为P0,则汽缸内气体压强p为多少?,1.用固体封闭的气体压强的计算（平衡态）,隔离活塞：活塞受力情况为： PS+F-mg-P0S=0,计算的方法是： 对固体（活塞或汽缸）进行受力分析，列出平衡方程，进而求解出封闭气体的压强.,2.如图所示,气缸由两个横截面不同的圆筒连接而成.活塞A、B被轻质刚性细杆连接在一起,可无摩擦移动.A、B的质量分别为mA,mB,横截面积分别为SA,SB.一定质量的理想气体被封闭在两活塞之间,活塞外侧大气压强p0。气缸水平放置达到平衡状态如图(a)所示, 将气缸竖直放置达到平衡后如图(b)所示. 求两种情况下封闭气体的压强.,水平时：对活塞AB和细杆进行受力分析有：P0SA-P1SA-P0SB+P1SB=0,竖直时，同理可得： P0SA+mAg-P2SA+ P2SB+mBg-P0SB=0,3.容器加速运动时求封闭气体的压强,例3：如图所示，一个壁厚可以不计、质量为M的汽缸放在光滑水平地面上，活塞的质量为m，面积为S，内部封有一定质量的气体.活塞不漏气，摩擦不计，外界大气压强为P0，若在活塞上加一水平向左的恒力F（不考虑气体温度的变化），求汽缸和活塞以共同加速度运动时，缸内气体的压强多大？,计算的方法步骤是： 当容器加速运动时，通常选择与气体相关联的液体柱，固体等作为研究对象，进行受力分析，画出分析图示； 根据牛顿第二定律列出方程； 解方程，求出封闭气体压强,2.用液体封闭的气体压强的计算（平衡态）,计算的方法步骤是： 选取一个假想的液体薄片（其自重不计）为研究对象（选最低液面）； 分析液片两侧受力情况，建立力的平衡方程，消去横截面积，得到液片两侧的压强平衡方程； 解方程，求得气体压强,例2：如图8-2所示，粗细均匀的U形管的A端是封闭的，B端开口向上。两管中水银面的高度差h=20cm。外界大气压强为76cmHg。求A管中封闭气体的压强。,（提示：76cmHg=760mmHg=1.01×105Pa 液体压强公式：P= gh）,1、如图1所示，试求甲、乙、丙中各封闭气体的压强P1、P2、P3、P4 。（已知大气压为P0，液体的密度为，其他已知条件标于图上，且均处于静止状态）,图1,3.压强的计算练习,气体的等温变化,诱思导学:,本节课我们就来研究控制一定质量的某种气体，温度不变的情况下，压强与体积的变化关系。我们称之为等温变化。,夏天，打足气的自行车轮胎在烈日下暴晒常常会爆胎，为什么？ 一只凹进的乒乓球，怎样能使它恢复原状？,其实，生活中许多现象都表明，气体的压强，体积，温度三个状态量之间一定存在某种关系，那么是什么关系呢？我们怎么来研究?,研究的方法-控制变量法,提出问题：一定质量的气体在温度不变的情况下，压强与体积之间有什么关系呢？,实验探究：,二、探究气体等温变化的规律,1.实验装置(课本实验),.我们的研究对象是什么? .实验需要测量的物理量? .怎样保证实验过程温度不变? .怎样保证气体质量不变? .要使密封气体的压强，体积变化，应如何操作？压强如何表达？,.注射器内一定质量的气体.,.压强、体积（体积的变化与空气柱的长度有关）,.变化过程十分缓慢、容器透热、环境恒温；手不要握住注射器的外管。,.柱塞上涂上凡士林密封,我们可用注射器来定性研究,研究题目：一定质量的某种气体，温度不变，当体积缩小时，压强有什么变化？你怎么体会到的？当体积增大时，压强有什么变化？你怎么体会到的？ 强调：实验过程中，手不要握住注射器的外管,小结：一定质量的某种气体，温度不变，当体积缩小时，压强增大，气体体积增大时压强减小 猜想：可能压强和体积成反比,演示实验,1/V,1,2,3,0,0.2,0.4,0.6,0.8,实验数据处理,一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压 强跟体积成反比,1、内容：,2、表达式：,3、图像：,三、玻意耳定律,三、玻意耳定律,点拨：（1）玻意耳定律是实验定律，由英国科学家玻意耳和法国科学家马略特各自通过实验独立发现的。 （2）成立条件：质量一定，温度不变， 适用范围：压强不太大，温度不太低。 （3）pV=C。其中常量C 与气体的质量、种类、温度有关。,四、等温线,1.一定质量的某种气体在等温变化过程中压强p跟体积V的反比关系，在p-V 直角坐标系中表示出来的图线叫等温线。 2.一定质量的气体等温线的p-V图是双曲线的一支。 3.等温线的物理意义： 图线上的一点表示气体的一个确定的状态。同一条等温线上各状态的温度相同，p与V的乘积相同。不同温度下的等温线，离原点越远，温度越高。,1、图象平面上的一个点代表什么？曲线AB代表什么？ 2、pV=恒量一式中的恒量是普适恒量吗？,例1、粗细均匀的玻璃管，一端封闭，长为12cm，一个人手持玻璃管开口向下潜入水中，当潜到水下某深度时看到水进入玻璃管口2cm，求人潜入水中的深度。（取水面大气压强为P0 =1.0 ×105Pa，g取10m/s2）,五、典型例题,答案：h=2m,用气体定律解题的步骤,1确定研究对象：被封闭的气体(满足质量不变的条件)；,2用一定的数字或表达式写出气体状态的初始条件(p1，V1，T1，p2，V2，T2)；,3根据气体状态变化过程的特点，列出相应的气体公式(本节课中就是玻意耳定律公式)；,4将各初始条件代入气体公式中，求解未知量；,例2将一端封闭的玻璃管插入水银槽内，内封一定质量的气体。若将管略压下一些，下述说法正确的是 ( ) A玻璃管内气体体积扩大 B玻璃管内气体体积缩小 C管内外水银面高度差减小 D管内外水银面高度差增大,BC,1.某个容器的容积是10L，所装气体的压强是20×105Pa。如果温度保持不变，把容器的开关打开以后，容器里剩下的气体是原来的百分之几？设大气压是1.0×105Pa。,课堂练习,2.一定质量气体的体积是20L时，压强为1×105Pa。当气体的体积减小到16L时，压强为多大？设气体的温度保持不变。,就容器而言，里面气体质量变了，似乎是变质量问题，但若视容器中气体出而不走，就又是质量不变了。,答案：1.25×10 5Pa,5%,