1、第八章 氣體,高中物理選修33,熱力學(xué)溫度T ：開爾文 T = t 273 K,體積 V 單位：有L、mL等,壓強(qiáng) p 單位：Pa（帕斯卡）,復(fù)習(xí),氣體的狀態(tài)參量,如何確定氣體的狀態(tài)參量呢？,溫度（ T ）-溫度計(jì) 體積（ V ）-容器的容積 壓強(qiáng)（ p ）-氣壓計(jì),探究方法：,控制變量法,第八章 氣體,8.1 氣體的等溫變化,波意耳定律,問題的引入,生活實(shí)例：夏天打足氣的自行車在烈日下曝曬，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？原因是什么 動(dòng)手：用一個(gè)注射器密閉一定質(zhì)量的空氣，緩慢的推動(dòng)活塞，同學(xué)們觀察活塞中空氣體積變化？思考?jí)簭?qiáng)的變化？ 氣體狀態(tài)變化：(P1、V1、T1) (P1、V1、T1),一、氣體的等溫變

2、化： 氣體在溫度不變的狀態(tài)下，發(fā)生的變化叫做等溫變化。,實(shí)驗(yàn)探究,實(shí)驗(yàn)：探究氣體等溫變化的規(guī)律,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)處理,（測(cè)量哪些物理量）,（猜想）,體積、壓強(qiáng),注意事項(xiàng),（溫度不變）,動(dòng)手體驗(yàn)定性關(guān)系,（等溫變化過程中壓強(qiáng)與體積的關(guān)系）,（二）實(shí)驗(yàn)探究,結(jié)論：V減小，P增大,猜想： P、V,反比,定量研究：,設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)研究一定質(zhì)量的氣體在等溫變化過程中壓強(qiáng)與體積的定量關(guān)系,（二）實(shí)驗(yàn)探究,猜想： P、V反比,橫截面積S,氣 體 定 律 演 示 儀,主要步驟：,1、密封一定質(zhì)量的氣體。 2、改變氣體的體積，記錄氣體長(zhǎng)度和該狀態(tài)下壓強(qiáng)的大小。 3、數(shù)據(jù)處理。,注意事項(xiàng)：,1、盡量避免漏氣。 2、不

3、要用手握住玻璃管。 3、移動(dòng)活塞要緩慢。,數(shù)據(jù)采集,P增大，V減小，P,V間到底什么關(guān)系？猜想！,室內(nèi)溫度:,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理,實(shí)驗(yàn),探究結(jié)論：,在溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)p和體積V成反比。,一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下，它的壓強(qiáng)跟體積成反比。,二、玻意耳定律,1、內(nèi)容：,2、表達(dá)式：,3、圖像：,4、條件:氣體質(zhì)量一定且溫度不變 5、適用范圍：溫度不太低，壓強(qiáng)不太大,V,1,2,3,0,1,2,3,4,（1）、特點(diǎn): 等溫線是雙曲線的一支。,溫度越高,其等溫線離原點(diǎn)越遠(yuǎn).,同一氣體，不同溫度下等溫線是不同的，你能判斷那條等溫線是表示溫度較高的情形嗎？你是根據(jù)什么理由作出判斷的？,結(jié)論:t3t2t

4、1,（2）、圖象意義:,物理意義:反映壓強(qiáng)隨體積的變化關(guān)系,點(diǎn)意義:每一組數(shù)據(jù)-反映某一狀態(tài),利用玻意耳定律的解題思路,（1）明確研究對(duì)象（氣體）； （2）分析過程特點(diǎn)，判斷為等溫過程； （3）列出初、末狀態(tài)的p、V值； （4）根據(jù)p1V1=p2V2列式求解；,例題：,一定質(zhì)量氣體的體積是20L時(shí)，壓強(qiáng)為1105Pa。當(dāng)氣體的體積減小到16L時(shí)，壓強(qiáng)為多大？設(shè)氣體的溫度保持不變。,答案： 1.2510 5Pa,如圖所示，汽缸內(nèi)封閉著一定溫度的氣體，氣體長(zhǎng)度為12cm?；钊|(zhì)量為20kg，橫截面積為100cm。已知大氣壓強(qiáng)為1105Pa。 求：汽缸開口向上時(shí)，氣體的長(zhǎng)度。,解：以缸內(nèi)封閉氣體為研

5、究對(duì)象，,初態(tài)：,末態(tài)：,由玻意耳定律 得,由活塞受力平衡得：,如圖所示，汽缸內(nèi)封閉著一定溫度的氣體，氣體長(zhǎng)度為12cm?；钊|(zhì)量為20kg，橫截面積為100cm。已知大氣壓強(qiáng)為1105Pa。 求：汽缸開口向下時(shí)，氣體的長(zhǎng)度。,例題：一定質(zhì)量的氣體由狀態(tài)A變到狀態(tài)B的過程如圖所示，A、B位于同一雙曲線上，則此變化過程中，溫度（ ） A、一直下降 B、先上升后下降 C、先下降后上升 D、一直上升,B,如圖所示， 長(zhǎng)為1m，開口豎直向上的玻璃管內(nèi)，封閉著長(zhǎng)為15cm的水銀柱，封閉氣體的長(zhǎng)度為20cm，已知大氣壓強(qiáng)為75cmHg，求： （1）玻璃管水平放置時(shí)， 管內(nèi)氣體的長(zhǎng)度。 （2）玻璃管開口豎直

6、向下時(shí)， 管內(nèi)氣體的長(zhǎng)度。 （假設(shè)水銀沒有流出）,練習(xí)3,解：(1)以管內(nèi)氣體為研究對(duì)象，管口豎直向上為初態(tài): 設(shè)管橫截面積為S，則 P1=751590cmHg V1=20S 水平放置為末態(tài)，P2=75cmHg 由玻意耳定律P1V1=P2V 2得： V2=P1V1P2=（9020S）75=24S 所以，管內(nèi)氣體長(zhǎng)24cm (2)以管口豎直向上為初態(tài)，管口豎直向下為末態(tài) P2=751560cmHg 由玻意耳定律得：V2= P1V1P230S 所以，管內(nèi)氣體長(zhǎng)30cm 因?yàn)?0cm15cm100cm，所以水銀不會(huì)流出,例4. 某個(gè)容器的容積是10L，所裝氣體的壓強(qiáng)是20105Pa。如果溫度保持不變

7、，把容器的開關(guān)打開以后，容器里剩下的氣體是原來的百分之幾？設(shè)大氣壓是1.0105Pa。,解 設(shè)容器原裝氣體為研究對(duì)象。,初態(tài) p1=20105Pa V1=10L T1=T,末態(tài) p2=1.0105Pa V2=？L T2=T,由玻意耳定律 p1V1=p2V2得,即剩下的氣體為原來的5。,就容器而言，里面氣體質(zhì)量變了，似乎是變質(zhì)量問題了，但若視容器中氣體出而不走，就又是質(zhì)量不變了。,第八章 氣體,8.2 氣體的等容變化和等壓變化,查理定律、蓋呂薩克定律,結(jié)論：一定質(zhì)量的氣體，保持體積不變，當(dāng)溫度升高時(shí)，氣體的壓強(qiáng) 增大；當(dāng)溫度降低時(shí)，氣體的壓強(qiáng)減小。,圖象：,問題：炎熱的夏天，如果將自行車內(nèi)胎充氣

8、過足，停車時(shí)又沒能放在陰涼處，而是放在陽(yáng)光下曝曬，這樣極易爆裂，知道這是為什么嗎？ 答：曝曬過程中內(nèi)胎容積變化甚微，可認(rèn)為容積不變；當(dāng)溫度升高時(shí)導(dǎo)致氣體壓強(qiáng)增大而使車胎爆裂.,氣體的等容變化,一、氣體的等容變化-查理定律,一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的情況下，它的壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比。,2、公式：,判斷哪條等容線表示的是體積大?,V1 V2,體積越大，斜率越??； 體積越小，斜率越大。,1、內(nèi)容：,3、圖象,或,（C是比例常數(shù)）,也可寫成 或,【課堂練習(xí)】,1、密閉在容積不變的容器中的氣體，當(dāng)溫度降低時(shí)： A、壓強(qiáng)減小，密度減??； B、壓強(qiáng)減小，密度增大； C、壓強(qiáng)不變，密度減小； D、壓強(qiáng)減小

9、，密度不變,D,2、下列關(guān)于一定質(zhì)量的氣體的等容變化的說法中正確的是： A、氣體壓強(qiáng)的改變量與攝氏溫度成正比； B、氣體的壓強(qiáng)與攝氏溫度成正比； C、氣體壓強(qiáng)的改變量與熱力學(xué)溫度成正比； D、氣體的壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比。,D,【課堂練習(xí)】,3、如圖所示，為質(zhì)量恒定的某種氣體的PT圖，A、B、C三態(tài)中體積最大的狀態(tài)是： A、A狀態(tài) B、B狀態(tài) C、C狀態(tài) D、條件不足，無法確定,C,【課堂練習(xí)】,二、氣體的等壓變化-蓋.呂薩克定律,一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下其體積V與熱力學(xué)溫度T成正比.,2、公式：,3、圖象,不同壓強(qiáng)下的等壓線， 斜率越大，壓強(qiáng)越小.,1、內(nèi)容：,判斷哪條等壓線表示的

10、是壓強(qiáng)大?,P1 P2,或,C為常量,或,【課堂訓(xùn)練】,1、兩個(gè)氣缸中都充有質(zhì)量相同的氧氣，其中如圖所示 、容器中氧氣的壓強(qiáng)較小 、容器中氧氣的密度較大 、兩容器中氣體的密度相同 、兩容器中氣體的溫度不同,A,第八章 氣體,8.3 理想氣體的狀態(tài)方程,復(fù)習(xí)回顧,【問題1】三大氣體實(shí)驗(yàn)定律內(nèi)容是什么？,公式： pV =C1,2、査理定律：,公式：,1、玻意耳定律：,3、蓋-呂薩克定律：,公式：,【問題2】這些定律的適用范圍是什么？,溫度不太低，壓強(qiáng)不太大.,一.理想氣體,假設(shè)有這樣一種氣體，它在任何溫度和任何壓強(qiáng)下都能嚴(yán)格地遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律,我們把這樣的氣體叫做“理想氣體”。,理想氣體具有那些特

11、點(diǎn)呢？,1、理想氣體是不存在的，是一種理想模型。,2、在溫度不太低,壓強(qiáng)不太大時(shí)實(shí)際氣體都可看成是理想氣體。,一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅由溫度決定 ,與氣體的體積無關(guān).,4、從能量上說：理想氣體的微觀本質(zhì)是忽略了分子力，沒有分子勢(shì)能，理想氣體的內(nèi)能只有分子動(dòng)能。,3、從微觀上說：分子間以及分子和器壁間，除碰撞外無其他作用力，分子本身沒有體積，即它所占據(jù)的空間認(rèn)為都是可以被壓縮的空間。,【問題3】如果某種氣體的三個(gè)狀態(tài)參量（p、V、T）都發(fā)生了變化，它們之間又遵從什么規(guī)律呢？,如圖所示，一定質(zhì)量的某種理想氣體從A到B經(jīng)歷了一個(gè)等溫過程，從B到C經(jīng)歷了一個(gè)等容過程。分別用pA、VA、TA和pB、V

12、B、TB以及pC、VC、TC表示氣體在A、B、C三個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)參量，那么A、C狀態(tài)的狀態(tài)參量間有何關(guān)系呢？,推導(dǎo)過程,從AB為等溫變化：由玻意耳定律,pAVA=pBVB,從BC為等容變化：由查理定律,又TA=TB VB=VC,解得：,二、理想氣體的狀態(tài)方程,1、內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種理想氣體在從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)時(shí)，盡管p、V、T都可能改變，但是壓強(qiáng)跟體積的乘積與熱力學(xué)溫度的比值保持不變。,2、公式：,或,3、使用條件:,一定質(zhì)量的某種理想氣體.,4、氣體密度式：,一定質(zhì)量的理想氣體，由初狀態(tài)（p1、V1、T1）變化到末狀態(tài)（p2、V2、T2）時(shí)，兩個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)參量之間的關(guān)系為：,方程具有

13、普遍性,第八章 氣體,8.4 氣體熱現(xiàn)象的微觀意義,一.氣體分子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),1.氣體分子除了相互碰撞或與器壁碰撞外，不受力而做勻速直線運(yùn)動(dòng),2.某一時(shí)刻，向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的氣體分子數(shù)目都相等,3.氣體分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，速率有大小，卻按一定規(guī)律分布,氣體分子速率的分布規(guī)律,中間多，兩頭少,對(duì)個(gè)別分子而言，未必溫度越高速率越大,溫度越高，占大比例的分子的速率（區(qū)間）越大，說明分子運(yùn)動(dòng)越劇烈,大量氣體分子的速率是按一定規(guī)律分布，呈“中間多，兩頭少”的分布規(guī)律，且這個(gè)分布狀態(tài)與溫度有關(guān)，溫度升高時(shí)，平均速率會(huì)增大。,盡管大量分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，速率有大有小，但分子的速率卻按一定的規(guī)律分布。,二.氣體壓強(qiáng)的

14、微觀意義,2.影響氣體壓強(qiáng)的兩個(gè)因素:,氣體分子的平均動(dòng)能,氣體分子的密集程度,-溫度,-體積,1產(chǎn)生原因 是大量分子頻繁地碰撞器壁，就對(duì)器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓力所以從分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)看來，氣體的壓強(qiáng)就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力,微觀因素,宏觀因素,三、對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋,玻意爾定律,m一定,T一定,V變小,n：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子數(shù),查理定律,m一定,V一定,T升高,三、對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋,蓋-呂薩克定律,m一定,V變大,T升高,三、對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋,1.確定研究對(duì)象被封閉的氣體(滿足質(zhì)量不變的條件)；,2.寫出氣體狀態(tài)的初態(tài)和末態(tài)狀態(tài)參量(p1，V1，T1

15、)和 ( p2，V2，T2)數(shù)字或表達(dá)式；,3.根據(jù)氣體狀態(tài)變化過程的特點(diǎn)，列出相應(yīng)的氣體公式(本節(jié)課中就是玻意耳定律公式)；,4.將2種各量代入氣體公式中，求解未知量；,5.對(duì)結(jié)果的物理意義進(jìn)行討論,用氣體定律解題的步驟,類型,1.液體密封氣體,2.容器密封氣體,3.氣缸密封氣體,氣體壓強(qiáng)計(jì)算:,思路方法步驟,1.定對(duì)象,2.分析力,3.用規(guī)律,整體,部分,缸體,活塞,密封氣體,靜態(tài)F外=0,動(dòng)態(tài)F外=ma,1 .計(jì)算的主要依據(jù)是液體靜止力學(xué)知識(shí)。 液面下h深處的壓強(qiáng)為p= gh。 液面與外界大氣相接觸。則液面下h處的壓強(qiáng)為 p= p0+ gh 帕斯卡定律：加在密閉靜止液體（或氣體）上的壓強(qiáng)

16、能夠大小不變地由液體（或氣體）向各個(gè)方向傳遞（注意：適用于密閉靜止的液體或氣體） 連通器原理：在連通器中，同一種液體（中間液體不間斷）的同一水平面上的壓強(qiáng)是相等的。,氣體壓強(qiáng)的計(jì)算方法（一）參考液片法,2.計(jì)算的方法步驟,選取假想的一個(gè)液體薄片（其自重不計(jì)）為研究對(duì)象 分析液體兩側(cè)受力情況，建立力的平衡方程，消去橫截面積，得到液片兩面?zhèn)鹊膲簭?qiáng)平衡方程 解方程，求得氣體壓強(qiáng),靜止,1,2,3,4,已知大氣壓P0，水銀柱長(zhǎng)均為h,氣體壓強(qiáng)的計(jì)算方法（二）平衡條件法,求用固體（如活塞等）封閉在靜止容器內(nèi)的氣體壓強(qiáng)，應(yīng)對(duì)固體（如活塞等）進(jìn)行受力分析。然后根據(jù)平衡條件求解。,已知大氣壓P0，水銀柱長(zhǎng)均為

17、h,氣體壓強(qiáng)的計(jì)算方法（三）運(yùn)用牛頓定律計(jì)算氣體的壓強(qiáng),當(dāng)封閉氣體的所在的系統(tǒng)處于力學(xué)非平衡狀態(tài)時(shí)，欲求封閉氣體壓強(qiáng)，首先要選擇 恰當(dāng)?shù)膶?duì)象（如與氣體相關(guān)的液體、活塞等）并對(duì)其進(jìn)行正確的受力分析（特別注意分析內(nèi)外的壓力）然后應(yīng)用牛頓第二定律列方程求解。,不計(jì)一切摩擦,已知大氣壓P0，水銀柱長(zhǎng)均為h,例1. 將一端封閉的均勻直玻璃管開口向下，豎直插入水銀中，當(dāng)管頂距槽中水銀面8cm時(shí)，管內(nèi)水銀面比管外水銀面低2cm要使管內(nèi)水銀面比管外水銀面高2cm，應(yīng)將玻璃管豎直向上提起多少厘米？已知大氣壓強(qiáng)p0支持76cmHg，設(shè)溫度不變,分析：均勻直玻璃管、U形玻璃管、汽缸活塞中封閉氣體的等溫過程是三種基本

18、物理模型，所以在做題時(shí)必須掌握解題方法在確定初始條件時(shí)，無論是壓強(qiáng)還是體積的計(jì)算，都離不開幾何關(guān)系的分析，那么，畫好始末狀態(tài)的圖形，對(duì)解題便會(huì)有很大用本題主要目的就是怎樣去畫始末狀態(tài)的圖形以找到幾何關(guān)系，來確定狀態(tài)參量,解：根據(jù)題意，由圖知,P1=P0+2cmHg=78cmHg V1=(8+2)S=10S，,p2=p0-2cmHg=74cmHg， V2=(8+x)-2S=(6+x)S,根據(jù)玻意耳定律：P1V1=P2V2 代入數(shù)據(jù)解得玻璃管提升高度：x=4.54cm,例2. 均勻U形玻璃管豎直放置，用水銀將一些空氣封在A管內(nèi)，當(dāng)A、B兩管水銀面相平時(shí)，大氣壓強(qiáng)支持72cmHgA管內(nèi)空氣柱長(zhǎng)度為10cm，現(xiàn)往B管中注入水銀，當(dāng)兩管水銀面高度差為18 cm時(shí)，A管中空氣柱長(zhǎng)度是多少？注入水銀柱長(zhǎng)度是多少？,分析：如圖所示，由于水銀是不可壓縮的，所以A管水銀面上升高度x時(shí)，B管原水銀面下降同樣高度