1、学案 7 气体实验定律() 学习目标定位1.探究气体等温变化的规律，了解玻意耳定律的内容、表达式及适用条件. 2.会运用玻意耳定律解决实际问题.3.理解等温变化的 p V 图象 1气体的三个状态参量是指温度、压强、体积 2同时研究三个状态参量之间的变化关系比较困难时，可以采用控制变量法 一、气体等温变化的实验规律 1状态参量：研究气体的性质时，常用一定质量的气体的压强、体积、温度来描述气体的 状态 2实验探究 实验器材 铁架台、注射器、气压计等 研究对象 (系统) 注射器内被封闭的空气柱 数据收集 压强由气压计读出，空气柱体积(长度)由刻度尺读出 数据处理 以压强 p 为纵坐标，以体积的倒数为
2、横坐标作出 p 图象1V 图象结果 p 图象是一条过原点的直线1V 实验结论 压强跟体积的倒数成正比，即压强与体积成反比 二、玻意耳定律 1内容：一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强和体积成反比(填“正比”或“反 比”) 2公式： p 或 p1V1 p2V2. 1V 3条件：气体的质量一定，温度不变 三、气体等温变化的 pV 图象 1.等温图象 (1)为了直观地描述一定质量的气体压强 p 跟体积 V 的关系，通常是用 pV 坐标系，如图 1 所示 图 1 (2)图线的形状为双曲线，由于它描述的是温度不变时 p 和 V 的关系，因此它也称为等温 线 (3)一定质量的气体，不同温度下的等温线是
3、不同的 2气体的状态：等温线上的某一个点表示气体处于某一状态，这个点的坐标( p， V)表示气 体在该状态下的状态参量 一、玻意耳定律 要点提炼 1成立条件 玻意耳定律 p1V1 p2V2是实验定律只有在气体质量一定、温度不变的条件下才成立 2常量的意义 p1V1 p2V2常量 C 该常量 C 与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该常量 C 越大 (填“大”或“小”) 3利用玻意耳定律解题的基本思路 (1)明确研究对象，根据题意确定所研究的是哪部分封闭气体，注意其质量和温度应不变 (2)明确状态参量，找准所研究气体初、末状态的 p、 V 值 (3)根据玻意耳定律列方程求解
4、 注意：用 p1V1 p2V2解题时只要同一物理量使用同一单位即可，不必(填“一定”或“不必” )转化成国际单位制中的单位 延伸思考 打气筒打气过程中，容器中气体的质量发生了变化，玻意耳定律还成立吗？ 答案 分析时可以巧妙地选择研究对象，一般选择把容器内原有气体和即将打入的气体看 成一个整体作为研究对象，就可以把充气过程的气体变质量问题转化为定质量问题 二、气体等温变化的图象 问题设计 由玻意耳定律可知，一定质量的气体在温度保持不变时，压强和体积的关系为 p ，由数 1V 学知识知 p V 图象是什么曲线？ 答案 p V 图象是双曲线中的一支 要点提炼 1 p V 图象：一定质量的气体，其 p
5、 V 图象(等温线)是双曲线的一支，曲线上的每一个 点均表示气体在该温度下的一个状态，曲线上的一段表示等温变化的一个过程而且同一 条等温线上每个点对应的 p、 V 坐标的乘积是相等的一定质量的气体在不同温度下的等温 线是不同的双曲线，且 pV 乘积越大，温度就越高，图 2 中 T2 T1. 图 2 2.p 图象：一定质量气体的等温变化过程，也可以用 p 图象来表示，如图 3 所示等 1V 1V 温线是通过原点的倾斜直线，由于气体的体积不能无穷大，所以靠近原点附近处等温线应 用虚线表示，该直线的斜率 k pV，故斜率越大，温度越高，图中 T2 T1. 图 3 延伸思考 在 p 图象中，图线是一条
6、过原点的直线，图线在原点及原点附近表示的气 1V 体的体积和压强有实际意义吗？ 答案 原点表示气体的体积无穷大，气体的压强为零，所以图线在原点及原点附近没有实 际意义，故画 p 图象时，图线在原点及原点附近要画成虚线 1V 一、玻意耳定律的应用 例 1 如图 4 所示，一粗细均匀、导热良好、装有适量水银的 U 形管竖直放置，右端与大 气相通，左端封闭长 l120cm 气柱，两管中水银面等高现将右端与一低压舱(未画出)接 通，稳定后右管水银面高出左管水银面 h10cm.环境温度不变，大气压强 p075cmHg，求 稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位) 图 4 解析 设 U 形管横截面积为
7、 S，则初始状态左端封闭气柱体积可记为 V1 l1S，由两管中水 银面等高，可知初始状态其压强为 p0.当右管水银面高出左管 10cm 时，左管水银面下降 5cm，气柱长度增加 5cm，此时气柱体积可记为 V2( l15cm) S，右管低压舱内的压强记为 p，则左管气柱压强 p2 p10cmHg，根据玻意耳定律得： p0V1 p2V2 即 p0l1S( p10cmHg)( l15cm) S 代入数据，解得： p50cmHg. 答案 50cmHg 例 2 (双选)如图 5 为某同学设计的喷水装置，内部装有 2L 水，上部密封 1atm 的空气 0.5L，保持阀门关闭，再充入 1atm 的空气 0
8、.1L，设在所有过程中空气可看作理想气体， 且温度不变，下列说法正确的有( ) 图 5 A充气后，密封气体压强增加 B充气后，密封气体的分子平均动能增加 C打开阀门后，密封气体对外界做正功 D打开阀门后，不再充气也能把水喷光 答案 AC 解析 充气后气体的体积没有变化，但是单位体积内含有的分子增多，温度没有变化，但 压强会增大，选项 A 正确；由于温度是系统分子平均动能的量度，所以温度不变，分子平 均动能也不变，选项 B 错误；打开阀门后，气体将推动水流出，气体的体积膨胀，对外做 功，选项 C 正确；随水流出，内部气体体积增大，若水全部流出，根据玻意 耳定律 p1V1 p2V2，得 p2 at
9、m0.24atm，小于外部气压，故水不会全部 p1V1V2 10.62.5 流出，选项 D 错误 二、气体等温变化的图象 例 3 (单选)如图 6 所示，是一定质量的某种气体状态变化的 p V 图象，气体由状态 A 变 化到状态 B 的过程中，气体分子平均速率的变化情况是( ) 图 6 A一直保持不变 B一直增大 C先减小后增大 D先增大后减小 解析 由题图可知， pAVA pBVB，所以 A、 B 两状态的温度相等，在同一等温线上由于离 原点越远的等温线温度越高，如图所示，所以从状态 A 到状态 B，气体温度应先升高后降 低，分子平均速率先增大后减小 答案 D 针对训练 (单选)如图 7 所
10、示，一定质量的气体经历由状态 A 到状态 B 再到状态 C 的过程， A、 C 两点在同一条双曲线上，则此变化过程中( ) 图 7 A从 A 到 B 的过程温度降低 B从 B 到 C 的过程温度升高 C从 A 到 C 的过程温度先升高再降低 D从 A 到 C 的过程温度先降低再升高 答案 C 解析 A、 C 两点在同一条双曲线上，故 TA TC；可作出过 B 点的等温线与过 A、 C 两点的 等温线进行比较，得 B 点温度高；故从 A 到 B 到 C 过程温度先升高后降低，C 项正确 气体实验定律 Error! 1(玻意耳定律)(单选)如图 8 所示，两端开口的均匀玻璃管竖直插入水银槽中，管中
11、有一 段用水银柱 h1封闭的一定质量的气体，这时管下端开口处内、外水银面高度差为 h2，若保 持环境温度不变，当外界压强增大时，下列分析正确的是( ) 图 8 A h2变长 B h2变短 C h1上升 D h1下降 答案 D 解析 被封闭气体的压强 p p0 ph1 p0 ph2，故 h1 h2.随着大气压强的增大，被封闭气 体压强也增大，由玻意耳定律知气体的体积减小，气柱长度变短，但 h1、 h2长度不变，故 h1下降，D 项正确 2(玻意耳定律)(单选)空气压缩机的储气罐中储有 1.0atm 的空气 6.0L，现再充入 1.0atm 的空气 9.0L设充气过程为等温过程，则充气后储气罐中气
12、体压强为( ) A2.5atmB2.0atm C1.5atmD1.0atm 答案 A 解析 初状态： p11.0atm， V1(6.09.0) L15.0L 末状态： p2， V26.0L 根据玻意耳定律 p1V1 p2V2得 p2 ，代入数据得 p22.5atm，故 A 项正确，B、C、D p1V1V2 项均错 3(等温线)(单选)如图 9 所示， D A B C 表示一定质量的某种气体状态变化的一个过 程，则下列说法正确的是( ) 图 9 A D A 是一个等温过程 B A B 是一个等温过程 C A 与 B 的状态参量相同 D B C 体积减小，压强减小，温度不变 答案 A 解析 D A
13、 是一个等温过程，A 对； A、 B 两状态温度不 同， A B 的过程中 不变，则体积 V 不变，此过程中气体的压强、温度会发生变化，B、C 1V 错； B C 是一个等温过程， V 增大， p 减小，D 错 4(玻意耳定律)如图 10 所示，喷雾器内有 10L 水，上部封闭有 1atm 的空气 2L关闭喷 雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入 1atm 的空气 3L(设外界环境温度一定，空气可看做理 想气体)当水面上方气体温度与外界温度相等时，求气体压强 图 10 答案 2.5atm 解析 设气体初态压强为 p1，体积为 V1；末态压强为 p2，体积为 V2，由玻意耳定律得 p1V1 p2V2 而 p11atm V12L3L5L， V22L 代入式得， p22.5atm.
