2020高中物理必备知识点 气体的等温变化相关
《气体的等温变化》 讲义
《气体的等温变化》讲义一、引入在我们的日常生活中，气体无处不在。
从我们呼吸的空气到充满气球的氦气，气体的性质和变化对我们的生活和科学研究都有着重要的影响。
今天，我们要探讨的是气体的一种重要变化——等温变化。
二、气体的状态参量在研究气体的变化之前，我们先来了解一下描述气体状态的几个参量。
1、压强（p）气体对容器壁的压力与容器壁的面积之比，就叫做气体的压强。
单位通常是帕斯卡（Pa）。
比如，轮胎内气体的压强决定了轮胎的承载能力和行驶性能。
2、体积（V）气体所占据的空间大小就是体积。
单位常见的有立方米（m³）、升（L）等。
一个气球膨胀时，其内部气体的体积就增大了。
3、温度（T）温度是表示物体冷热程度的物理量，对于气体来说，温度反映了气体分子热运动的剧烈程度。
常用的温度单位是开尔文（K）和摄氏度（℃）。
这三个参量可以完整地描述一定质量气体的状态。
三、等温变化的定义当一定质量的气体，在温度不变的情况下，发生的状态变化，我们就称之为气体的等温变化。
想象一下，把一个密封的气球放在恒温的环境中，然后改变气球的体积，这时候气球内气体的变化就是等温变化。
四、玻意耳定律在气体的等温变化中，有一个非常重要的定律——玻意耳定律。
玻意耳定律指出：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。
其数学表达式为：pV ＝ C（常量）。
为了更好地理解这个定律，我们来看几个例子。
假设我们有一个注射器，里面封闭着一定质量的气体。
当我们缓慢地推动注射器的活塞，使气体的体积减小，这时气体的压强就会增大。
反之，如果我们向外拉活塞，增大气体的体积，气体的压强就会减小。
再比如，一个充满气体的汽缸，当我们压缩汽缸的体积时，气体的压强会急剧上升。
五、玻意耳定律的实验验证为了验证玻意耳定律，我们可以进行以下实验。
实验器材：注射器、压强传感器、数据采集器、计算机等。
实验步骤：1、将压强传感器与注射器连接好，并将数据采集器与计算机连接。
物理81气体的等温变化
03
等温变化的公式和定律
波意尔定律
总结词
描述气体压力与体积之间的关系
详细描述
波意尔定律指出，在等温条件下，气体的压力与体积成反比关系，即当气体的 体积增大时，其压力减小，反之亦然。
查理定律
总结词
描述气体温度与体积之间的关系
详细描述
查理定律指出，在等压条件下，气体的温度与体积成正比关系，即当气体的温度升高时，其体积增大，反之亦然。
盖吕萨克定律
总结词
描述气体压力与温度之间的关系
详细描述
盖吕萨克定律指出，在等容条件下，气体的压力与温度成正比关系，即当气体的温度升高时，其压力 增大，反之亦然。
04
等温变化的实验验证
实验设备与材料
实验器材
压力计、温度计、气瓶、恒温水槽、 气体混合器。
实验材料
不同种类的气体（如氢气、氧气、氮 气等）。
等温过程与其他物理过程的耦合
等温过程常常与等压、等容过 程相互耦合，需要综合考虑多 种物理因素对气体状态的影响。
ห้องสมุดไป่ตู้
等温过程中，气体分子之间的 碰撞和相互作用也会影响气体 的状态和性质。
在实际应用中，等温过程往往 伴随着化学反应或相变过程， 需要深入研究其动力学和热力 学特性。
新技术与新方法的探索
随着实验技术和测量技术的发展，新的实验手段和测量方法不断涌现，为研究气体 的等温变化提供了更多可能性。
物理81气体的等温 变化
目录
• 引言 • 等温变化的基本概念 • 等温变化的公式和定律 • 等温变化的实验验证 • 等温变化的实例应用 • 等温变化的挑战与未来发展
01
引言
主题简介
主题定义
等温变化是指气体在恒定温度下 发生的物理变化，主要涉及到气 体的压力、体积和温度之间的关 系。
气体的等温变化汇总
分析：均匀直玻璃管、 U形玻璃管、汽缸活塞中封 闭气体旳等温过程是三种基 本物理模型，所以在做题时 必须掌握解题措施。在拟定 初始条件时，不论是压强还 是体积旳计算，都离不开几何关系旳分析，那 么，画好始末状态旳图形，对解题便会有很大 用。本题主要目旳就是怎样去画始末状态旳图 形以找到几何关系，来拟定状态参量。
气体旳等温变化
1.等温变化： 气体在温度不变旳状态下，发生旳
变化叫做等温变化。 2.试验研究
p/105 Pa 3
试2 验
1
0
1
2
3
4
V
p/105 Pa 3
试2 验
1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1/V
试验结论
在温度不变时，压强p和体积V成反比。
玻意耳定律
1、文字表述：一定质量某种气体，在温度 不变旳情况下，压强p与体积V成反比。
气体压强旳计算措施（三）——利用牛顿定律 计算气体旳压强
当封闭气体旳所在旳系统处于力学非平衡状态 时，欲求封闭气体压强，首先要选择 恰当旳对象（如 与气体有关旳液体、活塞等）并对其进行正确旳受力 分析（尤其注意分析内外旳压力）然后应用牛顿第二 定律列方程求解。
自由下滑
8
Mm
F
S
9
气体压强旳计算措施（三）——利用牛顿定律 计算气体旳压强
气体压强旳计算措施（一）——参照液片法
1.计算旳主要根据是液体静止力学知识。 ①液面下h深处旳压强为p=ρgh。 ②液面与外界大气相接触。则液面下h处旳压强为
p=p0+ρgh
气体压强旳计算措施（一）——参照液片法
1.计算旳主要根据是液体静止力学知识。 ①液面下h深处旳压强为p=ρgh。 ②液面与外界大气相接触。则液面下h处旳压强为
2020版高中物理 第八章 气体 2 气体的等容变化和等压变化课件 新人教版选修3-3
课堂探究 突破要点
要点一 气体的等容变化及查理定律 [探究导学] (1)简述查理定律的内容.
答案:一定质量的某种气体,在体积不变的情况下,压强 p 与热力学温度 T 成 正比.即 p∝T. 写成等式就是 p=CT 或 p =C,其中 C 是比例常数.
T
11
(2)一定质量的气体在等容过程中,气体的压强p与摄氏温度t是不是正比例 关系? 答案:如图所示,在等容过程中,气体的压强p与摄氏温度t是一次函数关 系,但不是正比例关系.
答案:无论是p-T图象还是p-t图象,都是等容线的斜率越大,体积越小, 因此V1>V2.
14
[要点归纳]
1.查理定律的适用条件 压强不太大,温度不太低的情况.当温度较低,压强较大时,气体会液化,定律 不再适用.
2.公式变形式
由 p1 = p1 p 得 p1 = p 或Δp= T p1,ΔT= p T1.
2.公式变形式
由 V1 = V1 V 得 V1 = V ,所以ΔV= T V1,ΔT= V T1.
T1 T1 T T1 T
T1
V1
30
3.V-T图象和V-t图象 (1)V-T图象:一定质量的某种气体,在等压变化过程中,气体的体积V随热 力学温度T变化的图线是延长线过原点的倾斜直线,如图(甲)所示,且 p1<p2,即压强越大,斜率越小.
p1 = p2 T1 T2
p2= T2 ×p1= 400 ×1.0×105 Pa≈1.33×105 Pa.
T1
300
19
(2)塞子塞紧后,选瓶中剩余气体为研究对象 初态:p1′=1.0×105 Pa,T1′=400 K 末态:p2′=?,T2′=300 K 由查理定律可得
p2′= T2 ×p1′= 300 ×1.0×105 Pa=0.75×105 Pa.
高考物理选修3-3气体方程知识点
气体编辑：李鸿书一、气体的等温变化1、等温变化(1)状态参量:气体的状态由状态参量决定，对一定质量的气体来说，当三个状态参量都不变时，我们就说气体的状态一定，否则气体的状态就发生了变化.对于一定质量的气体，压强、温度体积三个状态参量中只有一个量变而其他量不变是不可能的，至少其中有两个量变或三个量都发生变化.(2)等温变化:一定质量的气体，在温度不变时发生的状态变化过程，叫做气体的等温变化2.玻意耳定律(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,即pV=常量，或p ₁V ₁ =p ₂V ₂.其中P ₁、V ₁和P ₂、V ₂分别表示气体在1、2两个不同状态下的压强和体积.(2)研究对象:一定质量的气体，且这一部分气体保持温度不变.(3)适用条件:①压强不太大(与大气压相比)，温度不太低(与室温相比).②被研究的气体质量不变，温度不变。
(4)数学表达式:1221p p V V =,p ₁V ₁ =p ₂V ₂，或pV=C(常量). [注意]①玻意耳定律p ₁V ₁ =p ₂V ₂是个实验定律，阐述的是在温度不变的情况下，一定质量的气体的变化规律，其中P ₁、V ₁和P ₂、V ₂分别表示气体在1、2两个不同状态下的压强和体积②此定律中的常量C 不是一个普适常量，它与气体所处的温度高低有关，温度越高，常量C 越大，③由于经常使用p ₁V ₁ =p ₂V ₂1221p p V V =这两种形式，故对单位要求使用统一单位即可. 3. 气体等温变化的P-v 图像(1) p-V 图象.一定质量的气体发生等温变化时的p-V 图象如右图所示,(2) 图象为双曲线的一支.说明:①平滑的曲线是双曲线的一段，反映了在等温情况下，一定质量的气体的压强与体积成反比的规律.②图象上的点，代表的是一定质量气体的一个状态.③这条曲线表示了一定质量的气体由一个状态过渡到另一个状态的过程，这个过程是一个等温过程，因此该曲线也叫等温线. (2)p-V1图象.一定质量的气体的图象如右图所示, 图线为延长线过原点的倾斜直线。
高中物理复习 等温变化
V1六、液柱移动问题的解法当被封闭气体的状态发生变化时，将引起与之关联的液柱、活塞发生移动．如何移动可以通过假设推理法来解决．1．假设推理法：求液柱移动问题时，根据题设条件，假设液柱稍微移动或不动，根据题目条件判断体积或压强变化情况，根据玻意耳定律进行严谨的推理，得出正确答案．2．极限法：求液柱移动问题时，将体积变化推向极限情况，进而分析压强变化情况，根据玻意耳定律得出正确答案．．氧气瓶在储存过程中，由于密封不严出现缓慢漏气，其瓶内氧气的压强和体积变化如图中A到B所示，则瓶内氧．先升高后降低D．不变．各种卡通形状的氢气球，受到孩子们的喜欢，特别是年幼的小孩，小孩一不小心松手，氢气球就会飞向天空，上升．球外空气压强减小D．以上说法均不正确10－6m2，限压阀重为0.7 N．使用该压力锅对水消毒，根据下列水的沸点与气压关系的表格，分析可知压力锅内的最高水1.912.01 2.12 2.21120 122 124 1267．在“探究气体等温变化的规律”实验中，封闭的空气如图所示，U型管粗细均匀，右端开口，已知外界大气压为76 cm汞柱，图中给出了气体的两个不同的状态．(1)实验时甲图气体的压强为________cmHg；乙图气体压强为________cmHg.(2)实验时某同学认为管子的横截面积S可不用测量，这一观点正确吗？答：__________________________________(选填“正确”或“错误”)．(3)数据测量完后在用图象法处理数据时，某同学以压强p为纵坐标，以体积V(或空气柱长度)为横坐标作图，你认为他这样做能方便地看出p与V间的关系吗？答：________________________________________________________________________8．一个足球的容积V0＝2.6×10－3m3，原装满1.0×105Pa的空气．现用打气筒给这个足球打气，每次可把V＝1.0×10－4m3、压强为1.0×105Pa的空气打入球内，要使足球内部的压强增为2.0×105Pa，应打气多少次？(设足球的容积和空气温度在打气过程中不变)9．一根竖直静止放置的两端封闭的细玻璃管，管内封闭着的空气被一段水银柱分为上下两部分，如图所示，当它在竖直方向运动时，发现水银柱相对玻璃管向上移动(温度不变)，以下说法正确的是() A．玻璃管做匀速运动B．玻璃管向下加速运动C．玻璃管向下减速运动D．玻璃管向上加速运动10.一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的气缸内，活塞相对于底部的高度为h，可沿气缸无摩擦地滑动．如图所示，取一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上．沙子倒完时，活塞下降了h/4.再取相同质量的一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上．外界大气的压强和温度始终保持不变，求此次沙子倒完时活塞距气缸底部的高度．3．(多选)如图所示，p表示压强，V表示体积，T为热力学温度，正确描述一定质量的气体发生等温变化的是()1【答案】ABC“等温”．【答案】D毒，根据下列水的沸点与气压关系的表格，分析可知压力锅内的最高水温约为(大气压强为1.01×10Pa)()为76 cm汞柱，图中给出了气体的两个不同的状态．(1)实验时甲图气体的压强为________cmHg；乙图气体压强为________cmHg.9.如图为一种减震垫，上面布满了圆柱状薄膜气泡，每个气泡内充满体积为V，压强为p的气体，当平板状物品能力提升1．如图所示，活塞的质量为m，缸套的质量为M，通过弹簧吊在天花板上，气缸内封有一定质量的气体，缸套和活塞间无摩擦，活塞面积为S，则(大气压强为p0)()mg分别为S1和S2，则()A．S>S B．S＝S3．如图所示，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()【答案】A4．一根竖直静止放置的两端封闭的细玻璃管，管内封闭着的空气被一段水银柱分为上下两部分，如图所示，当它5．用注射器探究气体等温变化规律的实验，如图所示．(1)若测得注射器的全部刻度长为L，由________直接读出其容积为V，用________测得注射器的活塞和框架的总如图甲、乙、丙，则甲可能产生的原因是________；乙可能产生的原因是________；丙可能产生的原因是________．6.一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的气缸内，活塞相对于底部的高度为h，可沿气缸无摩擦地滑动．如图。
8.1 气体的等温变化-2019-2020学年高二物理课件+素材精选(人教版选修3-3)
C．1m D．1.5m
知识与技能 过程与方法
一种控方制通法变过：量本法 节通课到过分 会猜析 实的哪想验学些探总设究习？结计情的程，你实过感体中验程都态在培，体度养探与合究会价的作值精过观
一个规律： 玻意耳定律
掌握实验探究神的和方严谨认真的
法
科学态度。
热力学温度T ：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）
引
问题
入
一定质量的气体，它的温度、体
积和压强三个量之间变化是相互对应 的。我们如何确定三个量之间的关系 呢？
p
p0
h
p=p0-h
h
B
A
p=p0+h
h
C
D
p=p0-h
探究方法： 控制变量法
课堂练习
7．装有水银的、两端封闭的U形管，竖直放置 时，两侧的水银面一样高。将U形管在所在的 竖直平面内向右倾斜时，两侧液面是 BD
A. 假使液面上方充有空气，一样高 B. 假使液面上方充有空气，左侧高 C. 假使液面上方充有空气，右侧高 D. 假使液面上方是真空的，一样高
课堂思考
4．图为一注水的玻璃装置，玻璃管D、E上端与大 气相通，利用玻璃管C使A、B两球上部相通，D、 C、E 三处与两球接口处紧密封接。当A、B、D 的水面高度差如图所示时，E管内水面相对B中 水面的高度差h应等于 D
1、气体的等温变化
知识回忆
1、描述气体的状态参量有哪些？
温度（ T ）、体积（ V ）和压强（ p ）
2、如何确定气体的状态参量呢？
温度（ T ）----------温度计 体积（ V ）----------容器的容积 压强（ p ）-----------气压计
高中物理选修--气体的等温变化
图为同一气体在 不同温度下的四次等 温变化的等温线，请 判断四个温度的高低？
pV C
不同温度下的 几条等温线 : 对于 一定质量的气体， 温度越高，表达式 中的恒量C越大.
一定质量理想气体在等温条件下 由体积V1膨胀至体积V2，图中红色的 面积的物理意义是什么？
气体对外做的功
如果反过来 压缩过程呢
试管静止在斜面上，
求被封闭气体的压强，管 中灌有10cm长的水银柱， 大气压强P0＝76cmHg
比较下列图中气体压强的大小关系 帕斯卡原理
图中两个气缸的质量均为M，内部横截面积为 S，两个活塞的质量均为m，左边的气缸静止在水 平面上，右边的活塞和气缸竖直悬挂在天花板下。
两个气缸内分别封闭有一定质量的空气A、B，大 气压为p0，求封闭气体A、B的压强各多大？（不 计活塞与气缸间摩擦）
气体的等温变化
——波义耳定律 （波义耳—马略特定律）
夏天，自行车、汽车的车胎的气 为什么不能打的很足？
用什么方法可以使凹进的乒乓 球恢复原状？
气体的压强、体积、温度之间 存在关系，是什么样的关系呢？
一、气体的状态参量
物理学中常用温度、体积、压强这三 个物理量来描述气体的状态,称为气体的 状态参量.
气体压强单位还有“标准大气压”,符号是 atm,及“毫米汞柱”,符号是mmHg.
1Pa=1N/m2
求气体压强的方法
（1）静力学法： 选取与气体接触的物体（如活塞、气缸、液柱、
小液片等）为研究对象，进行受力分析，建立平衡 方程，求出气体压强。
大气压强为 76cmHg，求被 封闭气体压强。
大气压强为 76cmHg，求被 封闭气体压强。
气体的等温变化
气体在温度不变的情况下发生的状态变 化过程，叫做等温过程﹙等温变化﹚.
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第一节 气体的等温变化
教学目标：
（一）知识与技能
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和公式；知道定律的适
用条件。
3、理解气体等温变化的 p-V 图象的物理意义；
4、会用分子动理论对玻意耳定律的定性解释；
5、会用玻意耳定律计算有关的问题。
（二）过程与方法
通过对演示实验的研究，培养学生的观察、分析能力和从实验得出物理规律的
能力。
（三）情感态度价值观
通过本节的学习，培养热爱科学、尊重知识的良好品德。
教学重点：
通过实验使学生知道并掌握一定质量的气体在等温变化时压强与体积的关系，
理解 p-V 图象的物理意义，知道玻意耳定律的适用条件。
教学难点：
“状态”和“过程”区分。
教学方法：实验法、观察法、讨论法
教学用具：
1、定性演示一定质量的气体在温度保持不变时压强与体积的关系
橡皮膜（或气球皮）、直径为5cm左右两端开口的透明塑料筒（长约25cm左右）、
与筒径匹配的自制活塞、20cm×6cm薄木板一块，组装如图。
2、较精确地演示一定质量的气体在温度保持不变时压强与体积的关系实验，仪
器如图所示。或使用玻意耳定律演示器。
教学过程：
（一）引入新课
对照牛顿第二定律的研究过程先m一定，a∝F；再F一定，a∝
现在我们利用这种控制条件的研究方法，研究气体状态参量之间的关系。
（二）新课教学
1、一定质量的气体保持温度不变，压强与体积的关系
实验前，请同学们思考以下问题：
①怎样保证气体的质量是一定的？
②怎样保证气体的温度是一定的？
（密封好；缓慢移活塞，筒不与手接触。）
2、较精确的研究一定质量的气体温度保持不变，压强与体积的关系
（1）介绍实验装置
观察实验装置，并回答：
①研究哪部分气体？
② A管中气体体积怎样表示？（L·S）
③ 阀门a打开时，A管中气体压强多大？阀门a闭合时A管中气体压强多大？
（p0）
④欲使A管中气体体积减小，压强增大，B管应怎样操作？写出A管中气体压
强的表达式（p=p0+h）。
⑤ 欲使A管中气体体积增大，压强减小，B管应怎样操作？写出A管中气体压
强的表达式（p=p0-h）。
⑥ 实验过程中的恒温是什么温度？为保证A管中气体的温度恒定，在操作B
管时应注意什么？（缓慢）
（2）实验数据采集
压强单位：mmHg；体积表示：倍率法
环境温度：室温
大气压强：p0= mmHg
① A管中气体体积减小时(基准体积为V)
顺序 1 2 3 4 5
体积 V … …
压强
② A管中气体体积增大时(基准体积为V′)
顺序 1 2 3 4 5
体积 V′ 2V′ 3V′ … …
压强
（3）实验结论
实验数据表明：
一定质量的气体，在温度不变的条件下，体积缩小到原来的几分之一，它的压
强就增大到原来的几倍；
一定质量的气体，在温度不变的条件下，体积增大到原来的几倍，它的压强就
减小为原来的几分之一。
改用其他气体做这个实验，结果相同。
3、玻意耳定律
（1）定律内容表述之一
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。设初态体积
为V1，压强为p1；末态体积为V2，压强为p2。有
或 p1V1=p2V2
（2）定律内容表述之二
一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积的乘积是不变的。数
学表达式：pV=恒量
4、气体等温变化的P-V图象
纵轴代表气体的压强；
横轴代表气体的体积；
选取恰当的分度和单位。
请学生讨论一下图线该是什么形状，并尝试把它画出来。（等温线）
5、关于玻意耳定律的讨论
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？
引导学生作出一定质量的气体，在不同温度下的几条等温线，比较后由学生得
出结论：恒量随温度升高而增大。
③下面的数据说明什么？
一定质量的氦气
压强 1atm 500atm 1000 atm
实测体积 1m3 1.36/500m3 2.0685/1000m3
计算体积 1m3 1/500m3 1/1 000m3
玻意耳定律的适用条件：压强不太大（和大气压比较）、温度不太低（和室温比
较）的任何气体。
④ 你能推导出用密度形式表达的玻意耳定律吗？
⑤ 你能用分子动理论对玻意耳定律作出解释吗？
6、典例探究
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。
解： 设容器原装气体为研究对象。
初态 p1=20×105Pa
V1=10L
T1=T
末态 p2=1.0×105Pa
V2=？L
T2=T
由玻意耳定律 p1V1=p2V2得
即剩下的气体为原来的5％。
（三）课堂小结
1、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。
2、玻意耳定律可以用p-V图线表示。
3、玻意耳定律是实验定律，不论什么气体，只要符合压强不太大（和大气压
比较）、温度不太低（和室温比较）的条件，都近似地符合这个定律。
（四）布置作业
问题与练习1、2、3