教科版高中物理选择性必修第三册精品课件 第二章固体、液体和气体 4.实验探究气体等温变化的规律.ppt

【例题2】在竖直放置的U形管内由密度为ρ的两部分液体封闭着两段空气柱。大气压强为p0,各部分尺寸如图所示。求A、B气体的压强。答案:p0+ρgh1p0+ρg(h1-h2)【典型例题】解析:方法一:受力平衡法选与气体接触的液柱为研究对象,进行受力分析,利用平衡条件求解。求pA:取液柱h1为研究对象,设管的横截面积为S,大气压力和液柱重力方向向下,A气体产生的压力方向向上,因液柱h1静止,则p0S+ρgh1S=pAS,得pA=p0+ρgh1。求pB:取液柱h2为研究对象,由于h2的下端以下液体的对称性,下端液体产生的压强可以不予考虑,A气体的压强由液体传递后对h2的压力方向向上,B气体压力、液体h2的重力方向向下,液柱受力平衡。则pBS+ρgh2S=pAS,得pB=p0+ρgh1-ρgh2。方法二:取等压面法根据同种液体在同一液面处压强相等,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。求pB时从A气体下端选取等压面,则有pB+ρgh2=pA=p0+ρgh1,所以pA=p0+ρgh1,pB=p0+ρg(h1-h2)。求解封闭气体压强的关键是选好研究对象,一般有两种情况,即液柱封闭和活塞封闭。液柱封闭时一般取液柱为研究对象,活塞封闭时取活塞为研究对象,若受力平衡则列平衡方程,若有加速度则根据牛顿第二定律列式求解。【变式训练2】若已知大气压强为p0,图中各装置均处于静止状态,图中液体密度均为ρ,求被封闭气体的压强。【问题引领】知识点三气体等温变化的规律在一个恒温池中,一串串气泡由池底慢慢升到水面,有趣的是气泡在上升过程中,体积逐渐变大,到水面时就会破裂。(1)上升过程中,气泡内气体的温度发生改变吗?(2)上升过程中,气泡内气体的压强怎么改变?(3)气泡在上升过程中体积为何会变大?(4)为什么到达水面会破?提示:(1)因为在恒温池中,所以气泡内气体的温度保持不变。(2)变小。(3)由pV=常量可知,压强变小,气体的体积增大。(4)内外压强不相等。【归纳提升】1.等温气体变化的规律:一定质量的某种气体,在温度保持不变的情况下,压强p与体积V成反比。2.公式:pV=常量或p1V1=p2V2。3.适用条件:气体的质量和温度不变。4.利用等温气体变化的规律解题的基本思路(1)明确研究对象:根据题意,确定所研究的气体。(2)明确初、末状态:找出气体变化前后的初、末状态,并确定初、末状态的p、V值。(3)列方程求解:因为是比例式,计算中只需使同一物理量的单位统一即可,不一定用国际单位制中的单位。(4)检验结果:有时列方程求解会得到两个结果,应通过合理性的检验决定取舍。等温气体变化的规律中的常量在不同的情境中一般不同,它是一个与气体种类、温度、质量有关的物理量。【典型例题】【例题3】右图为一压缩式喷雾器,该喷雾器储液桶的容积为V0=8L,先往桶内注入体积为V=7L的药液,然后通过进气口给储液桶打气,每次打进ΔV=0.4L的压强为p0的空气,使喷雾器内空气的压强达到p=4p0。设定打气过程中,储液桶内空气温度保持不变,药液不会向外喷出,喷液管体积及喷液口与储液桶底间高度差不计,外界大气压强p0=1×105Pa。(1)求打气的次数n。(2)通过计算说明,能否使喷雾器内的药液全部喷完。答案:(1)7.5(2)不能解析:(1)以桶内原有气体与打进的气体整体为研究对象,气体状态参量:p1=p0,V1=(V0-V)+nΔV=(1+0.4n)L,p2=4p0,V2=V0-V=1L气体发生等温变化,p1V1=p2V2代入数据解得n=7.5。(2)当空气完全充满储液桶后,如果气体压强仍然大于p0,则药液可以全部喷出。气体温度不变,发生等温变化,气体的状态参量:p2=4p0,V2=V0-V=1L,V3=V0=8L根据气体等温变化的规律得p2V2=p3V3代入数据解得p3=0.5p0p0,不能使喷雾器内的药液全部喷完。变质量问题分析解析:变质量问题时,可以通过巧妙地选择合适的研究对象,使这类问题转化为一定质量的气体问题,用气体定律方程求解。(1)打气问题向球、轮胎中充气是一个典型的变质量的气体问题。只要选择球内原有气体和即将打入的气体作为研究对象,就可把充气过程中的气体质量变化的问题转化为定质量气体的状态变化问题。(2)抽气问题从容器内抽气的过程中,容器内的气体质量不断减小,这属于变质量问题。我们可以将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象,质量不变,故抽气过程看作是等温膨胀过程。(3)灌气问题将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是一个典型的变质量问题。解决这类问题时,可以把大容器中的气体和多个小容器中的气