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2.2 气体的等温变化
人教版（2019）物理选择性必修第三册 第二章
气体、固体和液体
p
1/V
·
0
V
p
·
0
A
A
p
V
T2
T1
0
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、知道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。
学习目标
在庆典活动中放飞的氢气球，在上升过程中，随着大气压的减小，气温在减低，气球在膨胀.一定质量的气体压强、体积、温度三个状态参量之间有什么联系呢？
问题引入
3、温度（热学性质）
2、体积（几何性质）
1、压强（力学性质）
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）
控制变量法
问题引入
我们首先来研究一种特殊的情况：等温变化
一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时 的关系。我们把这种变化叫作气体的等温变化。
什么是等温变化？
情境探究
借助铅笔,把气球塞进一只瓶子里,并拉出气球的吹气口,反扣在瓶口上,如图所示。然后给气球吹气,无论怎么吹,气球都只大了一点,想把气球吹大非常困难,为什么
要点提示由“吹气口反扣在瓶口上”可知瓶内封闭着一定质量的空气。当气球稍吹大时,瓶内空气的体积缩小,空气的压强增大,阻碍了气球的膨胀,因而再要吹大气球是很困难的。
这种现象说明了在温度不变的条件下空气的体积缩小,空气的压强增大。那么空气的体积和空气的压强有什么定量的关系呢？
1.实验目的
研究一定质量的气体在温度保持不变时,它的压强与体积的关系。
2.实验器材
DIS设备、压强传感器、注射器(针筒)等。
一、探究气体等温变化的规律
3.实验思路
(1)实验研究对象:注射器内的一定质量的气体。
(2)实验方法:控制气体温度和质量不变,研究气体压强与体积的关系。
(3) 测量的物理量：
测气体压强:可以通过压强传感器读出。
测气体体积:通过注射器刻度读出。
一、探究气体等温变化的规律
4.实验步骤
(1)安装实验装置（如图所示）。
(2)将注射器活塞推到刻度2处。
记下此时的压强值和对应的体积值(刻度值),填入表格。
(3)缓慢推拉活塞,使刻度值分别为1.5、1、…(或2.5、3、…),分别记下对应的压强和体积，填入表格。
一、探究气体等温变化的规律
（4）缓慢改变气体体积,测出多组对应的气体体积和压强,并利用图像来探究一定质量的气体压强和体积的关系。
p/kPa 124.9 159.4 84.8 72.8
V/mL 8 6 12 14
1/V 0.13 0.17 0.08 0.07
p/kPa
V/mL
p/kPa
1/V
一、探究气体等温变化的规律
5.实验数据处理
用 p-V 图像处理数据时,得到的图线是双曲线;
用 图像处理数据时,得到的图线是过原点的直线,
图线的斜率等于pV , 且保持不变。
一、探究气体等温变化的规律
6.实验结论
一定质量的某种气体,在温度不变的条件下,压强与体积的倒数成正比,即压强与体积成反比。我们把它叫作 -------波意耳定律(气体等温变化的规律)
一、探究气体等温变化的规律
(1).保证气体质量不变:针筒要密封, 可于实验前在柱塞上涂好润滑油,以免漏气。
(2).保证气体温度不变
(1)改变气体体积时,要缓慢进行。
(2)实验操作时不要触摸注射器的空气柱部分。
(3)改变气体体积后不要立即读数,待稳定后再读数。
(3).实验数据处理
可用p-V图像处理数据,得到的图线是双曲线;
也 可 用 图像处理数据,得到的图线是过原点的直线,
7.实验注意事项
一、探究气体等温变化的规律
读数次数 1 2 3 4 5 6
压强（x10^5Pa) 1.00 1.25 1.52 2.00 2.25 2.50
体积(mL) 2.00 1.65 1.29 1.00 0.85 0.80
气柱的体积逐渐减小，压强逐渐增大
只能说明P与V负相关，是否可以猜测P与V成反比
等温线
8.实验结论
温度不变时压强与体积的关系
压强和体积的倒数成正比
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
结论：
一定质量的气体，在温度不变的情况下，其压强与体积的变化关系。
2.气体的等温变化：
1.气体的状态参量
压强 p,单位：Pa（帕斯卡）
体积 V,单位：有L、mL等
热力学温度T ：开尔文T = t ＋ 273 K
2、表达式
适用范围：温度不太低，压强不太大。
pV=C 或p1V1=p2V2
应用于判断题
应用于计算题
1、玻意耳定律的内容：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
二、气体等温变化
3.说明：式中p1,V1和p2,V2分别表示一定质量的气体，在温度不变时，处于不同的两个状态中的压强和体积。一定质量的气体,温度越高, 常量C越大。
4.玻意耳定律适用条件：
(1)一定质量的气体,且气体温度保持不变。
(2)压强不太大,温度不太低。
4.两种等温线（如图所示）
p
1/V
·
0
V
p
·
0
A
A
双曲线的一支
物理意义：等温线上的某点表示气体的一个确定状态，同一条等温线上的各点温度相同，即p与V乘积相同。
V
p
·
0
A
·
B
问题：
1、图上的一点表示什么？
2、图上的线又表示什么？
等温线
三、气体等温变化的p-V图像
同一气体，不同温度下等温线是不同的，你能判断哪条等温线是表示温度较高的情形吗？你是根据什么理由作出判断的？
p
V
T2
T1
一定质量的气体在不同温度下的两条等温线
0
结论:T2>T1
不同温度下的等温线，离原点越远，温度越高。
三、气体等温变化的p-V图像
一、实验原理与操作
例1　(多选)“探究气体等温变化的规律”的实验装置如图4所示，下列说法正确的是
A.实验过程中应保持被封闭气体的质量和温度不发生变化
B.实验中为找到体积与压强的关系，一定要测量空气柱
　的横截面积
C.为了减小实验误差，可以在柱塞上涂润滑油，以减小摩擦
D.处理数据时采用p－ 图像，是因为p－ 图像比p－V图
　像更直观
图4
√
√
经典练习题
解析　本实验采用的方法是控制变量法，所以要保持被封闭气体的质量和温度不变，A正确；
由于注射器的横截面积不变，所以只需测出空气柱的长度即可，B错误；
涂润滑油的主要目的是防止漏气，使被封闭气体的质量不发生变化，C错误；
二、实验数据处理
例2　(2020·启东中学高二开学考试)对一定质量的气体，在等温条件下得出体积V与压强p的数据如下表：
V/m3 1.00 0.50 0.40 0.25 0.20
p/(×105 Pa) 1.45 3.10 3.95 5.98 7.70
图5
答案　见解析图
解析　作图如图所示
(2)由画出的图线可得结论是______________________________________
__________________.
一定质量的气体，在温度不变的情况下，
压强与体积成反比
所以压强与体积成反比.
三、创新实验
例3　(2020·上海市高二期末)如图6甲为研究一定质量的气体压强与体积关系的实验装置.
图6
(1)图中①为_____传感器，该实验需要保持气体的_____和_____不变.
压强
质量
温度
解析　题图甲中①为压强传感器；研究一定质量的气体压强与体积关系时，应保持气体的质量和温度不变；
(2)某同学在实验中测出多组气体压强与体积值后，利用DIS实验绘图功能，得到如图乙所示的p－V图像，则由图________(选填“能”或“不能”)得到压强与体积成反比的结论.
不能
解析　压强与体积成反比的图像应为双曲线的一支，题图乙的p－V图像不能确定是不是双曲线的一支，所以不能确定压强与体积成反比；
(3)某同学在实验中得到的数据如下：
次数 1 2 3 4 5 6
压强p/kPa 116.2 124.6 134.3 145.6 158.8 173.2
体积V/cm3 14 13 12 11 10 9
体积倒数 /cm－3 0.071 0.077 0.083 0.091 0.100 0.111
pV乘积 1 626.8 1 619.8 1 611.6 1 601.6 1 588.0 1 558.8
表中数据表明气体的pV乘积随着气体体积的减小而减小，若实验中很好地满足了实验需要满足的条件，则出现该结果的原因是______________
_____________________.
实验时注射器内
的空气向外发生了泄漏
解析　实验时注射器内的空气向外发生了泄漏.
1.玻意耳定律：
一定质量某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比。
2. 公式：pV=C(常数) 或p1V1= p2V2
3.图像： p-V图，图线称为等温线。
p
1/V
·
0
V
p
·
0
A
A
课堂小结
3.适用范围：温度不太低，压强不太大。
4.气体等温变化的图像，是一条以纵轴和横轴为渐近线的双曲线，称等温线
5.等温线的特点：温度越高,其等温线离原点越远。
课堂小结
p
V
T2
T1
一定质量的体在不同温度下的两条等温线
0
结论:T2>T1
3.适用范围：温度不太低，压强不太大。
4.气体等温变化的图像，是一条以纵轴和横轴为渐近线的双曲线，称等温线
5.等温线的特点：温度越高,其等温线离原点越远。
课后作业
课本练习与应用
谢谢聆听

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