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(共27张PPT)
第二章
气体、固体和液体
物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着相互作用力。这些因素决定了分子的三种不同的聚集状态：气体、固体和液体。物体处于不同状态时具有不同的物理性质。
人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程。相应地，人们对新材料或传统材料新功能的开发和研制也从来没有停止过。从远古的石器时代，到后来的青铜器时代、铁器时代……新材料在人类文明进程中扮演了重要的角色。
2.2 气体的等温变化
温故知新
气体的状态参量
1.温度：
热力学温度 T：开尔文
T＝t＋273K
2.体积：
体积 V
单位：有 L、mL 等
3.压强：
压强
单位： (帕斯卡)
提示：一定质量的气体压强、体积、温度关系是 ＝C (常量)，当 T 不变时，p与V成反比.
等温变化
我们首先研究一种特殊的情况：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。
实 验
探究气体等温变化的规律
▋ ▏ 实验思路
针对气体的研究，可以先选定一个热力学系统，比如一定质量的空气，在温度不变的情况下，测量气体在不同体积时的压强，再分析气体压强与体积的关系。为此，我们需要一个既能改变气体体积，又能测出与体积相对应的气体压强的封闭容器。
下面我们利用如图2.2-1所示的装置进行实验。注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭本实验的研究对象是什么 怎样操作可以保证温度不发生明显的变化
▋ ▏ 物理量的测量
实验中，我们需要测量空气柱的体积 V 和空气柱的压强 p，具体操作如下。
空气柱的长度 l 可以通过刻度尺读取，空气柱的长度 l 与横截面积 S的乘积就是它的体积 V。空气柱的压强 p 可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取。
把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据。
▋ ▏ 数据分析
一定质量气体等温变化的压强 p 与体积 V 的关系，可以用 p-V 图像来呈现。用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线，由于它描述的是温度不变时气体压强与体积的关系，因此称它为等温线。若你绘制的 p-V 图像类似于双曲线(图2.2-2)，那么，空气柱的压强是否跟体积成反比呢
我们可以进一步通过图像来检验这个猜想。再以压强 p 为纵坐标，以体积的倒数为横坐标，把采集的各组数据在坐标纸上描点。如果 p- 图像中的各点位于过原点的同一条直线上 (图2.2-3)，就说明压强跟体积的倒数成正比，即压强与体积成反比。如果不在同一条直线上，我们再尝试其他关系。
玻意耳定律
英国科学家玻意耳和法国科学家马略特各自通过实验发现，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
p ∝ (1)
写成公式就是
p＝C (2)
式中 C 是常量。
或者
p1V1＝ p2V2
其中 p1、V1 和 P2、V2 分别表示气体在不同状态下的压强和体积。
(2) 式反映了一定质量的某种气体的等温变化规律我们把它叫作玻意耳定律 (Boyle′s law)。
典例探究
例题1：一定质量气体的体积是 20L 时，压强为 1×105 Pa。当气体的体积减小到 16L 时，压强为多大？设气体的温度保持不变。
p1V1＝p2V2
答案：1.25×105 Pa
用气体定律解题的步骤
1. 确定研究对象。被封闭的气体 (满足质量不变的条件)；
2. 用一定的数字或表达式写出气体状态的初始条件
( p1，V1，T1，p2，V2，T2)；
3. 根据气体状态变化过程的特点，列出相应的气体公式(本节课中就是玻意耳定律公式)；
4. 将各初始条件代入气体公式中，求解未知量；
5. 对结果的物理意义进行讨论。
气体等温变化的 P-V 图象
一定质量气体等温变化的 p-V 图象是双曲线，它描述的是温度不变时的 p-V 关系，称为等温线。
问题：同一气体，不同温度下等温线相同吗？
你能判断哪条等温线温度较高吗？
你是根据什么理由作出判的？
(2) 温度越高，其等温线离原点越远。
(1) 等温线是双曲线的一支。
T2＞T1
练习与应用
1. 在做“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验小组记录了一系列数据。但是，仅就以下表中的两组数据来看，小王和小李却有完全不同的看法：小王认为，这两组数据很好地体现了p 跟 V 成反比的规律，因为两组数据 p 和 V 的乘积几乎相等；小李却认为，如果把这两组数据在纵坐标轴为 p、横坐标轴为 的坐
标系中描点，这两点连线的延长线
将不经过坐标原点，因此这两组数
据没有反映 p 跟 V 成反比的规律。
对此你有什么看法
解：小王的说法是错误的，小李的说法正确，因为两组数据的体积变化量都非常小，即使实验误差非常大，体积和压强的乘积也不会有什么变化，两乘积看起来是相等的.
此时，不应该比较压强和体积的数据，而应该比较体积变化量和压强变化量的数据.
根据题中的数据，气体的体积变化量等于原体积的 1.3%，而压强的变化量却等于原压强的2.5%，因此，该实验没有反映压强与体积成反比的规律.
若用 p- 图像的方法来处理数据，图像中两点连线的斜率描述的是压强变化量和体积变化量的关系，如果这两点的连线明显不通过坐标原点，则表示 p、V 的实验数据没有体现反比规律，所以小李的说法是正确的.
2. 一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的。图2.2-5中的两条等温线，哪条等温线表示的是温度比较高时的情形 请你尝试给出判断，并说明理由。
解：T2＞T1.
理由：在题图中过 V 轴上的某点画平行于 p 轴的辅助线，在相同的体积下，压强大的气体温度高，故 T2＞T1.
3. 一个足球的容积是 2.5L。用打气筒给这个足球打气，每打一次都把体积为 125 mL、压强与大气压相同的气体打进足球内。如果在打气前足球就已经是球形并且里面的压强与大气压相同，打了 20 次后足球内部空气的压强是大气压的多少倍 你在得出结论时考虑到了什么前提 实际打气时的情况能够满足你的前提吗
解：以最终足球内部的气体为研究对象，设大气压强为 p0，在温度不变时，这部分气体在初始状态下，p1＝p0，V1＝2.5 L＋0.125×20L＝5.0L；打气后气体体积 V2＝2.5 L.
根据玻意耳定律 p1V1＝p2V2，解得 p2＝2p0，即打了 20 次后足球内部空气的压强是大气压的 2 倍.
得出此结论的前提是打气过程中温度保持不变.
实际打气时，由于压缩气体做功，气体温度会升高.
4.水银气压计中混入了一个气泡，上升到水银柱的上方，使水银柱上方不再是真空。当实际大气压相当于 768 mm 高的水银柱产生的压强时这个水银气压计的示数只有 750mm，此时管中的水银面到管顶的距离为80mm。当这个气压计的示数为740 mm水银柱时，实际的大气压相当于多高水银柱产生的压强 假设温度保持不变。
解：以水银柱上方的气体为研究对象，设水银柱的横截面积为 S.
当水银气压计的示数为 740mm 时，水银面到管顶的距离为 90mm，这时实际的大气压相当于高度为 h 的水银柱产生的压强.
根据玻意耳定律 p1V1＝p2V2，有 80×S×(768ρg－750ρg)＝90×S× (ρgh－740ρg)，解得 h＝756 mm，
即此时的大气压相当于 756 mm 高的水银柱产生的压强.

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