2022-2023學年新教材高中物理第二章氣體液體和固體第一節(jié)氣體實驗定律Ⅰ課件粵教版選擇性必修第三冊

1、第二章 | 氣體、液體和固體第一節(jié)氣體實驗定律()核心素養(yǎng)點擊 物理觀念(1)知道氣體的等溫變化。(2)知道玻意耳定律的內(nèi)容和公式，知道定律的適用條件。(3)理解氣體等溫變化的p-V圖像的物理意義?？茖W思維能用玻意耳定律求解簡單的實際問題?？茖W探究學會通過實驗的方法研究問題，探究物理規(guī)律，學習用圖像對實驗數(shù)據(jù)進行處理與分析，體驗科學探究過程?？茖W態(tài)度與責任通過對氣體等溫變化規(guī)律的探究，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度與實事求是的科學精神。一、玻意耳定律1填一填(1)等溫變化：一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，其_與_變化時的關(guān)系。(2)實驗探究實驗裝置：如圖所示。壓強體積空氣柱乘積壓力表實驗結(jié)果：壓強

2、跟體積的倒數(shù)成_，即壓強與體積成_。正比反比(3)玻意耳定律內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，其壓強p與體積V成_。公式：_c或p1V1_。適用條件：氣體的_不變，溫度不變。2判一判(1)玻意耳定律是英國科學家玻意耳和法國科學家馬略特各自通過實驗發(fā)現(xiàn)的。 ( )(2)公式pVc中的c是常量，是一個與氣體無關(guān)的參量。 ( )(3)對于溫度不同的同種氣體，C值是相同的。 ( )反比pVp2V2質(zhì)量答案：D雙曲線的一支等溫線3選一選(多選)如圖所示，p表示壓強，V表示體積，T為熱力學溫度，下圖中能正確描述一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等溫變化的是()答案：AB探究(一)封閉氣體壓強的計算問題驅(qū)動如圖

3、所示，在溫度不變的情況下，把一根上端封閉的玻璃管豎直插入水銀槽中，插入后管口到槽內(nèi)水銀面的距離是L，若大氣壓為p0，兩液面的高度差為h。(1)利用連通器原理，同種液體在同一水平液面上的壓強是相等的，則玻璃管內(nèi)液面處的壓強和玻璃管口處的壓強分別是多少？提示：玻璃管內(nèi)液面處的壓強p1p0gh，玻璃管口處的壓強p2p0gL。(2)以玻璃管內(nèi)的液體為研究對象，分析氣體的壓強是多少？ 重難釋解1系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，求封閉氣體的壓強(1)連通器原理：在連通器中，同種液體(中間液體不間斷)的同一水平液面上的壓強是相等的，如圖甲連通器在同一液面的C和D兩點處的壓強pCpD。(2)玻璃管靜止開口向上，用豎直高度

4、為h的水銀柱封閉一段空氣柱，如圖乙，則被封閉氣體的壓強為p2p0gh。應特別注意h是表示液面間的豎直高度，不一定是液柱長度。(3)玻璃管靜止開口向下，用豎直高度為h的水銀柱封閉一段空氣柱，如圖丙，則被封閉氣體的壓強為p3p0gh。(4)在做托里拆利實驗時，由于操作不慎，玻璃管上方混入氣體，水銀槽液面與玻璃管內(nèi)液面的豎直高度差為h，如圖丁，則氣體的壓強為p4p0gh。(5)求由固體封閉(如氣缸或活塞封閉)的氣體壓強，一般對此固體(如氣缸或活塞)進行受力分析，列出力的平衡方程。2容器變速運動時，封閉氣體壓強的計算方法和步驟(1)取封閉氣體接觸的液體(或活塞、氣缸)為研究對象。(并不是以氣體為研究對

5、象)(2)對研究對象進行受力分析(氣體對研究對象的作用力寫成FpS形式)。(3)對研究對象建立直角坐標系并進行受力分解。(4)分別在x軸和y軸上列牛頓第二定律方程。(5)解方程，并對結(jié)果進行分析。典例1 如圖所示，豎直放置的U形管，左端開口，右端封閉，管內(nèi)有a、b兩段水銀柱，將A、B兩段空氣柱封閉在管內(nèi)。已知水銀柱a長10 cm。水銀柱b兩個液面間的高度差為5 cm，大氣壓強為75 cmHg，求空氣柱A、B的壓強。解析設氣體A、B產(chǎn)生的壓強分別為pA、pB，管橫截面積為S，取a液柱為研究對象進行受力分析，如圖甲所示，得pASmagp0S，而paSgh1Smag，故pASpaSp0S所以pAp0

6、pa75 cmHg10 cmHg65 cmHg。取液柱b為研究對象進行受力分析，如圖乙所示，同理可得pBSpbSpAS所以pBpApb65 cmHg5 cmHg60 cmHg。答案65 cmHg60 cmHg求氣體壓強關(guān)鍵是分清容器是否為平衡狀態(tài)，進而選擇研究對象(整體或隔離)進行受力分析，列對應的狀態(tài)方程。若容器處于平衡狀態(tài)，則列方程F合0；若容器有一定加速度，則列方程F合ma。在確定研究對象時，要注意整體法和隔離法交替使用。答案：C2有一段12 cm長的汞柱，在均勻玻璃管中封住一定質(zhì)量的氣體，若開口向上將玻璃管放置在傾角為30的光滑斜面上(如圖所示)，在下滑過程中被封閉氣體的壓強為(大氣壓

7、強p076 cmHg) ()A76 cmHgB82 cmHgC88 cmHg D70 cmHg答案：A3若已知大氣壓強為p0，在圖中各裝置均處于靜止狀態(tài)，圖中液體密度均為，求被封閉氣體的壓強。注意事項1本實驗應用物理實驗中常用的控制變量法，探究在氣體質(zhì)量和溫度不變的情況下(即等溫過程)，氣體的壓強和體積的關(guān)系。2為保持等溫變化，實驗過程中不要用手握住注射器有氣體的部位。同時，改變體積過程應緩慢，以免影響密閉氣體的溫度。為保證氣體密閉，應在活塞與注射器壁間涂上潤滑油，注射器內(nèi)外氣體的壓強差不宜過大。(3)當氣球內(nèi)的氣體壓強大于140 kPa時，氣球?qū)⒈?，為了安全起見，氣體的體積V的取值范圍是什

8、么？(1)為了保持封閉氣體的質(zhì)量不變，實驗中采取的主要措施是_。(2)為了保持封閉氣體的溫度不變，實驗中采取的主要措施是_和_。解析：(1)為了保證氣體的質(zhì)量不變，要用潤滑油涂在活塞上以達到封閉效果。(2)為了保持封閉氣體的溫度不變，采取的主要措施是：一、移動活塞要緩慢；二、不能用手握住注射器封閉氣體部分。答案：(1)在活塞上涂潤滑油(2)見解析答案：(1)AB(2)為過坐標原點的直線(3)傳感器與注射器間有氣體壓強傳感器與注射器連接部分的氣體體積探究(三)玻意耳定律的理解及應用問題驅(qū)動(1)玻意耳定律成立的條件是氣體的溫度不太低、壓強不太大，那么為什么在壓強很大、溫度很低的情況下玻意耳定律就

9、不成立了呢？提示：當壓強很大、溫度很低時氣體分子間的距離很小，分子間的作用力不可忽略，氣體分子本身所占的體積也不可忽略，由玻意耳定律計算的結(jié)果與實際結(jié)果差別較大。(2)氣體的質(zhì)量變化時，還能使用玻意耳定律嗎？提示：可以使用，可以把發(fā)生變化的所有氣體作為研究對象，應用玻意耳定律列方程求解。 重難釋解1成立條件：玻意耳定律p1V1p2V2是實驗定律，只有在氣體質(zhì)量一定、溫度不變的條件下才成立。2常量c：玻意耳定律的數(shù)學表達式pVc中的常量c不是一個普適恒量，它與氣體的種類、質(zhì)量、溫度有關(guān)，對一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，該恒量c越大。3應用玻意耳定律的思路(1)確定研究對象，并判斷是否滿足玻意耳定律成

10、立的條件。(2)確定始末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1、V1，p2、V2)。(3)根據(jù)玻意耳定律列方程：p1V1p2V2，代入數(shù)值求解(注意各狀態(tài)參量要統(tǒng)一單位)。(4)注意分析題目中的隱含條件，必要時還應由力學或幾何知識列出輔助方程。(5)有時要檢驗結(jié)果是否符合實際，對不符合實際的結(jié)果要舍去。運用玻意耳定律的解題關(guān)鍵應用玻意耳定律求解時，要明確研究對象，確認溫度不變，根據(jù)題目的已知條件和求解的問題，分別找出初、末狀態(tài)的狀態(tài)參量，其中正確確定壓強是解題的關(guān)鍵。素養(yǎng)訓練1如圖所示，某種自動洗衣機進水時，與洗衣缸相連的細管中會封閉一定質(zhì)量的空氣，通過壓力傳感器感知管中的空氣壓力，從而控制進水量。設溫度不變，

11、洗衣缸內(nèi)水位升高，則細管中被封閉的空氣 ()A體積不變，壓強變小B體積變小，壓強變大C體積不變，壓強變大 D體積變小，壓強變小解析：水位升高，封閉氣體體積減小，由玻意耳定律pVC可知壓強變大，選項B正確。答案：B2(2021廣東高考) 為方便抽取密封藥瓶里的藥液，護士一般先用注射器注入少量氣體到藥瓶里后再抽取藥液，如圖所示。某種藥瓶的容積為0.9 mL，內(nèi)裝有0.5 mL的藥液，瓶內(nèi)氣體壓強為1.0105 Pa。護士把注射器內(nèi)橫截面積為0.3 cm2、長度為0.4 cm、壓強為1.0105 Pa的氣體注入藥瓶，若瓶內(nèi)外溫度相同且保持不變，氣體視為理想氣體，求此時藥瓶內(nèi)氣體的壓強。答案：1.31

12、05 Pa探究(四)等溫變化的圖像及應用問題驅(qū)動(1)若實驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)氣體體積減小、壓強增大的特點，能否斷定壓強與體積成反比？重難釋解1對p-V圖像的理解一定質(zhì)量的氣體，其等溫線是雙曲線，雙曲線上的每一個點均表示一定質(zhì)量的氣體在該溫度下的一個狀態(tài)，而且同一條等溫線上每個點對應的p、V坐標的乘積都是相等的，如圖甲所示。2同一坐標系內(nèi)不同p-V圖線的比較玻意耳定律pVC(常量)，其中常量C不是一個普適常量，它隨氣體溫度的升高而增大，溫度越高，常量C越大，等溫線離坐標軸越遠。如圖乙所示，4條等溫線的關(guān)系為T4T3T2T1。3兩種等溫變化圖像的比較續(xù)表典例4如圖所示，空的薄金屬筒開口向下靜止于恒溫透明的

13、液體中，筒中液面與A點齊平?，F(xiàn)緩慢將其壓到更深處，筒中液面與B點齊平，不計氣體分子間的相互作用，且筒內(nèi)氣體無泄漏。下列圖像中能體現(xiàn)筒內(nèi)氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B變化過程的是 ()答案C素養(yǎng)訓練1(多選)如圖所示為一定質(zhì)量的氣體在不同溫度下的兩條等溫線，則下列說法正確的是 ()A從等溫線可以看出，一定質(zhì)量的氣體在發(fā)生等溫變化時，其壓強與體積成反比B一定質(zhì)量的氣體，在不同溫度下的等溫線是不同的C由圖可知T1T2D由圖可知T1T2解析：因為等溫線是雙曲線的一支，說明壓強與體積成反比，A正確；一定質(zhì)量的氣體，壓強一定時，溫度越高，體積越大，所以不同溫度下的等溫線是不同的，B、D正確，C錯誤。答案：ABD2

14、如圖所示，一定質(zhì)量的封閉氣體由狀態(tài)A沿直線AB變化到狀態(tài)B，在此過程中氣體溫度的變化情況是()A一直升高B一直降低C先升高后降低D先降低后升高解析：由于同一等溫線上的各點pV值相同，而pV值較大的點所在的雙曲線離坐標原點較遠，因而對應的溫度也較高。由題圖可知A、B兩點的pV值相同，A、B兩點應在同一等溫線上，而AB直線中點C對應的pV值比氣體在A、B狀態(tài)時的pV值大，即溫度比氣體在A、B狀態(tài)時高，故氣體由狀態(tài)A沿直線AB變化到狀態(tài)B的過程中，溫度先升高后降低，C正確。答案：C一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維1如圖所示為中學物理課上一種演示氣體定律的有趣儀器哈勃瓶，它是一個底部開有圓孔，瓶頸很短的平底

15、大燒瓶。在瓶內(nèi)塞有一氣球，氣球的吹氣口反扣在瓶口上，瓶底的圓孔上配有一個橡皮塞。在一次實驗中，瓶內(nèi)由氣球和橡皮塞封閉一定質(zhì)量的氣體，在對氣球緩慢吹氣過程中，當瓶內(nèi)氣體體積減小V時，壓強增大20%。若使瓶內(nèi)氣體體積減小2V，則其壓強增大()A20%B30%C40% D50%解析：氣體做等溫變化，由玻意耳定律得pV1.2p(VV)，pVp(V2V)，解得p1.5p，其壓強增大50%，故D正確。答案：D2一種減震墊如圖所示，上面布滿了圓柱狀薄膜氣泡，每個氣泡內(nèi)充滿體積為V0、壓強為p0的氣體。當平板狀物品平放在氣泡上時，氣泡被壓縮。若氣泡內(nèi)氣體溫度保持不變，當體積被壓縮到V時，氣泡與物品接觸面的面積

16、為S。求此時每個氣泡內(nèi)氣體對接觸面處薄膜的壓力。二、注重學以致用和思維建模1各種卡通形狀的氦氣球，受到孩子們的喜歡，小孩一不小心松手，氦氣球就會飛向天空，上升到一定高度會脹破，這是因為()A球內(nèi)氦氣溫度升高B球內(nèi)氦氣壓強增大C球外空氣壓強減小 D以上說法均不正確解析：氣球上升，由于高空處空氣稀薄，球外氣體的壓強減小，球內(nèi)氣體要膨脹，到一定程度時，氣球就會脹破，故選C。答案：C2(2021山東省淄博市模擬考試)(多選)如圖所示是醫(yī)院給病人輸液的部分裝置示意圖。在輸液過程中，下列說法正確的是()AA瓶中的藥液先用完B當A瓶中液面下降時，B瓶內(nèi)液面高度保持不變C隨著液面下降，A瓶內(nèi)C處氣體壓強逐漸增

17、大D隨著液面下降，A瓶內(nèi)C處氣體壓強保持不變解析：在藥液從B瓶中流出時，B瓶中封閉氣體體積增大，溫度不變，根據(jù)玻意耳定律知，氣體壓強減小，A瓶中氣體將A瓶中藥液壓入B瓶補充，所以B中流出多少藥液，A瓶就會有多少藥液流入B瓶，所以B瓶液面高度保持不變，直到A瓶藥液全部流入B瓶，所以A瓶藥液先用完，故A、B正確；A瓶瓶口處壓強和大氣壓相等，但液面下降，藥液產(chǎn)生的壓強減小，因此A瓶內(nèi)封閉氣體壓強增大，故C正確，D錯誤。答案：ABC3水火箭及其簡化圖如圖所示，容器內(nèi)氣體的體積為2 L，容器內(nèi)裝有少量水，容器口豎直向下，用橡膠塞塞緊，放在發(fā)射架上，打氣前容器內(nèi)氣體的壓強p01.0105 Pa。用打氣筒通過容器口的閥門向容器內(nèi)打氣，每次能向容器內(nèi)打入壓強也為p0、體積為100 mL的空氣，當容器中氣體的壓強達到一定值時，水沖開橡膠塞，火箭豎直升空。已知橡膠塞與容器口的最大靜摩擦力為19