物理 氣體壓強(qiáng)和體積的關(guān)系 導(dǎo)學(xué)案

1、6.5氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系（一）學(xué)生實(shí)驗(yàn)：用DIS研究在溫度不變時(shí)，一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系 學(xué)習(xí)目標(biāo)1、知道實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮推鞑模?、會(huì)操作使封閉氣體進(jìn)行等溫變化；3、會(huì)測量并記錄封閉氣體的壓強(qiáng)和體積；4、能根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到P-V圖像、P1/V圖像；5、認(rèn)識(shí)把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的P-V圖像轉(zhuǎn)化P1/V圖像的處理方法；6、能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。 重點(diǎn)和難點(diǎn)： 重點(diǎn)：會(huì)操作使封閉氣體進(jìn)行等溫變化；認(rèn)識(shí)把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的P-V圖像轉(zhuǎn)化P1/V圖像的處理方法；難點(diǎn)：認(rèn)識(shí)把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的P-V圖像轉(zhuǎn)化P1/V圖像的處理方法。課前熱身1、本實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)方法是什么？2、如何保證研究的氣體質(zhì)量不變，如何保持氣體溫度保持不變？3

2、、用什么器材測量氣體的壓強(qiáng)、體積。 內(nèi)容框架 實(shí)驗(yàn)指要1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄恳欢ㄙ|(zhì)量的氣體在溫度不變條件下的壓強(qiáng)與體積間關(guān)系。2、主要器材：注射器、DIS（壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等）。3、注意事項(xiàng)：（1）本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)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(qiáng)和體積的關(guān)系。（2）為保持等溫變化，實(shí)驗(yàn)過程中不要用手握住注射器有氣體的部位。同時(shí)，改變體積過程應(yīng)緩慢，以免影響密閉氣體的溫度。為保證氣體密閉，應(yīng)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(qiáng)差不宜過大。（3）實(shí)驗(yàn)中所用的壓強(qiáng)傳感器精度較高，而氣體體積是直接在注射器上讀出的，其誤差會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)

3、結(jié)果。（4）在等溫過程中，氣體的壓強(qiáng)和體積的關(guān)系在p-V圖象中呈現(xiàn)為雙曲線。處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，要通過變換，即畫p一 EQ F(1,V) 圖象，把雙曲線變?yōu)橹本€，說明p和V成反比。這是科學(xué)研究中常用的數(shù)據(jù)處理的方法，因?yàn)橐淮魏瘮?shù)反映的物理規(guī)律比較直接，容易得出相關(guān)的對實(shí)驗(yàn)研究有用的參數(shù)。4、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)我們知道一定質(zhì)量的氣體在溫度不變的情況下，如果氣體的體積發(fā)生變化，那么氣體的壓強(qiáng)便會(huì)隨之發(fā)生變化請同學(xué)們猜想一下它們間可能會(huì)是怎樣的變化？并畫出函數(shù)圖像。_。供參考的實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，將壓強(qiáng)傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連。（2）開啟電源，運(yùn)行DIS應(yīng)用軟件，點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)條目中的“研究溫度不變

4、時(shí)，一定質(zhì)量氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系”，軟件界面如圖所示：（3）點(diǎn)擊“開始記錄”，觀察壓強(qiáng)傳感器所測得的大氣壓強(qiáng)值。（4）將注射器的活塞置于初始位置（如11cm處），并與壓強(qiáng)傳感器探測口連接。（5）在數(shù)據(jù)表格中輸入活塞初始位置所對應(yīng)的氣體體積值。點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)”，記錄此刻針筒中密閉氣體的壓強(qiáng)值。（6）連續(xù)改變注射器活塞的位置使氣體體積發(fā)生變化，將變化后的體積值輸入到表格中，同時(shí)記錄該體積所對應(yīng)的壓強(qiáng)值，獲得多組壓強(qiáng)數(shù)據(jù)。（7）點(diǎn)擊“p-V繪圖”，計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)繪出“壓強(qiáng)-體積”關(guān)系圖線。（8）點(diǎn)擊“p- EQ F(1,V) 繪圖”，計(jì)算機(jī)繪出“壓強(qiáng)-體積的倒數(shù)”關(guān)系圖線。5、實(shí)驗(yàn)結(jié)論（1）從壓

5、強(qiáng)和體積的乘積值可得出什么結(jié)論？_。（2）從兩條圖線可總結(jié)出壓強(qiáng)和體積是什么關(guān)系？_。（3）在圖中畫出p- EQ F(1,V) 圖，并分析結(jié)論。_。6問題討論（1）為什么各組同學(xué)實(shí)驗(yàn)的pV值不完全相同？在實(shí)驗(yàn)中，推拉活塞需要注意什么？（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)p- EQ F(1,V) 的圖線未通過原點(diǎn)，如圖所示，產(chǎn)生該誤差的主要原因是什么？ 課后作業(yè)在“研究溫度不變時(shí)氣體的壓強(qiáng)跟體積的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，對氣體的初狀態(tài)和末狀態(tài)的測量和計(jì)算都正確無誤。結(jié)果末狀態(tài)的pV值與初狀態(tài)的p0V0值明顯不等。造成這一結(jié)果的可能原因是在實(shí)驗(yàn)過程中ACD（ ）（A）氣體溫度發(fā)生變化 （B）氣體與外界間有熱交換（C）有氣體

6、泄漏 （D）體積改變得太迅速某同學(xué)用同一個(gè)注射器做了兩次“研究溫度不變時(shí)氣體的壓強(qiáng)跟體積的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，操作完全正確。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)卻在pV圖上畫出了兩條不同雙曲線。造成這種情況的可能原因是AB（ ）（A）兩次實(shí)驗(yàn)中空氣質(zhì)量不同（B）兩次實(shí)驗(yàn)中溫度不同（C）兩次實(shí)驗(yàn)中保持空氣質(zhì)量、溫度相同，但所取的氣體壓的數(shù)據(jù)不同（D）兩次實(shí)驗(yàn)中保持空氣質(zhì)量、溫度相同，但所取的氣體體的數(shù)據(jù)不同某同學(xué)做“研究溫度不變時(shí)氣體的壓強(qiáng)跟體積的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，將注射器豎直放置，測得的數(shù)據(jù)如下表所示。發(fā)現(xiàn)第5組數(shù)據(jù)中的pV乘積值有較大偏差。如果讀數(shù)和計(jì)算無誤，那么造成此偏差的原因可能是 或 溫度升高，漏入氣體（4分，每格2分

7、只答溫度變化，漏氣各得1分）。實(shí)驗(yàn)次序12345p（105Pa）1.211.060.930.800.66V（ml）33.237.843.850.469.2pV（105Paml）40.240.140.740.345.7有同學(xué)在做“研究溫度不變時(shí)氣體的壓強(qiáng)跟體積的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，用連接計(jì)算機(jī)的壓強(qiáng)傳感器直接測得注射器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)值，緩慢推動(dòng)活塞，使注射器內(nèi)空氣柱從初始體積20.0 ml變?yōu)?2.0 ml，實(shí)驗(yàn)共測了五次，每次體積值直接從注射器的刻度上讀各并輸入計(jì)算機(jī)，同時(shí)由壓強(qiáng)傳感器測得對應(yīng)體積的壓強(qiáng)值，實(shí)驗(yàn)完成后，計(jì)算機(jī)屏幕上立刻顯示出如下表中所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（1）D（2）在注射器活塞上涂上潤滑油增

8、加密封性。序號(hào)V（ml）p（105 Pa）pV（105 Paml）120.01.001020.020218.01.095219.714316.01.231319.701414.01.403019.642 512.01.635119.621（1）仔細(xì)觀察不難發(fā)現(xiàn)，pV（105 Paml）一欄中的數(shù)值越來越小，造成這一現(xiàn)象的可能原因是（）（A）實(shí)驗(yàn)時(shí)注射器活塞與筒壁間的摩擦力不斷增大（B）實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度增大了（C）實(shí)驗(yàn)時(shí)外界大氣壓強(qiáng)發(fā)生了變化（D）實(shí)驗(yàn)時(shí)注射器內(nèi)的空氣向外發(fā)生了泄漏（2）根據(jù)你在（1）中的選擇，說明為了減小誤差，應(yīng)采取的措施是： 。如圖所示，用一個(gè)帶有刻度的注射器及DIS來探究一定

9、質(zhì)量氣體的壓強(qiáng)和體積關(guān)系。（1）所研究的對象是_；它的體積可用_直接讀出，它的壓強(qiáng)是由_得到（1）封閉在注射器內(nèi)的氣體，注射器，壓強(qiáng)傳感器，數(shù)據(jù)采集器（2）圖略，應(yīng)為雙曲線（3）C（4）乙。（2）下表表格中記錄了實(shí)驗(yàn)中5組數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖中作出p-V圖線。實(shí)驗(yàn)次數(shù)壓強(qiáng)（kPa）體積（cm3）1101.5202107.5183123.5164139.0145161.512 （3）實(shí)驗(yàn)過程中，下列哪些操作是錯(cuò)誤的？（A）推拉活塞時(shí)，動(dòng)作要慢。（B）推拉活塞時(shí)，手不能握住注射器筒有氣體的部位。（C）壓強(qiáng)傳感器與注射器之間的軟管脫落后，應(yīng)立即重新接上，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)。（D）活塞與針筒之間要保

10、持潤滑又不漏氣。（4）在做“研究溫度不變時(shí)氣體的壓強(qiáng)跟體積的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，如果用實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在圖所示的p- EQ F(1,V) 圖象中標(biāo)出，可得圖中_線。 能力挑戰(zhàn)1. 某小組利用如下裝置研究“一定質(zhì)量氣體溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)與體積的關(guān)系保持內(nèi)部氣體溫度不變，1105，大氣壓強(qiáng)的負(fù)值p0”。p/105pa00.110.250.430.67V/mL109876如圖所示，帶刻度的注射器內(nèi)封閉了一定質(zhì)量的氣體，推動(dòng)活塞可以改變氣體體積V。實(shí)驗(yàn)所用氣壓計(jì)較特殊，測量的是注射器內(nèi)部和外部氣體壓強(qiáng)的差p。在多次改變體積后，得到如下數(shù)據(jù)：p/105pa/mL100.5-0.5-10.1（1）每次氣體的狀態(tài)調(diào)整

11、后，都要等一會(huì)兒再記錄數(shù)據(jù)，為什么？（2）作出p EQ F(1,V) 圖象。（3）根據(jù)你在（2）中作出的圖象，圖象與p軸的交點(diǎn)縱坐標(biāo)為 ，物理含義是 。6.6氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系（二） 玻意耳定律 學(xué)習(xí)目標(biāo)1、知道玻意耳定律的內(nèi)容及其滿足條件；2、理解等溫過程的微觀解釋。3、理解氣體等溫過程的P-V圖像的物理意義；4、能用玻意耳定律進(jìn)行相關(guān)計(jì)算； 重點(diǎn)和難點(diǎn)： 重點(diǎn)：知道玻意耳定律的內(nèi)容及其滿足條件；理解氣體等溫過程的P-V圖像的物理意義；難點(diǎn)：掌握玻意耳定律，并能用它解決實(shí)際問題。課前熱身1、玻意耳定律的適用條件？2、如何用分子動(dòng)理論來解釋玻意耳定律的微觀機(jī)制？3、舉例說明玻意耳定律在實(shí)際

12、生活中的應(yīng)用。 內(nèi)容框架 課堂演練1、體積變化導(dǎo)致壓強(qiáng)變化的微觀機(jī)制【例1】試從分子動(dòng)理論的角度解釋從分子動(dòng)理論的角度來說，氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁碰撞器壁的結(jié)果。當(dāng)一定質(zhì)量的氣體體積減小時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)撞擊單位面積的分子數(shù)增加，從而導(dǎo)致單位面積上受到的作用力增大，這樣氣體的壓強(qiáng)就會(huì)變大。玻意耳定律。2、等溫線【例1】如圖（a）和（b）所示，兩個(gè)圖線1、2分別代表一定質(zhì)量的氣體的兩個(gè)等溫變化過程。請?jiān)趫D（a）和（b）中分別判定哪一個(gè)等溫過程中的氣溫高，并說明理由（a）圖中1線溫度較高，因?yàn)橘|(zhì)量相同情況下，pV乘積較大的溫度高（b）圖中1線溫度較高，因?yàn)橘|(zhì)量相同情況下，壓強(qiáng)相同時(shí)體積較大的溫度

13、高?！纠?】如圖中A、B兩點(diǎn)代表一定質(zhì)量的氣體的兩個(gè)狀態(tài)，沿圖線從A到B的變化過程中，氣體的溫度如何變化從A到B，氣體溫度先升高，再降低。？【例3】1/V0pbacd如圖，各實(shí)線分別表示一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷的不同狀態(tài)變化過程，其中氣體溫度增大的過程為C2013學(xué)年徐匯二模6（ ）（A）ab（B）ba（C）bc（D）bd3、玻意耳定律的應(yīng)用自主活動(dòng) 【思考題】下圖是家用殺蟲劑罐的內(nèi)部構(gòu)造和使用示意圖，請分析其工作原理。應(yīng)用用玻意耳定律解題的步驟。搞清楚是否滿足溫度不變和氣體質(zhì)量不變的條件。選擇兩個(gè)不同的狀態(tài)。分別寫出這兩個(gè)狀態(tài)的壓強(qiáng)和體積的值。運(yùn)用公式P1V1=P2V2。運(yùn)算過程中不一定要統(tǒng)一

14、用國際單位，只要方程兩邊使用的單位相同就可以了。【例5】如圖所示，某種自動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)水時(shí)，與洗衣缸相連的細(xì)管中會(huì)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(jìn)水量。設(shè)溫度不變，洗衣缸內(nèi)水位升高，則細(xì)管中被封閉的空氣（ B2010年廣東理綜15）（A）體積不變，壓強(qiáng)變?。˙）體積變小，壓強(qiáng)變大（C）體積不變，壓強(qiáng)變大（D）體積變小，壓強(qiáng)變小。【例6】一個(gè)體積為V的沼氣泡從池塘底浮起,若水深為5m,沼氣泡從池底上升到水面時(shí),它的體積將變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦? (設(shè)水底和水面溫度相同,大氣壓強(qiáng)p0= 1.0105Pa,水的密度=1103kg/m3 ，g=10m/s2)【例7】如圖，氣缸放置

15、在水平平臺(tái)上，活塞質(zhì)量為10kg，橫截面積50cm2，厚度1cm，氣缸全長21cm，氣缸質(zhì)量20kg，大氣壓強(qiáng)為1105Pa，當(dāng)溫度為7時(shí)，活塞封閉的氣柱長10cm，若將氣缸倒過來放置時(shí)，活塞下方的空氣能通過平臺(tái)上的缺口與大氣相通。g取10m/s2求：氣柱多長？ 【例8】如圖是一個(gè)氣壓式熱水瓶，通過按下頂部活塞，可使水從出水口流出。若出水口與瓶內(nèi)水面的高度差為h，大氣壓強(qiáng)為p0，瓶內(nèi)氣體的體積為V，則活塞下降時(shí)，至少要使瓶內(nèi)氣體體積減少多少，才能有水流出出水口？ 課后作業(yè)1、如圖，一端開口、另一端封閉的玻璃管水平放置，管內(nèi)用水銀柱封閉了一定量的氣體。按圖示方式緩慢旋轉(zhuǎn)玻璃管至豎直狀態(tài)，該氣體的

16、A2016年上海會(huì)考33（ ）（A）壓強(qiáng)增大，體積減?。˙）壓強(qiáng)減小，體積減小（C）壓強(qiáng)增大，體積增大（D）壓強(qiáng)減小，體積增大2、如圖，開口向下的玻璃管豎直插在水銀槽中，管內(nèi)封閉了一定質(zhì)量的氣體，管內(nèi)液面高于水銀槽中液面。保持氣體溫度不變，緩慢地將玻璃管向下壓。能描述管內(nèi)氣體狀態(tài)變化過程的3、【p-V圖，2008上?！咳鐖D所示的實(shí)線為汽缸內(nèi)一定質(zhì)量的氣體由狀態(tài)1到狀態(tài)2的變化曲線，則在整個(gè)過程中汽缸內(nèi)氣體的溫度B2008年上海高考9（ ）（A）先增大后減?。˙）先減小后增大（C）單調(diào)變化（D）保持不變Odpcab1/V4、【p- EQ F(1,V) 圖】一定質(zhì)量的氣體經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化，其p-

17、1/V圖線如圖所示，變化順序由abcda，圖中ab線段延長線過坐標(biāo)原點(diǎn)，cd線段與p軸垂直，da線段與1/V軸垂直。氣體在此狀態(tài)變化過程中A2011學(xué)年盧灣一模15（ ）（A）ab，壓強(qiáng)減小、溫度不變、體積增大（B）bc，壓強(qiáng)增大、溫度降低、體積減?。–）cd，壓強(qiáng)不變、溫度升高、體積減?。―）da，壓強(qiáng)減小、溫度升高、體積不變5、一根底端封閉的均勻玻璃管豎直放置，管的頂部有l(wèi)=15厘米長的一段水銀柱與管口相平，管內(nèi)空氣長度L=35厘米，設(shè)大氣壓強(qiáng)為75厘米汞柱，求：（1）此時(shí)管內(nèi)空氣柱壓強(qiáng)（2）將玻璃管緩慢轉(zhuǎn)過90成水平放置，保持氣體溫度不變，管內(nèi)氣體長度為多少 ？6、（2004上海）如圖所

18、示，一端封閉、粗細(xì)均勻的薄壁玻璃管開口向下豎直插在裝有水銀的水銀槽內(nèi)，管內(nèi)封閉有一定質(zhì)量的空氣，水銀槽的截面積上下相同，是玻璃管截面積的5倍。開始時(shí)管內(nèi)空氣長度為6cm，管內(nèi)外水銀面高度差為50cm。將玻璃管沿豎直方向緩慢上移（管口末離開槽中水銀），使管內(nèi)外水銀面高度差變成60cm。（大氣壓相當(dāng)于75cmHg），求0.1，0.02m：（1）此時(shí)管內(nèi)空氣柱的長度；（2）水銀槽內(nèi)水銀面下降的高度。7、 如圖所示，截面均勻的U形玻璃細(xì)管兩端都開口，玻璃管足夠長，管內(nèi)有兩段水銀柱封閉著一段空氣柱，若氣柱溫度是270C時(shí)，空氣柱在U形管的左側(cè)，A、B兩點(diǎn)之間封閉著的空氣柱長為15cm，U形管底邊長CD=10cm，AC高為5cm。已知此時(shí)的大氣壓強(qiáng)為75cmHg。若保持氣體的溫度不變，從U形管左側(cè)管口處緩慢地再注入25cm長的水銀柱，則管內(nèi)空氣柱長度為多少？某同學(xué)是這樣解的：對AB部分氣體，初態(tài)p1=100cmHg，V1=15Scm3，末態(tài)p2=125cmHg，V2=LScm3，則由玻意耳定律