2022-2023學年新教材高中物理第二章氣體固體和液體2氣體的等溫變化課件新人教版選擇性必修第三冊

第二章氣體、固體和液體2．氣體的等溫變化課前預習反饋課內(nèi)互動探究課堂達標檢測目標體系構(gòu)建核心素養(yǎng)提升目標體系構(gòu)建【學習目標】1．知道氣體的等溫變化。2．在實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理過程中，體驗科學探究過程，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度與實事求是的科學精神。3．了解玻意耳定律，能用氣體等溫變化規(guī)律求解簡單的實際問題?！舅季S脈絡(luò)】課前預習反饋

1．等溫變化____________的某種氣體，在____________的條件下，其壓強與體積變化時的關(guān)系叫作氣體的等溫變化。一定質(zhì)量知識點1氣體的等溫變化溫度不變2．氣體等溫變化的規(guī)律的實驗探究(1)實驗器材：鐵架臺、__________、__________、壓力表(壓強表)等。注射器下端用橡膠套密封，上端用柱塞封閉一段空氣柱，這段__________是我們的研究對象。(2)數(shù)據(jù)收集：空氣柱的壓強p由上方的__________讀出，體積V用__________讀出的空氣柱長度l乘氣柱的橫截面積S。用手把柱塞向下壓或向上拉，讀出體積與壓強的幾組值。注射器橡膠套空氣柱壓力表刻度尺正比反比1．玻意耳定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強p與體積V成________。(2)公式：____________(常量)或______________。(3)適用條件：①氣體質(zhì)量不變、________不變。②氣體溫度不太低、壓強不太大。反比知識點2玻意耳定律pV＝C

p1V1＝p2V2

溫度雙曲線傾斜直線思考辨析『判一判』(1)在探究氣體壓強、體積、溫度三個狀態(tài)參量之間關(guān)系時采用控制變量法。 (

)(2)一定質(zhì)量的氣體，三個狀態(tài)參量中，至少有兩個改變。 (

)(3)公式pV＝C中的C是常量，指當p、V變化時C的值不變。 (

)√

√

√

(4)一定質(zhì)量的氣體壓強跟體積成反比。 (

)(5)一定質(zhì)量的某種氣體等溫變化的p－V圖像是通過原點的傾斜直線。 (

)(6)玻意耳定律適用于質(zhì)量不變，溫度變化的任何氣體。 (

)×

×

×

『選一選』各種卡通形狀的氫氣球，受到孩子們的喜歡，特別是年幼的小孩，小孩一不小心松手，氫氣球會飛向天空，上升到一定高度會脹破，是因為 (

)A．球內(nèi)氫氣溫度升高

B．球內(nèi)氫氣壓強增大C．球外空氣壓強減小

D．以上說法均不正確C

解析：以球內(nèi)氣體為研究對象，氣球上升時，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?！合胍幌搿挥檬裁捶椒梢允挂粋€凹癟的乒乓球恢復原狀？解析：將乒乓球放入熱水中，乒乓球內(nèi)的氣體在溫度升高時，內(nèi)部氣體分子平均動能增大，壓強增大，所以體積增大，使凹癟的乒乓球恢復原狀。課內(nèi)互動探究探究封閉氣體壓強的計算情景導入如圖所示，玻璃管中都灌有水銀，且水銀柱都處在平衡狀態(tài)，大氣壓相當于76cm高的水銀柱產(chǎn)生的壓強。(1)靜止或勻速運動系統(tǒng)中氣體的壓強，一般采用什么方法求解？(2)圖中被封閉氣體A的壓強各是多少？提示：(1)選與封閉氣體接觸的液柱(或活塞、汽缸)為研究對象進行受力分析，列平衡方程求氣體壓強。(2)①pA＝p0－ph＝71cmHg②pA＝p0－ph＝66cmHg③pA＝p0＋ph＝(76＋10×sin30°)cmHg＝81cmHg④pA＝p0－ph＝71cmHg

pB＝pA－ph＝66cmHg封閉氣體壓強的確定方法(1)容器處于平衡狀態(tài)時封閉氣體壓強的計算①依據(jù)連通器原理：在連通器中，同一液體(只有一種液體且液體不流動)的同一水平液面上的壓強相等。例如，圖中，同一水平液面C、D處壓強相等，故pA＝p0＋ph。要點提煉②參考液片法：選取假想的液體薄片(自身重力不計)為研究對象，分析液片兩側(cè)受力情況，建立平衡方程消去面積，液片兩側(cè)壓強相等，進而求得氣體壓強。例如，圖中，在其最低處取一液片B，由其兩側(cè)受力平衡可知(pA＋ρgh0)S＝(p0＋ρgh＋ρgh0)S，得pA＝p0＋ph。③力平衡法：選與封閉氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對象進行受力分析，由F合＝0列式求氣體壓強。(2)容器加速運動時封閉氣體壓強的計算：當容器加速運動時，通常選與氣體相關(guān)聯(lián)的活塞(汽缸)、液柱為研究對象進行受力分析，然后由牛頓第二定律列方程，求出封閉氣體的壓強。

(2021·山東省淄川中學高二下學期段考)如圖所示，一個橫截面積為S的圓筒形容器豎直放置，金屬圓板的上表面是水平的，下表面是傾斜的，下表面與水平面的夾角為θ，圓板的質(zhì)量為M，不計圓板與容器內(nèi)壁的摩擦。若大氣壓強為p0，則被圓板封閉在容器中的氣體的壓強等于 (

)典例1典例剖析D

解題指導：當由液體或固體(活塞)封閉一部分氣體，而且處于平衡狀態(tài)時，確定氣體的壓強，可以以封閉氣體的液體或固體為研究對象，分析其受力情況，由平衡條件列出方程，從而求得氣體的壓強。1．(2021·山東棲霞檢測)當大氣壓強為76cmHg時，如圖中四種情況下(圖中h＝10cm)被水銀封閉氣體的壓強分別為：(1)p甲＝______cmHg；(2)p乙＝________cmHg；(3)p丙＝______cmHg；(4)p丁＝______cmHg。對點訓練76

70.8

66

56

探究玻意耳定律的理解及應用情景導入在一個恒溫池中，一串串氣泡由池底慢慢升到水面，有趣的是氣泡在上升過程中，體積逐漸變大，到水面時就會破裂。請思考：(1)上升過程中，氣泡內(nèi)氣體的溫度發(fā)生改變嗎？(2)上升過程中，氣泡內(nèi)氣體的壓強怎么改變？(3)氣泡在上升過程中體積為何會變大？提示：(1)因為在恒溫池中，所以氣泡內(nèi)氣體的溫度保持不變。(2)變小。(3)由玻意耳定律pV＝C可知，壓強變小，氣體的體積增大。對玻意耳定律的理解及應用1．成立條件：玻意耳定律p1V1＝p2V2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。且壓強和氣體分子數(shù)密度不易過大。2．玻意耳定律的數(shù)學表達式pV＝C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。要點提煉3．應用玻意耳定律的思路和方法(1)確定研究對象，并判斷是否滿足玻意耳定律成立的條件。(2)確定初、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p1V1＝p2V2，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)果要刪去。如圖所示，一個上下都與大氣相通的直圓筒，內(nèi)部橫截面積為S＝0.01m2，中間用兩個活塞A和B密閉一定質(zhì)量的氣體。A、B都可沿圓筒無摩擦地上下滑動，且不漏氣。A的質(zhì)量不計，B的質(zhì)量為M，并與一勁度系數(shù)為k＝5×103N/m的較長的彈簧相連。已知大氣壓p0＝1×105Pa，平衡時兩活塞之間的距離l0＝0.6m，現(xiàn)用力壓A，使之緩慢向下移動一段距離后，保持平衡。此時用于壓A的力F＝500N，求活塞A下移的距離。典例2典例剖析解題指導：(1)因為是緩慢下移所以密閉氣體溫度不變。(2)應用玻意耳定律可以求出l。答案：0.3m規(guī)律總結(jié)：應用玻意耳定律解題時的兩個誤區(qū)誤區(qū)1：誤認為在任何情況下玻意耳定律都成立。只有一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時，定律成立。誤區(qū)2：誤認為氣體的質(zhì)量變化時，一定不能用玻意耳定律進行分析。當氣體經(jīng)歷多個質(zhì)量發(fā)生變化的過程時，可以分段應用玻意耳定律進行列方程，也可以把發(fā)生變化的所有氣體作為研究對象，保證初、末態(tài)的氣體的質(zhì)量、溫度不變，應用玻意耳定律列方程。2．粗細均勻的玻璃管長為12cm，一端封閉。一個人手持玻璃管(開口向下)潛入水中，當潛到水下某深度時看到水進入玻璃管口2cm，求管內(nèi)液面的深度(取水面上大氣壓強為p0＝1.0×105Pa，g＝10m/s2)。答案：2m對點訓練解析：確定研究對象為被封閉的一部分氣體，玻璃管下潛的過程中氣體的狀態(tài)變化可視為等溫變化，如圖所示。設(shè)管內(nèi)液面的深度為h，玻璃管的橫截面積為S，氣體的初、末狀態(tài)參量分別為初狀態(tài)：p1＝p0，V1＝0.12S，末狀態(tài)：p2＝p0＋ρgh，V2＝0.1S。由玻意耳定律得p1V1＝p2V2，探究氣體等溫變化的圖像情景導入提示：(1)T1＞T2

(2)T1＜T2要點提煉

(多選)如圖所示，是一定質(zhì)量的某種氣體狀態(tài)變化的p－V圖像，氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中，氣體的溫度和分子平均速率的變化情況的下列說法正確的是

(

)A．都一直保持不變B．溫度先升高后降低C．溫度先降低后升高D．平均速率先增大后減小典例3典例剖析BD

解題指導：(1)溫度是分子平均動能的標志，同種氣體溫度越高，分子平均動能越大，分子平均速率越大。(2)溫度越高，pV值越大，p－V圖像中等溫線離坐標原點越遠。解析：由圖像可知，pAVA＝pBVB，所以A、B兩狀態(tài)的溫度相等，在同一等溫線上，可在p－V圖上作出幾條等溫線，如圖所示。由于離原點越遠的等溫線溫度越高，所以從狀態(tài)A到狀態(tài)B溫度應先升高后降低，分子平均速率先增大后減小。故A、C錯誤，B、D正確。

方法總結(jié)：(1)不同的等溫線溫度不同，越靠近原點的等溫線溫度越低，越遠離原點的等溫線溫度越高。(2)由不同等溫線的分布情況可以判斷溫度的高低。3．(多選)如圖所示，圖線1和2分別表示一定質(zhì)量的氣體在不同溫度下的等溫線。對點訓練下列說法正確的是 (

)A．圖線1對應的溫度高于圖線2B．圖線1對應的溫度低于圖線2C．氣體由狀態(tài)A沿圖線1變化到狀態(tài)B的過程中，分子間平均距離增大D．氣體由狀態(tài)A沿圖線1變化到狀態(tài)B的過程中，分子間平均距離減小解析：p－V圖像中，圖線1在圖線2外側(cè)，其對應溫度較高，圖線1中，氣體由狀態(tài)A變?yōu)锽為等溫膨脹過程，體積增大，氣體分子間的平均距離將增大，故A、C正確。AC

核心素養(yǎng)提升探究氣體等溫變化規(guī)律的實驗1．保證氣體質(zhì)量不變的方法：實驗前在柱塞上涂好潤滑油，以免漏氣。2．保證氣體溫度不變的方法：(1)改變氣體體積時，要緩慢進行。(2)實驗操作時不要觸摸注射器的空氣柱部分。

(2021·上海市建平中學高二下學期期中)用DIS研究一定質(zhì)量氣體在溫度不變時，壓強與體積關(guān)系的實驗裝置如圖甲所示，實驗步驟如下：案例(1)把注射器活塞移至注射器中間位置，將注射器與壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機逐一連接。(2)移動活塞，記錄注射器的刻度值V，同時記錄對應的由計算機顯示的氣體壓強值p。在注

射器活塞上涂潤滑油移動活塞要緩慢不能用手握住注射器封閉氣體部分注射器與壓強傳感器連接部位的氣體體積解析：(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在注射器活塞上涂潤滑油。這樣可以保持氣密性。(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移動活塞要緩慢；不能用手握住注射器封閉氣體部分。這樣能保證裝置與外界溫度一樣。(3)如果實驗操作規(guī)范正確，但圖線不過原點，則V0代表注射器與壓強傳感器連接部位的氣體體積。課堂達標檢測1．(2021·山西晉中平遙中學高二月考)豎直倒立的U形玻璃管一端封閉，另一端開口向下，如圖所示，用水銀柱封閉一定質(zhì)量的理想氣體，在保持溫度不變的情況下，假設(shè)在管子的D處鉆一小孔，則管內(nèi)被封閉的氣體壓強p和氣體體