2019高考物理總練習(xí)教學(xué)案第42講-氣體的狀態(tài)和狀態(tài)參量

2019高考物理總練習(xí)教學(xué)案第42講-氣體的狀態(tài)和狀態(tài)參量12.1氣體的狀態(tài)和狀態(tài)參量12.2氣體壓強、體積和溫度的關(guān)系【一】教學(xué)目標(biāo)1、在物理知識方面要求：〔1〕知道氣體的溫度、體積和壓強是描述氣體狀態(tài)的狀態(tài)參量；〔2〕理解氣體的溫度、體積和壓強的物理意義；〔3〕知道氣體的壓強是大量氣體分子頻繁碰撞器壁而產(chǎn)生的；〔4〕會用水銀壓強計測量密閉氣體的壓強；〔5〕會計算氣體的壓強。2、通過研究描述氣體狀態(tài)的三個參量，明確本章的中心課題和研究方法，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性?！径恐攸c、難點分析1、氣體的壓強是重點，因為它是以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程的基礎(chǔ)。所以要讓學(xué)生理解壓強概念的物理意義，知道壓強的單位，會計算氣體的壓強，會用水銀壓強計測定氣體的壓強。2、正確確定密閉氣體的壓強是難點，特別是U形管中氣體的壓強。受重力—壓力—壓強這樣的推理邏輯的影響，學(xué)生在理解氣體壓強產(chǎn)生時會感到困惑?！救拷叹?、演示氣體壓強的大小水銀氣壓計〔U形管的底部用乳膠管連接，B管為可活動的〕。2、氣體壓強的模擬實驗氣體分子運動模擬實驗器。四】主要教學(xué)過程〔一〕引入新課在研究機械運動時，物體的位置、速度確定了，物體的運動狀態(tài)就確定了。當(dāng)研究對象轉(zhuǎn)換為氣體時，描述氣體的狀態(tài)，顯然不能再用位置、速度這樣的物理量了。那么應(yīng)該用什么物理量來描述氣體的狀態(tài)呢？舉例：凹陷的乒乓球被熱水一澆，恢復(fù)原狀；充好氣的氣球，放在暖氣片上會爆裂；自行車內(nèi)胎在夏天時容易爆胎；氣體被壓縮；壓縮氣體突然膨脹；通過學(xué)生舉出的眾多實例，分析得出：對于一定質(zhì)量的某種氣體，描述其狀態(tài)的物理量有溫度、體積和壓強?！捕辰虒W(xué)過程設(shè)計1、溫度〔1〕對溫度物理意義的認(rèn)識宏觀：溫度表示物體的冷熱程度。微觀：溫度標(biāo)志著物體內(nèi)部分子無規(guī)那么運動的劇烈程度；溫度是物體分子平均動能的標(biāo)志。〔2〕溫度與溫標(biāo)溫標(biāo)即溫度的數(shù)值表示法。攝氏溫標(biāo)一一攝氏溫度t熱力學(xué)溫標(biāo)——熱力學(xué)溫度T2、氣體的體積〔1〕氣體體積是指氣體分子充滿的空間，即容器的容積。2〕這個容積不是氣體分子本身的體積之和，氣體分子之間是有空隙的?！?〕氣體的體積用字母V表示。4〕國際單位制單位m3、dm3、cm31L=10-3m3=1dm33、氣體的壓強〔1〕用水銀壓強計測容器中氣體的壓強請同學(xué)們討論一下：假設(shè)實驗顯示的是圖甲所示的情況，那么容器中的氣體壓強比外界大氣壓是大還是小？寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式。假設(shè)實驗顯示的是圖乙所示的情況，那么容器中的氣體壓強比外界大氣壓是大還是小？寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式。這里用p表示大氣壓強，p表示容器中氣體的壓強，h表示兩個水銀面的高0度差，p表示高度為h的水銀柱產(chǎn)生的壓強，引導(dǎo)學(xué)生寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式：h圖甲p=p+p0h圖乙p=p-p0h〔2〕氣體的壓強是怎樣產(chǎn)生的？舉例1用一小把針刺手心，隨著針刺頻率的增加，手心的感覺會有什么變化？舉例2氣體分子運動模擬實驗器，定性模擬大量氣體分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生持續(xù)的均勻壓力，形成對器壁的壓強。舉例3大量密集的雨點接連不斷地打在雨傘上，對傘面產(chǎn)生一個持續(xù)的壓力。在對上述舉例討論、觀察后，引導(dǎo)學(xué)生歸納出氣體壓強的產(chǎn)生原因：大量氣體分子對器壁的頻繁碰撞，形成了對器壁的壓強。〔3〕什么因素決定一定質(zhì)量的氣體壓強的大??？〔引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析、歸納〕Hill機釉川II|「nrmi浮動板鋼球活塞Hill機釉川II|「nrmi浮動板鋼球活塞電壓調(diào)節(jié)旋鈕）（乙〕振動活塞，鋼球使浮動板升高（甲［放入鋼球分子的密度〔單位體積內(nèi)的分子數(shù)〕分子密度越大，在單位時間內(nèi)器壁的單位面積上受到的分子撞擊次數(shù)就越多，產(chǎn)生的壓強也就越大。而氣體的分子密度由氣體的摩爾數(shù)和氣體的體積所決定。分子的平均速率一一分子運動越劇烈，平均速率越大，那么在單位時間內(nèi)器壁單位面積上受到分子撞擊的次數(shù)越多，而且每次撞擊的作用也越大，氣體的壓強也就越大。而氣體分子的平均速率是由氣體的溫度反映的。結(jié)論：對于一定質(zhì)量的氣體，體積和溫度是決定氣體壓強的因素?！?〕大氣壓強是怎樣產(chǎn)生的？實驗和理論證明：大氣層中的氣體，其單位體積內(nèi)的分子數(shù)是隨高度而遞減的；大氣層中不同高度的氣體，分子密度不同和溫度不同，產(chǎn)生的大氣壓強也就不同；分子的頻繁碰撞——大氣壓強產(chǎn)生的原因。舉例一只空杯子，在杯口輕輕地蓋上一張小紙片，說明你將會看到的現(xiàn)象并說明其原因。4、氣體的狀態(tài)與狀態(tài)的變化〔1〕對于一定質(zhì)量的氣體，如果溫度、體積和壓強都不變，就說氣體處于一定的狀態(tài)中?！?〕如果三個量都變了，或其中兩個量變了，就說氣體的狀態(tài)變了。〔3〕三個量中只有一個量改變而其他兩個量不改變的情況不會發(fā)生。5、研究方法〔1〕通過實驗；〔2〕先研究一定質(zhì)量的氣體溫度保持不變時，壓強和體積的關(guān)系；體積保持不變時壓強與溫度的關(guān)系；〔3〕在上述研究的基礎(chǔ)上，歸納出三個量都發(fā)生變化時遵循的規(guī)律?！疚濉空n堂小結(jié)1、氣體的溫度、體積和壓強是描述氣體狀態(tài)的狀態(tài)參量；2、氣體的壓強是大量氣體分子頻繁地碰撞器壁而產(chǎn)生的；3、一定質(zhì)量的氣體的壓強是由氣體的體積和溫度決定的；4、用實驗的方法和歸納法研究三個狀態(tài)參量變化時的互相關(guān)聯(lián)。六、說明1、教材中提到“對一定質(zhì)量的氣體來說，如果溫度、體積和壓強這三個量都不改變，我們就說氣體處于一定的狀態(tài)中”。這個“狀態(tài)”指的是熱動平衡態(tài)。當(dāng)一定質(zhì)量的氣體處在外界條件不變的情況下，表征它的宏觀狀態(tài)的物理量，如溫度、體積、壓強等，保持不變，可被測定，氣體就處于熱動平衡態(tài)。12.2氣體壓強、體積和溫度的關(guān)系【一】教學(xué)目標(biāo)1、使學(xué)生明確理想氣體的狀態(tài)應(yīng)由三個參量來決定，其中一個發(fā)生變化，至少還要有一個隨之變化，所以控制變量的方法是物理學(xué)研究問題的重要方法之一、2、要求學(xué)生通過討論、分析，總結(jié)出決定氣體壓強的因素，重點掌握壓強的計算方法，使學(xué)生能夠靈活運用力學(xué)知識來解決熱學(xué)問題、二】教學(xué)重點、難點分析1、一定質(zhì)量的某種理想氣體的狀態(tài)參量p、V、T確定后，氣體的狀態(tài)便確定了，在這里主要是氣體壓強的分析和計算是重點問題，在氣體實驗定律及運用氣態(tài)方程的解題過程中，多數(shù)的難點問題也是壓強的確定、所以要求學(xué)生結(jié)合本專題的例題和同步練習(xí)，分析總結(jié)出一般性的解題方法和思路，使學(xué)生明確：壓強的分析和計算，其實質(zhì)仍是力學(xué)問題，還是需要運用隔離法，進(jìn)行受力分析，利用力學(xué)規(guī)律〔如平衡〕列方程求解、2、三個氣體實驗定律從實驗思想、內(nèi)容到解題的方法、步驟上均有很多相似之處，復(fù)習(xí)時不要全面鋪開，沒有重點、應(yīng)以玻-馬定律為重點內(nèi)容，通過典型例題的分析，使學(xué)生學(xué)會抓共性，掌握一般的解題思路及方法，提高他們的科學(xué)素養(yǎng)、【三】教學(xué)過程設(shè)計〔一〕氣體的狀態(tài)參量一定質(zhì)量m的某種〔摩爾質(zhì)量M—定〕理想氣體可以用力學(xué)參量壓強〔p〕、幾何參量體積〔V〕和熱學(xué)參量溫度〔T〕來描述它所處的狀態(tài)，當(dāng)p、V、T一定時，氣體的狀態(tài)是確定的，當(dāng)氣體狀態(tài)發(fā)生變化時，至少有兩個參量要發(fā)生變化、1、壓強〔p〕我們學(xué)過計算固體壓強的公式P=F/S,計算液體由于自重產(chǎn)生的壓強用p=pgh，那么〔1〕對密閉在容器中的一定質(zhì)量的氣體的壓強能否用上述公式計算呢？〔2〕密閉氣體的壓強是如何產(chǎn)生的呢？和什么因素有關(guān)？〔3〕密閉氣體的壓強如何計算呢？通過下面的幾個例題來分析總結(jié)規(guī)律、學(xué)生活動回答以下問題：〔1〕不能、〔2〕是由于大量的氣體分子頻繁的碰撞器壁而形成的，和單位時間內(nèi)、單位面積上的分子的碰撞次數(shù)有關(guān)，次數(shù)越多，產(chǎn)生的壓強越大，而碰撞次數(shù)多，需單位體積內(nèi)的分子數(shù)多，所以和單位體積內(nèi)的分子數(shù)有關(guān)；還和碰撞的強弱有關(guān)，氣體的溫度越高，分子熱運動越劇烈，對器壁的撞擊越強、［例1］在一端封閉粗細(xì)均勻的豎直放置的U形管內(nèi)，有密度為p的液體封閉著兩段氣柱A、B，大氣壓強為po，各部分尺寸如圖2-1-1所示，求A、B氣體的壓強、圖2-1-1學(xué)生討論例題1、讓學(xué)生在黑板上列出不同的解法，典型解法如下：解法1：取液柱hi為研究對象、設(shè)管的橫截面積為S,hi受到向下的重力pgShi,A氣體向下的壓力paS，大氣向上的壓力poS，因為hi靜止，所以pAS+pgSh1=p0SpA=po-pghi再取液柱h2為研究對象，由帕斯卡定律，h2上端受到A氣體通過液體傳遞過來的向下的壓力PAS,B氣體向上的壓力pbS，液柱自身重力pgSh2，由于液柱靜止，那么pAS+pgSh2=pBSpB=po-pghi+pgh2解法2：求pb時，由連通器的知識可知，同種液體在同一水平面上的壓強處處相等，取同一水平面CD，那么pA=pBS-pgh2pB=po-pghi+pgh2在教師的引導(dǎo)下同學(xué)們總結(jié)：⑴氣體自重產(chǎn)生的壓強很小，一般忽略不計；〔2〕對密閉氣體，帕斯卡定律仍適用；〔3〕當(dāng)整個系統(tǒng)處于靜止或勻速運動中時，氣體的壓強可以用力的平衡的方法求解，也可以運用連通器的原理，找等壓面的方法求解、［例2］如圖2-1-2所示，一圓形氣缸靜置于水平地面上，氣缸質(zhì)量為M,活塞質(zhì)量為m活塞面積為S,大氣壓強是po、現(xiàn)將活塞緩慢上提，求氣缸剛離開地面時，氣缸內(nèi)氣體的壓強〔不計摩擦〕、ZZXZZZAzzzz/zz圖2-1-2此題涉及到活塞、氣缸、密閉氣體，以誰為研究對象呢？活塞緩慢移動的含義是什么？氣缸剛離開地面是什么意思？對例題2學(xué)生討論大致有兩種觀點：1、以活塞為研究對象，活塞受向上的外力F、自身的重力mg、大氣向下的壓力POS、封閉氣體向上的壓力pS，因為活塞緩慢移動，所以可以認(rèn)為活塞的每個態(tài)均為平衡態(tài)，那么F+pS=mg+p0S〔1〕F、p均是未知數(shù)，還需另立方程、再以整體為研究對象，受向上的外力F、自身的重力〔M+m〕g、地面的支持力N、系統(tǒng)是否受大氣的壓力呢？討論結(jié)果：受，但是因為整個系統(tǒng)上下左右均受到大氣的作用，所以分析受力時可不考慮、系統(tǒng)靜止，所以F+N=〔M+m〕g當(dāng)氣缸剛離開地面時，N=0，F(xiàn)=〔M+m〕g〔2〕將〔2〕代入〔1〕得p=p0-Mg/S2、以氣缸為研究對象，氣缸受自身向下的重力Mg、封閉氣體向上的壓力pS、地面的支持力N、大氣對氣缸底部向上的壓力poS、〔學(xué)生對氣缸上面是否受大氣壓力產(chǎn)生疑問、經(jīng)過討論學(xué)生認(rèn)識到氣缸上方和它作用的是封閉氣體，大氣是作用在活塞上的、〕氣缸靜止，那么Mg+pS=N+poS當(dāng)氣缸剛離開地面時，N=0，得p=po-Mg/S團(tuán)2-1-3［例3］如圖2-1-3所示，粗細(xì)均勻開口向上的直玻璃管內(nèi)有一段長為h、密度為p的水銀柱，封閉了一段氣體，當(dāng)整個裝置處于向下加速〔加速度為a〕的電梯中時，氣體的壓強是多少？假設(shè)電梯向上加速呢？通過上面的三個例題，請同學(xué)們歸納總結(jié)計算氣體壓強的一般思路和方法、學(xué)生解答例題3：以水銀柱為研究對象，受重力pgSh、大氣向下的壓力poS、氣體向上的壓力pS,因為系統(tǒng)向下加速，由牛頓第二定律，pgSh+p0S-pS=pShap=po+p〔g-a〕h討論：假設(shè)a=g，即系統(tǒng)做自由落體運動時〔完全失重〕，p=po同理，向下加速時，p=po+p〔g+a〕h學(xué)生歸納一般解題思路：1、確定研究對象：活塞、氣缸、液柱等、2、進(jìn)行正確的受力分析、3、根據(jù)規(guī)律列方程，例如平衡條件、牛頓定律等、4、解方程并對結(jié)果進(jìn)行必要的討論、2、體積〔V〕：氣體分子所能充滿的空間，假設(shè)被裝入容器那么氣體的體積=容器的容積、3、溫度〔T〕：溫標(biāo)：一般有攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)，它們的關(guān)系是什么？T=t+273，-273°C=0K，AT二At（二）氣體壓強、體積和溫度的關(guān)系提問：研究氣體的三個參量的主要的思想是什么？答：控制變量的方法、對一定質(zhì)量的某種氣體，其狀態(tài)由P、V、T三個參量來決定，如果控制T不變，研究p-V間的關(guān)系；如果控制V不變，研究p-T間的關(guān)系；如果控制p不變，研究V-T間的關(guān)系、1、壓強和體積的關(guān)系〔1〕內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變時，體積越大，壓強越??；體積越小，壓強越大?！?〕表達(dá)式：p*1/v內(nèi)容是：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變時，壓強與體積成反比、微觀解釋：從分子動理論的角度來說，氣體的壓強是大量氣體分子頻繁碰撞器壁的結(jié)果。由于溫度不變，分子平均動能不變；體積減小，氣體分子密度增大，單位體積內(nèi)的分子數(shù)越多，壓強就越大、2、壓強和溫度的關(guān)系〔1〕內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變時，溫度越高，壓強越大；溫度越低，壓強越小。〔2〕表達(dá)式：p*T內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在壓強不變的情況下，它的體積和熱力學(xué)溫標(biāo)成正比、微觀解釋：從分子動理論的角度來說，溫度越高，分子運動的平均分子動能越大，氣體內(nèi)部壓強也就越大；反之，溫度越低，分子運動的平均分子動能越小，氣體內(nèi)部的壓強也就越小。3、氣體壓強、體積和溫度的關(guān)系前面已經(jīng)學(xué)過，對于一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)可用三個狀態(tài)參量p、V、T來描述，且知道這三個狀態(tài)參量中只有一個變而另外兩個參量保持不變的情況是不會發(fā)生的。換句話說：假設(shè)其中任意兩個參量確定之后，第三個參量一定有唯一確定的值。它們共同表征一定質(zhì)量理想氣體的唯一確定的一個狀態(tài)。根據(jù)這一思想，我們假定一定質(zhì)量的理想氣體在開始狀態(tài)時各狀態(tài)參量為〔p，V，T〕，111經(jīng)過某變化過程，到末狀態(tài)時各狀態(tài)參量變?yōu)椤瞤，V，T〕，這中間的變化過222程可以是各種各樣的，現(xiàn)假設(shè)有兩種過程：第一種：從〔p，V，T〕先等溫并使其體積變?yōu)閂，壓強隨之變?yōu)閜，此中1112c間狀態(tài)為〔p，V，T〕再等容并使其溫度變?yōu)門,那么其壓強一定變?yōu)閜，那么c2122末狀態(tài)〔p，V，T〕。222

第二種：從