滬科版高中物理高一第二學期-第六章-B-氣體的壓強和體積的關系學案(無答案)

氣體的壓強與體積的關系【學習目標】知道氣體的三個狀態(tài)參量：體積、溫度和壓強。理解一定質量的氣體在溫度不變的情況下壓強與體積的乘積是一個常量。通過探究溫度不變時一定質量的氣體壓強與體積關系的實驗探究，認識控制量、歸納法等科學方法，并在探究過程中養(yǎng)成認真、嚴謹的科學習慣。【學習重難點】1．氣體壓強產生的原因2．描述氣體狀態(tài)的三個物理量【學習過程】一、要點辨析1．氣體壓強產生的原因從分子動理論觀點來看，氣體的壓強是大量氣體分子對器壁不斷碰撞的平均效果。單位體積內分子數越多，單位時間內與單位面積器壁碰撞的分子數越多，壓強越大；氣體溫度高，則分子的平均動能大，分子運動越劇烈。因為溫度升高，一方面使單位時間內碰到器壁單位面積上的分子數增多，另一方面也使一個分子與器壁碰撞一次時對器壁的平均作用力增大，使壓強增大。所以氣體壓強的大小從宏觀上看與溫度和氣體的密度有關，從微觀上看與單位體積的分子數和分子平均速度的大小有關。2．描述氣體狀態(tài)的三個物理量我們可以把物理量分為狀態(tài)量和過程量兩類。狀態(tài)量是用來描述某一時刻研究對象所表現(xiàn)出來的物理特性，如物體的瞬時速度是描述物體在某一時刻運動快慢的物理量，它就是一個狀態(tài)量。本章引進的氣體的溫度、壓強和體積等物理量，也都是狀態(tài)量。一定質量氣體的狀態(tài)發(fā)生變化，就意味這三個狀態(tài)量中至少有兩個發(fā)生了變化。過程量是指描述某一物理過程的物理量，如某段位移上力對物體所做的功就是一個過程量。二、例題分析【例1】如圖所示，一個橫截面積為S的圓筒形容器，豎直放置，活塞A的質量為m。若不計活塞與容器內壁之間的摩擦，大氣壓強為p0，則被活塞封閉在容器中的氣體壓強p等于多少？【分析】分析氣體壓強，一般情況下都是分析與氣體直接關聯(lián)的活塞、氣缸或汞柱的受力情況，圖中的活塞實際上受到圖中所示的三個力作用，再通過物體的平衡條件建立關系，就可以求出氣體的壓強?！窘獯稹扛鶕Q直方向的受力平衡條件，得pS＝p0S＋mg，所以p＝p0＋EQ\F(mg,S)?！纠?】U形管內充有空氣，在其管口將質量均為m的兩個活塞用外力維持在同一高度h處，如圖所示。左管橫截面積為2S，右管以及底部管的橫截面積均為S，底部管的長度為3h，管內空氣壓強等于大氣壓p0.現(xiàn)撤消外力放開活塞，求兩個活塞的穩(wěn)定高度。（不計活塞與管壁間的摩擦，且活塞的厚度大于水平管的直徑；管內氣體溫度不變；初位置時，活塞的上表面與管口相平齊）【分析】剛開始由于U形管內的氣體壓強與外界壓強相同，撤銷外力后左右兩端的活塞一定會向下移動，從而使內部氣體壓強增大。當氣體壓強增大到一定量時，一個活塞開始處于受力平衡，另一個活塞不可能平衡，繼續(xù)下降，直到與U形管的底部接觸。【解答】為了判斷哪個活塞先達到平衡，分別假設左右兩個活塞在接觸底部前就平衡了，則可得到左邊：p2S＝p02S＋mg，所以，p＝p0＋EQ\F(mg,2S)。右邊：pS＝p0S＋mg，所以，p＝p0＋EQ\F(mg,S)。顯然是左端首先達到平衡，左端活塞在達到平衡后就不再下落，而右端活塞繼續(xù)下落。隨著右端活塞下落，左端活塞上升至穩(wěn)定位置。穩(wěn)定后右端活塞靜止在U形管的底部。設左端活塞平衡時距底部x高，則有p1＝p0，V1＝h×2S＋hS＋3hS＝6hS。（釋放活塞前）p2＝p0＋EQ\F(mg,2S)，V2＝x2S＋3hS。（活塞穩(wěn)定后）由于氣體做等溫變化，滿足玻意耳定律，有p1V1＝p2V2所以x＝EQ\F(6p0hS－3mgh,4p0S＋2mg)三、基本訓練A組1．如圖（a）、（b）所示，一根玻璃管的左端用橡皮膜密封，管內有一個可以自由推拉的活塞。當緩慢拉出活塞時，被封閉在管內的氣體的哪些物理量在發(fā)生變化？如何變化？下列說法中不正確的是（）。（A）封閉在容器的一定量氣體的體積等于這些氣體分子所能到達的空間的體積（B）封閉在容器的一定量氣體的壓強是由組成這些氣體的所有分子受到的重力而產生（C）封閉在容器的一定量氣體的質量等于組成這些氣體的所有分子的質量之和（D）氣體溫度的高低反映了大量分子無規(guī)則運動的劇烈程度2．做托里拆利實驗時，大氣壓將汞面壓到管內h高處，汞柱上方為真空。若將玻璃管稍稍向下移動，則管內汞柱的高度h將________（選填“增大”“減小”或“不變”）；若玻璃管頂部突然破裂，則管內汞面將________（選填“向上”“向下”或“不動”）。3．一定質量的氣體，在溫度不變的情況下，體積變?yōu)樵瓉眢w積的2倍，則氣體的壓強變?yōu)樵瓉淼腳_______，氣體密度變?yōu)樵瓉淼腳_______。4．如圖所示，某人用托里拆利管做測定大氣壓強的實驗時。由于管內漏進了空氣，測得管內汞柱的高度僅為70cm，但當時的實際大氣壓強為一個標準大氣壓（相當于76厘米高的汞柱產生的壓強）。今采用下述哪種方法，可使管內、外汞面的高度差大于70cm（）。（A）把托里拆利管逐漸傾斜（管子露出部分長度不變）（B）把托里拆利管慢慢向上提，但下端不離開汞槽（C）保持裝置不動，往汞槽內加汞，以增大壓強（D）整個裝置豎直向上做加速運動5．如圖所示，U形管處于豎直平面內，管內和瓶內都裝有汞，外界大氣壓相當于76厘米高的汞柱產生的壓強，瓶塞塞緊，不漏氣。由圖中所示尺寸知，瓶內（管外）氣體的壓強相當于（）。（A）66厘米高的汞柱產生的壓強（B）76厘米高的汞柱產生的壓強（C）86厘米高的汞柱產生的壓強（D）條件不足，不能確定6．如圖所示，一汽缸豎直倒放，汽缸內有一質量不可忽略的活塞，將一定質量的理想氣體封在氣缸內，活塞與氣缸壁無摩擦，氣體處于平衡狀態(tài)。現(xiàn)保持溫度不變把氣缸稍微傾斜一點，在達到平衡后，與原來相比，則（）。（A）氣體的壓強保持不變 （B）氣體的壓強變?。–）氣體的體積保持不變 （D）氣體的體積變小7．如圖所示，一玩具手槍用一個粗細均勻的圓管做成，前端用一塞子B塞住，后端有一個可滑動的活塞A，管壁上C處有一小孔，小孔距塞子B為25cm，管的橫截為1．2cm2．現(xiàn)將活塞A向B緩慢移動，當活塞A移動到距離B端10cm時，活塞B被彈出。若大氣壓強為1×105Pa，且溫度保持不變，則塞子彈出時作用在活塞A上的力F為________。B組一個滴管，其尾部套有一個彈性橡膠球。先把滴管的玻璃嘴放入水中，然后擠壓釋放橡膠球，使水進入滴管內部。圖中滴管內部的液面高出器皿內的液面0.15m，那么橡膠球內氣體的壓強是多少（設大氣壓p0＝1．0×105Pa）？如果把這套裝置移到高山上，滴管吸水的效果有什么變化？為什么？在一只錐形瓶中放入一個氣球，把氣球的開口翻在錐形瓶的瓶頸上，如圖所示。然后向氣球吹氣，將會發(fā)生什么現(xiàn)象？為什么？

【小實驗】吹氣千斤頂如圖所示，把一疊書放在一個家用一次性塑料袋上面，通過一根麥管向里吹氣，就可以把書頂翻。做一做，并說明道理。有同學在做“研究溫度不變時氣體的壓強跟體積的關系”實驗時，用連接計算機的壓強傳感器直接測得注射器內氣體的壓強值；如圖所示，緩慢推動活塞，使注射器內空氣柱從初始體積20.0mL變?yōu)?2．0mL。實驗共測了5次，每次體積值直接從注射器的刻度上讀得并輸入計算機，同時由壓強傳感器測得對應體積的壓強值，實驗完成后，汁算機屏幕上立刻顯示出如下表中所示的實驗結果。序號V/mLp/×105PapV/×105Pa·ml120.01．001020.020218．01．095219．714316．01．231319．701414．01．403019．642512．01．635119．621（1）仔細觀察不難發(fā)現(xiàn)，pV/×105Pa·ml一欄中的數值越來越小，造成這一現(xiàn)象的可能原因是（）（A）實驗時注射器活塞與筒壁間的摩擦力不斷增大（B）實驗時環(huán)境溫度增大了（C）實驗時外界大氣壓強發(fā)生了變化（D）實驗時注射器內的空氣向外發(fā)生了泄漏（2）根據你在（1）中的選擇，說明為了減小誤差，應采取的措施是_____________________。五、學生實驗【實驗八】用DIS研究溫度不變時，一定質量的氣體壓強與體積的關系。1．實驗目的探究一定質量的氣體在溫度不變的情況下，壓強與體積之間的關系。2．實驗器材DIS（壓強傳感器、數據采集器、計算機等）、注射器等。3．實驗方案設計我們知道一定質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，那么氣體的壓強便會隨之發(fā)生變化。請同學們猜想一下它們間可能會是怎樣的變化？并畫出函數圖像。_______________________________________________________。供參考的實驗步驟如下：（1）實驗裝置如圖所示，將壓強傳感器與數據采集器相連。（2）開啟電源，運行DIS應用軟件，點擊實驗條目中的“研究溫度不變時，一定質量氣體的壓強與體積的關系”，軟件界面如圖所示：（3）點擊“開始記錄”，觀察壓強傳感器所測得的大氣壓強值。（4）將注射器的活塞置于初始位置（如11cm處），并與壓強傳感器探測口連接。（5）在數據表格中輸入活塞初始位置所對應的氣體體積值。點擊“記錄數據”，記錄此刻針筒中密閉氣體的壓強值。（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，同時記錄該體積所對應的壓強值，獲得多組壓強數據。（7）點擊“p-V繪圖”，計算機根據數據點繪出“壓強-體積”關系圖線。（8）點擊“p-EQ\F(1,V)繪圖”，計算機繪出“壓強-體積的倒數”關系圖線。4．請在圖表中記錄壓強和體積的數據，并描繪p和V的關系圖5．實驗結論（1）從壓強和體積的乘積值可得出什么結論？_______________________________________________________________________。（2）從兩條圖線可總結出壓強和體積是什么關系？______________