全優(yōu)課堂·物理·選擇性必修第三冊(粵教版)·課件 第2章　第1節(jié) 氣體實驗定律(Ⅰ)

第二章氣體、液體和固體①物理觀念：通過對固體、液體和氣體內(nèi)容的學習，讓學生了解固體、液體和氣體的微觀結(jié)構(gòu)，完善學生對物質(zhì)的認識，幫助學生形成相對完整、科學的物理觀念．②科學思維：能認識建構(gòu)理想氣體模型的必要性，能在一定條件下應(yīng)用理想氣體模型分析和研究實際氣體的問題，能用等溫、等壓、等容的理想過程正確認識和分析現(xiàn)實生活中的氣體狀態(tài)變化．③科學探究：應(yīng)通過觀察生活現(xiàn)象和實驗，探究氣體等溫、等壓、等容變化過程中其他兩個狀態(tài)參量的變化規(guī)律，能選用合適的器材，獲得數(shù)據(jù)；能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，形成結(jié)論．④科學態(tài)度與責任：能認識到固體、液體和氣體知識在實際中的應(yīng)用，能用氣體實驗定律解釋生產(chǎn)、生活中的一些現(xiàn)象，解決一些實際問題．本章重點

①理解氣體等溫、等壓、等容變化規(guī)律；②固體和液體的性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)．本章難點

①會用玻意耳定律、查理定律和蓋-呂薩克定律解決實際問題；②根據(jù)圖像分析氣體狀態(tài)的變化；③學會用晶體的微觀結(jié)構(gòu)特點來解釋晶體外形的規(guī)則性和物理性質(zhì)的各向異性；④理解浸潤和不浸潤的概念，會分析其產(chǎn)生的原因．第一節(jié)氣體實驗定律(Ⅰ)

1．理解一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下壓強與體積的關(guān)系．2．學會通過實驗的方法研究問題，探究物理規(guī)律，學習用電子表格與圖像對實驗數(shù)據(jù)進行處理與分析，體驗科學探究過程．3．理解氣體等溫變化的p－V圖像的物理意義．4．學會用玻意耳定律計算有關(guān)問題．課前?自主預習探究氣體等溫變化規(guī)律1．實驗器材鐵架臺、_________、_________、壓力表(氣壓計)等．注射器下端用橡膠塞密封，上端用活塞封閉一段空氣柱，這段_________是我們的研究對象．注射器橡膠塞空氣柱2．數(shù)據(jù)收集空氣柱的壓強p由上方的_________讀出，體積V等于_________讀出的空氣柱的長度l乘以空氣柱的橫截面積S．用手把活塞向下壓或向上拉，讀出體積與壓強的幾組值．壓力表刻度尺正比反比玻意耳定律1．內(nèi)容一定質(zhì)量的氣體，在溫度保持不變的情況下，其壓強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pV＝cp1V1＝p2V2溫度等溫圖像(p－V圖像)1．等溫過程氣體在溫度不變的情況下發(fā)生的狀態(tài)變化過程．2．p－V圖像等溫變化中，一定質(zhì)量氣體的p－V圖像為_____________________，如圖甲所示．雙曲甲線中的一支傾斜直線課堂?重難探究實驗探究氣體等溫變化的規(guī)律一定質(zhì)量的理想氣體，在溫度保持不變的情況下，壓強p與V成反比，或壓強p與體積V的乘積保持不變，即：pV＝常量．例1

(2023年廣州檢測)用圖甲所示的實驗裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律．(1)在本實驗操作的過程中，需要保持不變的量是氣體的________和________．(2)關(guān)于該實驗，下列說法正確的是 (

)A．為保證封閉氣體的氣密性，應(yīng)在柱塞與注射器壁間涂上潤滑油B．改變氣體體積時應(yīng)快速推拉柱塞C．為方便推拉柱塞，應(yīng)用手握注射器再推拉柱塞D．注射器旁的刻度尺只要刻度分布均勻即可，可以不標注單位A．實驗過程中有漏氣現(xiàn)象B．實驗過程中氣體溫度降低C．實驗過程中氣體溫度升高D．漏加了注射器與壓強傳感器連接處的氣體體積【解析】(1)探究氣體等溫變化的規(guī)律，需要保持不變的量是氣體的質(zhì)量和溫度．(2)為保證封閉氣體的氣密性，應(yīng)在柱塞與注射器壁間涂上潤滑油，A正確；實驗時為防止氣體溫度變化，應(yīng)慢慢推拉柱塞，B錯誤；實驗時為防止溫度發(fā)生變化，則不能用手握注射器推拉柱塞，C錯誤；只需關(guān)注圖像斜率的變化即可探究壓強和體積的關(guān)系，注射器旁的刻度尺只需要刻度分布均勻即可，可以不標注單位，D正確．變式1某班級各實驗小組利用如圖甲所示裝置進行“探究一定質(zhì)量的氣體等溫變化規(guī)律”的實驗，步驟如下：①把注射器活塞移至注射器中間某位置，將注射器與導氣管、壓強傳感器逐一連接；②移動活塞，記錄注射器的刻度值，同時記錄對應(yīng)的由壓強傳感器顯示的氣體壓強值p；(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___________________；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_____________．【答案】(1)在注射器活塞上涂一些潤滑油手不能握住注射器的封閉氣體部分緩慢推動活塞(2)注射器與壓強傳感器連接處的氣體體積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．2．理解玻意耳定律的數(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．玻意耳定律的理解及應(yīng)用3．應(yīng)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(yīng)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．例2

(2024年佛山模擬)今有一質(zhì)量為M的圓柱形氣缸，用質(zhì)量為m的活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體．當氣缸靜置在水平面開口向上時，氣缸內(nèi)空氣柱長為L(圖甲)．現(xiàn)把活塞按如圖乙那樣懸掛，氣缸懸在空中保持靜止，求此時氣缸內(nèi)空氣柱長度為多少？已知大氣壓為p0，重力加速度為g，活塞的橫截面積為S，它與氣缸之間無摩擦且不漏氣，氣體溫度保持不變．解：開口向上靜置時，對活塞受力分析p0S＋mg＝p1S，靜置時氣體體積V1＝LS，懸在空中靜止時，對氣缸受力分析p2S＋Mg＝p0S，懸掛時氣體體積V2＝L′S，根據(jù)玻意耳定律有p1V1＝p2V2，變式2

(2024年貴州檢測)空氣懸掛減震(氣體彈簧)正在廣泛應(yīng)用于各類車輛懸掛減震，不斷提升汽車乘坐舒適性．某新型國產(chǎn)轎車上的氣體彈簧減震裝置簡化結(jié)構(gòu)如圖所示．導熱良好的直立圓筒形氣缸內(nèi)用橫截面積S＝20cm2的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞能無摩擦滑動，并通過

連桿與車輪軸連接．封閉氣體初始溫度T＝297K，長度L1＝0.12m、壓強p1＝5.0×105Pa．當車輛載重時，相當于在氣缸頂部加一物體A，氣缸下降，穩(wěn)定后封閉氣體長度為L2＝0.08m，此過程中氣體溫度保持不變，求：(g取10N/kg)(1)穩(wěn)定后封閉氣體的壓強p2；(2)物體A的質(zhì)量m．解：(1)由玻意耳定律可得p1V1＝p2V2，即p1SL1＝p2SL2，(2)氣體對氣缸上表面的壓力的增加量等于物體的重力大小，則(p2－p1)S＝mg，解得m＝50kg．變式3玻璃瓶可作為測量水深的簡易裝置．如圖所示，潛水員在水面上將80mL水裝入容積為380mL的玻璃瓶中，擰緊瓶蓋后帶入水底，倒置瓶身，打開瓶蓋，讓水進入瓶中，穩(wěn)定后測得瓶內(nèi)水的體積為230mL．將瓶內(nèi)氣體視為理想氣體，全程氣體不泄漏且溫度不變．大氣壓強p0取1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2，水的密度ρ取1.0×103kg/m3．求水底的壓強p和水的深度h．解：對瓶中所封的氣體，由玻意耳定律可知p0V0＝pV，即1.0×105×(380－80)＝p×(380－230)，解得p＝2.0×105Pa．根據(jù)p＝p0＋ρgh，解得h＝10m．應(yīng)用玻意耳定律的注意事項1．壓強的判斷：應(yīng)用玻意耳定律解題時，確定氣體的壓強是解題的關(guān)鍵，無論是液柱、活塞、氣缸，還是封閉在液面下的氣柱，都不要忘記大氣壓強產(chǎn)生的影響．2．統(tǒng)一單位：列方程時，由于等式兩邊是對應(yīng)的，因此各物理量的單位可以不是國際單位，但等式兩邊必須用相同單位．例如，體積可以都用L，壓強可以都用cmHg．對氣體等溫變化的圖像的理解例3

(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，下列關(guān)于氣體的溫度和分子平均速率的變化情況的說法，錯誤的是 (

)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【答案】AC【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(yīng)先升高后降低，分子平均速率先增大后減小，A、C錯誤，B、D正確．變式4

(多選)如圖所示是一定質(zhì)量的某氣體狀態(tài)變化的p－V圖像，則下列說法正確的是

(

)A．氣體做的是等溫變化B．氣體的壓強從A到B一直減小C．氣體的體積從A到B一直增大D．氣體的三個狀態(tài)參量一直都在變【答案】BCD【解析】一定質(zhì)量的氣體的等溫過程的p－V圖像即等溫線是雙曲線中的一支，顯然題圖所示AB圖線不是等溫線，AB過程不是等溫變化過程，A錯誤；從AB圖線可知氣體從A狀態(tài)變?yōu)锽狀態(tài)的過程中，壓強p在逐漸減小，體積V在不斷增大，B、C正確；又因為該過程不是等溫變化過程，所以氣體的三個狀態(tài)參量一直都在變化，D正確．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．小練?隨堂鞏固1．(多選)一定質(zhì)量的氣體，在等溫變化的過程中，下列物理量一定不發(fā)生變化的是

(

)A．分子的平均速率 B．單位體積內(nèi)的分子數(shù)C．氣體的壓強 D．分子總數(shù)【答案】AD【解析】由于氣體等溫變化，溫度不變，分子的平均動能不變，分子的平均速率不發(fā)生變化，A正確；由于是針對一定質(zhì)量的氣體，所以氣體的分子總數(shù)不變，D正確；在等溫變化中，p和V在發(fā)生變化，單位體積內(nèi)的分子數(shù)由于體積V的變化而變化，故B、C錯誤．2．(2024年大連檢測)將水杯開口向下倒置在水盆中，可在杯中封閉一段氣體．現(xiàn)將水杯緩慢向上提起一段高度(杯口始終未露出水面，杯內(nèi)氣體未漏出)，設(shè)環(huán)境溫度保持不變，此過程中杯中封閉氣體 (

)A．體積變小，壓強變小B．體積變大，壓強變大C．體積變小，壓強變大D．體積變大，壓強變小【答案】D【解析】將水杯緩慢向上提起一段高度，由于水杯上升，水杯內(nèi)水面與杯口水面的高度差減小，則杯內(nèi)氣體壓強變小，氣體做等溫變化，根據(jù)pV＝C，可知此過程中杯中封閉氣體體積變大．故選D．3．(多選)如圖所示是一定質(zhì)量氣體的兩條等溫線，則下列關(guān)于各狀態(tài)溫度的說法中正確的是(A、B、C、D為四種狀態(tài))

(

)A．tA＝tB B．tB＝tCC．tC＞tD D．tD＞tA【答案】AD【解析】根據(jù)圖像的變化規(guī)律可知tC＝tD＞tA＝tB．故A、D正確．4．如圖，豎直放置、開口向下的試管內(nèi)用水銀封閉一段氣體，若試管自由下落，則管內(nèi)氣體

(

)A．壓強增大，體積增大

B．壓強增大，體積減小C．壓強減小，體積增大

D．壓強減小，體積減小【答案】B【解析】試管豎直放置時，封閉的氣體壓強為p＝p0－ρgh；試管自由下落時，封閉的氣體壓強為p＝p0，根據(jù)玻意耳定律pV＝c，壓強增大，則體積減小，故B正確．5．(多選)如圖所示，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，下列對氣泡內(nèi)氣體分子的描述正確的有

(

)A．氣體分子的平均速率不變B．氣體分子數(shù)密度增加C．氣體分子數(shù)密度不變D．氣體分子對氣泡壁單位面積的平均作用力減小【答案】AD【解析】在氣泡緩慢浮起時，溫度不變，而壓強減小，氣體分子對氣泡壁單位面積的平均作用力減小，D正確．由玻意耳定律知，體積增大，所以分子數(shù)密度減小，B、C錯誤．溫度不變時，分子的平均動能不變，A正確．6．如圖所示，在一根一端封閉且粗細均勻的長玻璃管中，用長為h＝10cm的水銀柱將管內(nèi)一部分空氣密封，當管開口向上豎直放置時，管內(nèi)空氣柱的長度L1＝0.3m．若溫度保持不變，玻璃管開口向下放置，水銀沒有溢出．待水銀柱穩(wěn)定后，空氣柱的長度L2為多少？(大氣壓強p0＝76cmHg，計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)解：以管內(nèi)封閉的氣體為研究對象．玻璃管開口向上時，管內(nèi)的壓強p1＝p0＋ph，氣體的體積V1＝L1S(S為玻璃管的橫截面積)．當玻璃管開口向下時，管內(nèi)的壓強p2＝p0－ph，