第1章 第4节 科学探究：气体压强与体积的关系-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版2019）

第4节　科学探究：气体压强与体积的关系 【核心素养目标】 物理观念 对气体压强与体积的关系能提出可探究的物理问题。 科学思维 能在他人的帮助下制定科学探究方案，有控制变量的意识，会使用实验器材获取数据。 科学思维 能根据数据形成结论，会分析导致实验误差的原因。 科学探究 能撰写有一定要求的实验报告，能与他人交流探究过程和结果。 一、气体的状态参量 1．状态参量 描述气体系统状态的物理量，有体积V、温度T和压强p。 2．气体的体积 气体总能充满整个容器，气体的体积通常等于容器的容积。 3．气体的温度 (1)温度是描述物体冷热程度的物理量，气体温度的高低取决于气体分子无规则运动的剧烈程度。 (2)摄氏温标：规定标准大气压下冰水混合物的温度标定为0 ℃，水的沸腾温度标定为100 ℃，在0 ℃和100 ℃之间均匀分成100等份，每份表示1 ℃，用摄氏温标表示的温度称为摄氏温度，用符号t表示，单位为摄氏度，符号为℃。 学生用书第17页 (3)热力学温度的单位为开尔文，符号为K。 热力学温度与摄氏温度的关系是T＝t＋273.15 K。 4．气体的压强 气体对器壁及气体内部各个方向都存在压强，称为气体压强。 (1)气体压强的产生：容器中的气体分子在做无规则运动时，每个分子撞击器壁产生的力是短暂的、不连续的，但容器壁受到大量分子频繁撞击，就会受到一个稳定的压力，从而产生压强。 (2)影响气体压强的因素是温度和单位体积的分子数，温度越高，单位体积的分子数越多，气体的压强越大。 (3)如图甲所示，容器内气体的压强p＝p0＋。 如图乙所示，玻璃管内气体的压强p＝p0＋ρgh。 二、探究气体压强与体积的关系 1．实验目的 (1)探究一定质量的气体在温度不变的条件下压强与体积的关系。 (2)学习气体压强的测量方法。 2．实验器材 气压计、玻璃管、铁架台、活塞。 3．实验原理与设计 在保证密闭注射器中气体的质量和温度不变的条件下(实验装置如图所示)，通过改变密闭气体的体积，由注射器和压力表读出对应气体的体积和压强值，进而研究在温度不变的条件下气体的体积和压强的关系。 1．判断正误 (1)物体的温度由本身决定，数值与所选温标无关。(　×　) (2)温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K。(　√　) (3)密闭容器中气体的压强是由分子间的相互作用力而产生的。(　×　) (4)气体的压强是由气体的重力产生的。(　×　) (5)在“探究气体压强与体积的关系”的实验中，应保持被封闭气体的质量和温度不发生变化。(　√　) (6)若p ­ 图像是一条过原点的直线，说明压强跟体积成反比。(　√　) 2．链接实景 四季变换，阴晴冷暖，我们每天都会关注天气预报，适当增减衣物。某市某天的天气预报如下：明日天气多云，温度19～29 ℃。那么温度的物理含义是什么呢？我们平时用的温度计的测温原理是什么呢？ 提示：　温度通常指物体的冷热程度，温度计的测温原理是热平衡定律。 学生用书第18页 知识点一　气体压强产生的原因及决定因素 借助铅笔，把气球塞进一只瓶子里，并拉大气球的吹气口，反扣在瓶口上，如图所示，然后给气球吹气，无论怎么吹，气球不过大了一点，想把气球吹大，非常困难，为什么？ 提示：　由题意“吹气口反扣在瓶口上”可知瓶内封闭着一定质量的空气。当气球稍吹大时，瓶内空气的体积缩小，空气分子的数密度变大，压强变大，阻碍了气球的膨胀，因而再要吹大气球是很困难的。 1．气体压强产生的原因 大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生气体的压强。单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力。所以从分子动理论的观点来看，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。 需要注意的是由于大量气体分子向各个方向运动的概率相等，因而气体内部压强处处相等。 2．决定气体压强大小的因素 (1)微观因素 ①气体分子的密集程度(单位体积内气体分子的数目)：单位体积内气体的分子数目越多，单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数越多，气体压强越大。 ②气体分子的平均速率：对于给定的气体，气体的温度高，气体分子的平均速率就大，气体分子与器壁的碰撞(可视为弹性碰撞)给器壁的撞击力就大；从另一方面讲，分子的平均速率大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就多，累计撞击力就大。 (2)宏观因素 ①气体的体积：一定质量气体的体积越大，气体的分子密度越小，气体的压强就越小。 ②气体的温度：对于给定的气体，气体的温度越高，气体的分子平均速率越大，气体的压强就越大。 气体压强从微观角度看是大量气体分子频繁碰撞容器壁而产生的一个持续的压力效果。一同学用如图所示实验装置模拟这一情景。桌面上放一台秤，用杯子向台秤上倾倒大豆，观察台秤的示数。关于实验现象