第4节 科学探究：气体压强与体积的关系 （课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版）

第4节　科学探究：气体压强与体积的关系 一、气体的状态参量 1．气体的宏观状态可以用________、_______和________三个物理量来描述。 2．热力学温度与摄氏温度的关系：T＝__________ K。 3．气体的压强 (1)产生原因：大量气体分子频繁撞击容器壁，使容器壁受到一个______的压力，从而产生压强。 (2)压强特点：气体内部压强_________。 (3)影响因素：气体的_______和___________内的分子数。 体积V 温度T 压强p t＋273.15 稳定 处处相等 温度 单位体积 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 探究气体压强与体积关系的实验装置(气压计、玻璃管、铁架台、活塞等)。 3. 实验原理与设计 如图所示，以玻璃管内封闭的气体为研究对象，可由气压 计读出管内气体的压强，从玻璃管的刻度上直接读出管内气体 的体积。在保持气体温度不变的情况下，改变气体的体积，测量 多组数据即可研究气体压强与体积之间的关系。 4．实验步骤 (1)根据实验原理组装实验器材。 (2)缓慢移动活塞，将活塞置于初始位置。 (3)记下此时注射器中气体的体积V0和气压计的示数p0。 (4)缓慢移动活塞，改变活塞的位置，计下注射器中气体的体积V1、V2、V3、…和气压计的示数p1、p2、p3、…，填入所设计的表格中。 7．注意事项 (1)本实验应用物理实验中常用的控制变量法，探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温过程)，气体的压强和体积的关系。 (2)为保持等温变化，实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位。同时，改变体积过程应缓慢，以免影响密闭气体的温度。为保证气体密闭，应在活塞与注射器壁间涂上润滑油，注射器内外气体的压强差不宜过大。 封闭气体压强的计算 (2)以玻璃管内的液体为研究对象，分析气体的压强是多少？ 提示：以L－h的液柱为研究对象，受力分析如图，根据力的平衡可得： p2S＝mg＋p封S (p0＋ρgL)S＝ρg(L－h)S＋p封S 则封闭气体的压强p封＝p0＋ρgh，即封闭气体的压强等于玻璃管内 液面处的压强。 [典例]　 如图所示，竖直放置的U形管，左端开口，右端 封闭，管内有a、b两段水银柱，将A、B两段空气柱封闭在管内。 已知水银柱a长10 cm。水银柱b两个液面间的高度差为5 cm，大气 压强为75 cmHg，求空气柱A、B的压强。 [解析]　设气体A、B产生的压强分别为pA、pB，管横截面积为S，取a液柱为研究对象进行受力分析，如图甲所示，得pAS＋mag＝p0S， 而paS＝ρgh1S＝mag， 故pAS＋paS＝p0S 所以pA＝p0－pa＝75 cmHg－10 cmHg＝65 cmHg。 取液柱b为研究对象进行受力分析，如图乙所示，同理可得pBS＋pbS＝pAS 所以pB＝pA－pb＝65 cmHg－5 cmHg＝60 cmHg。 [答案]　65 cmHg　60 cmHg 2．若已知大气压强为p0，在图中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，求被封闭气体的压强。 [典例]　(2023·山东高考)利用图甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上，注射器内封闭一定质量的空气，下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘，托盘中放入砝码，待气体状态稳定后，记录气体压强p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV之和)。逐次增加砝码质量，采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。 探究气体压强和体积的关系 [答案]　(1)B　(2)2.04×105　(3)增大 [对点训练] 1．(2023·江苏高考)在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是 (　 ) A．把柱塞快速地向下压 B．把柱塞缓慢地向上拉 C．在橡胶套处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞 D．在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞 解析：因为该实验是要探究气体等温变化的规律，实验中要缓慢推动或拉动柱塞，目的是尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变；为了方便读取封闭气体的体积不需要在橡胶套处接另一注射器。 答案：B 答案：(1)AB　(2)为过坐标原点的直线 (3)传感器与注射器间有气体　压强传感器与注射器连接部分的气体体积 1.在“探究气体等温变化的规律”实验中，封闭的空气如图所示，U形管粗细均匀，右端开口。已知外界大气压强为76 cmHg，图中给出了气体的两个不同的状态。 (1)乙图左端封闭的气体压强为________cmHg。 (2)数据测量完后在