第2章 第4节 实验：探究气体等温变化的规律（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

第4节　实验：探究气体等温变化的规律 核心素养导学 物理观念 (1)知道气体的等温变化。 (2)知道玻意耳定律的内容和公式，知道定律的适用条件。 (3)理解气体等温变化的pV图像的物理意义。 科学思维 能用玻意耳定律求解简单的实际问题。 科学探究 学会通过实验的方法研究问题，探究物理规律，学习用图像对实验数据进行处理与分析，体验科学探究过程。 科学态度与责任 通过对气体等温变化规律的探究，培养学生严谨的科学态度与实事求是的科学精神。 一、探究气体等温变化的规律 1．等温变化：一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系。 2．实验探究 实验器材 铁架台、压力表(或压力传感器、数据采集器、计算机)、刻度尺、注射器等 研究对象(系统) 注射器内被封闭的空气柱 数据收集 压强由压力表读出(或由压力传感器与数据采集器收集)；空气柱长度由刻度尺读出，已知横截面积S可得体积 数据处理 以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标作出p ­图像 图像形状 p­图像是一条过原点的直线 实验结论 压强跟体积的倒数成正比，即压强与体积成反比 二、玻意耳定律 1．内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比。 2．公式：pV＝C或p1V1＝p2V2。 3．适用条件：气体的质量不变，温度不变。,1.利用如图所示的装置探究气体的等温变化规律。 请对以下说法作出判断： (1)在探究气体压强、体积两个状态参量之间关系时采用控制变量法。(√) (2)在保持气体温度不变的情况下，气体的压强跟体积一定成反比。(×) (3)要保证注射器内空气柱的温度不变，改变气柱体积时应缓慢操作。(√) 2．公式pV＝C中的“C”是一个常量，你认为它与哪些物理量有关？ 提示：C与气体的种类、质量、温度有关。 　　　　　　　　　　　　新知学习(一)|封闭气体压强的计算 [重点释解] 1．系统处于平衡状态时，求封闭气体的压强 (1)连通器原理：在连通器中，同种液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强是相等的，如图1连通器在同一液面的C和D两点处的压强pC＝pD。 (2)玻璃管静止开口向上，用竖直高度为h的水银柱封闭一段空气柱，如图2，则被封闭气体的压强为p2＝p0＋ρgh。应特别注意h是表示液面间的竖直高度，不一定是液柱长度。 (3)玻璃管静止开口向下，用竖直高度为h的水银柱封闭一段空气柱，如图3，则被封闭气体的压强为p3＝p0－ρgh。 (4)在做托里拆利实验时，由于操作不慎，玻璃管上方混入气体，水银槽液面与玻璃管内液面的竖直高度差为h，如图4，则气体的压强为p4＝p0－ρgh。 (5)求由固体封闭(如汽缸或活塞封闭)的气体压强，一般对此固体(如汽缸或活塞)进行受力分析，列出力的平衡方程。 2．容器变速运动时，封闭气体压强的计算方法和步骤 (1)取封闭气体接触的液体(或活塞、汽缸)为研究对象(并不是以气体为研究对象)。 (2)对研究对象进行受力分析(气体对研究对象的作用力写成F＝pS形式)。 (3)对研究对象建立直角坐标系并进行受力分解。 (4)分别在x轴和y轴上列牛顿第二定律方程。 (5)解方程。 [典例体验] [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 /方法技巧/ 求解封闭气体压强的两点注意事项 (1)在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强p＝ρgh 时，应特别注意h是表示液面竖直高度，不一定是液柱长度。 (2)特别注意大气压强的作用，不要漏掉大气压强。 [针对训练] 有一段12 cm长的汞柱，在均匀玻璃管中封住一定质量的气体，若开口向上将玻璃管放置在倾角为30°的光滑斜面上(如图所示)，在下滑过程中被封闭气体的压强为(大气压强p0＝76 cmHg)(　 ) A．76 cmHg　　　　　　　　　　B．82 cmHg C．88 cmHg D．70 cmHg 解析：选A　水银柱所处的状态不是平衡状态，因此不能用平衡条件来处理。对水银柱的受力分析如图所示，对玻璃