2.2气体的等温变化 教学设计 -2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

2.2 气体的等温变化 【教学目标】 1.知道气体的等温变化； 2.在实验设计和数据处理过程中，体验科学探究过程，培养学生严谨的科学态度与实事求是的科学精神； 3.了解玻意耳定律，能用气体等温变化规律求解简单的实际问题。 【教学重难点】 教学重点：通过实验探究得出玻意耳定律的内容，并能进行简单运算。 教学难点：玻意耳定律的实际应用。 【教学过程】 教学 环节 教师活动 学生活动 设计 意图 新课引入 一串串气泡由池底慢慢升到水面，有趣的是气泡在上升过程中，体积逐渐变大，这是为什么呢？（氢气球为何在升高的过程中爆裂？瘪掉的乒乓球用热水烫一下为什么会恢复原状？夏天的车胎如果气打得太足，为何容易爆胎？） 一定质量的气体的压强、体积和温度三个状态参量之间是有联系的。那么，它们会有怎样的联系呢? 气泡在上升过程中压强变小，气体的体积增大。 实验探究气体等温变化的规律 我们首先研究一种特殊情况：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。我们把这种变化叫作气体的等温变化。 一、实验思路 1.实验目的 探究一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系。 2.实验原理 控制变量法：在保证密闭注射器中气体的质量和温度不变的条件下，通过改变密闭注射器中气体的体积，由压力表读出对应气体的压强值，进而研究在恒温条件下气体的压强与体积的关系。 3.研究对象：注射器内被封闭的气体 4.物理量的测量 （1）空气柱的长度l可以通过刻度尺读取；空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V。 （2）空气柱的压强可以由压力表读取。 二、实验器材 带铁夹的铁架台、注射器、柱塞(与压力表密封连接)、压力表、橡胶套、刻度尺。 三、实验步骤 1.如图所示组装实验器材。 2.利用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭。 3.使柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据。 （密封好；缓慢移动柱塞；手不与筒接触。） 四、数据分析 数据示例： 次数 1 2 3 4 5 压强(×105 Pa) 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 体积(L) 1.3 1.6 2.0 2.7 4.0 一定质量气体等温变化的压强p与体积V的关系，可以用p－V图像来呈现。用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘制等温曲线。 1.作p－V图像： 2.作p-1/V图像： 3.实验结论：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积的倒数成正比，即压强与体积成反比。 五、误差分析及注意事项 1.改变气体体积时，要缓慢进行，等稳定后再读出气体压强，以防止气体体积变化太快，气体的温度发生变化。 2.实验过程中，不要用手接触注射器的圆筒，以防止圆筒从手上吸收热量，引起内部气体温度变化。 3.实验中应保持气体的质量不变，故实验前应在柱塞上涂好润滑油，以免漏气。 4.作p-1/V图像时，应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布于直线两侧，偏离太大的点应舍弃。 5.本实验测量体积时误差主要出现在长度的测量上，由于柱塞不能与刻度尺非常靠近，故读数时注意视线一定要与柱塞底面相平。 思考与讨论： 1.被封闭气体的质量发生变化会不会影响实验结果？（会影响实验结果，气体发生等温变化的条件是一定质量的气体。） 2.实验时管子的横截面积一定需要测量吗？(管子的横截面积可以不用测量，因为体积V＝LS，横截面积不变时，气体的长度变化与体积变化成正比。) 课堂巩固： 1.在利用特制的注射器做“探究气体等温变化的规律”实验中，某小组同学通过压力连杆上拉或下压柱塞得到了表中四组实验数据。如图甲是压力表记录第2组数据时的状态。通过记录对应的四个封闭气柱的长度L(单位：cm)算出体积，已知封闭气柱的横截面积S＝2 cm2，且V＝LS，若测第3组数据时，读出空气柱的长度为2.0 cm。 （1）完善表格： 次数 1 2 3 4 压强p(×105 Pa) 0.8 ____ 1.6 1.9 体积V(cm3) 8 6.4 ____ 3.4 体积倒数   (cm-3) 0.125 0.156 ______ 0.294 （2）根据表中数据在图乙所示坐标系中作p-1/V图像。 次数 1 2 3 4 压强p(×105 Pa) 0.8 1.0 1.6 1.9 体积V(cm3) 8 6.4 4.0 3.4 体积倒数   (cm-3) 0.125 0.156 0.250 0.294 由图像可得实验结论：质量一定的某种气体，由图像可得实验结论：质量一定的某种气体，_______________________。 答案： （1）1.0 4.0 0.250 （2）在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比 玻意耳定律及其应用 通过实验探究得出结论：一定质量的某种气体在温度不变的情况下，压强p和体积V成反比。 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（C是常量）或p1V1＝p2V2。 3.条件：气体的质量一定，温度不变。 思考与讨论： 1.公式pV＝C中的C是一个常量，它与哪些量有关系？（C与气体的种类、质量、温度有关。） 2.一定质量的气体温度升高时，pV＝C中的C的数值是怎样变化的？（增大。） 应用玻意耳定律解题的一般步骤： （1）确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律的条件。 （2）确定初、末状态及状态参量（p1、V1；p2、V2）。 （3）根据玻意耳定律列方程求解。（注意统一单位） （4）注意分析隐含条件，作出必要的判断和说明。 特别提醒：确定气体压强或体积时，只要初、末状态的单位统一即可，没有必要都转换成国际单位制。 课堂巩固： 2.如图所示，在一根一端封闭且粗细均匀的长玻璃管中，用长为h＝10 cm的水银柱将管内一部分空气密封，当管开口向上竖直放置时，管内空气柱的长度l1＝0.3 m；若温度保持不变，玻璃管开口向下放置，水银没有溢出。待水银柱稳定后，密封空气柱的长度l2为多少？（大气压强p0＝76 cmHg，计算结果保留2位有效数字）0.39m 3.(课本第42页第3题)今有一质量为m的汽缸，用活塞封着一定质量的理想气体，当汽缸水平横放时，汽缸内空气柱长为l0(图甲)，现把活塞按如图乙那样悬挂，汽缸悬在空中保持静止。求此时汽缸内空气柱长度为多少？已知大气压为p0，活塞的横截面积为S，它与汽缸之间无摩擦且不漏气，气体温度保持不变。 气体等温变化的p－V 图像或p－1/V 图像 1.在p－V坐标系上，每一个点表示气体的一个状态，一定质量的气体在温度不变时，其压强随体积的变化而变化，在p－V直角坐标系上，此曲线是一条被称为等温线的双曲线（如图所示）。 2.在p-1/V直角坐标系中，表示等温变化的图线变为通过坐标原点的倾斜直线（如图所示）。 3.一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的。 1.如图所示为一定质量的气体在不同温度下的p-V图线，T1和T2哪一个大？为什么？ （T2。一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积的乘积必然越大，在p－V图像上的等温线离坐标原点越远。） 2.如图为一定质量的气体在不同温度下的p-1/V图线，T1和T2哪一个大？为什么？ (T2。直线的斜率为p与V的乘积，斜率越大，pV乘积越大，温度越高。) 课堂巩固： 4.（多选）如图所示，D→A→B→C表示一定质量的某种气体状态变化的一个过程，则下列说法正确的是AD A.D→A是一个等温过程 B.A→B是一个等温过程 C.TA>TB D.B→C体积增大，压强减小，温度不变 5.（多选）如图所示是一定质量的气体由状态A变到状态B再变到状态C的过程，A、C两点在同一条双曲线上，则此变化过程中AD A.从A到B的过程温度升高 B.从B到C的过程温度升高 C.从A到B再到C的过程温度先降低再升高 D.A、C两点的温度相等 【本课小结】狭缝与振动方向垂直 【课后作业】 【板书设计】 学科网（北京）股份有限公司 $$