1.4 科学探究：气体压强与体积的关系（第1课时）课件-2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第三册

1.4 科学探究：气体压强与体积的关系　 在生产生活中，有许多现象与气体的状态及其变化有关。 氦气球升空时，随着高度的增加，球内气体的压强、温度和体积都在变化。 一、气体的状态参量 对一定质量的气体，其宏观状态通常可用体积V、温度T和压强p 这三个物理量来描述，这些描述系统状态的物理量称为系统的状态参量。 （1）气体的体积 气体的体积是指气体分子能够到达的空间，气体具有很强的流动性，它总能充满整个容器，因此，气体的体积通常就等于容器的容积。 V1 V2 （2）气体的温度 温度是描述物体冷热程度的物理量，也是物体内分子平均动能的标志。 ①气体温度的高低，取决于气体分子无规则运动的剧烈程度。 气体分子无规则运动加剧，分子平均动能增大，气体温度升高； 气体分子无规则运动减弱，分子平均动能减小，气体温度降低。 ②温度的标定方法。 摄氏温标 标准大气压下冰水混合物的温度标定为 0 0C ，水的沸腾温度标定为 100 0C ，把 0-100 0C之间划分为 100 等份，每一等份表示 1 0C并以此比例往 0 0C以下和 100 0C以上扩展。 用摄氏温标表示的温度称为摄氏温度，用符号 t 表示，单位是摄氏度，符号为0C。 温度的国际单位是热力学温度的单位开尔文，符号为 K。 T= t + 273.15 K 热力学温度与摄氏温度的关系 (3)气体的压强 气体内部各个方向都存在压强，这种压强称为气体压强，简称气压。 气体压强是怎样产生的呢？ 模拟气压的产生 如图所示，在玻璃筒内装入一些塑料小球代表气体分子，在小球上面放一轻质活塞，用电动机带动振动器使小球运动。当电动机启动后，活塞受小球的撞击，悬浮在一定的高度。改变电动机的转速，观察活塞高度的变化。保持电动机的转速不变，增加塑料小球的数目再观察活塞高度的变化。 ①活塞悬浮一定的高度 ②电机转速变大，小球速率增加、活塞高度越高 ③小球数量越多，小球撞击越频繁、活塞高度越高 容器中的气体分子在做无规则运动时，容器壁受到分子的频繁撞击。每个分子撞击容器壁产生的力是短暂的、不连续的，但大量分子的频繁撞击，就会使容器壁受到一个稳定的压力，从而产生压强。 气体分子的运动是无规则的，气体分子向各个方向运动的概率相同，对容器壁各处的撞击效果也相同，因此,气体对容器壁的压强处处相等。 当气体温度升高时，高速率的气体分子数增多，整体上分子运动更加剧烈，分子对容器壁的撞击力加大且撞击更加频繁，使得气体的压强增大 [ 图 ( a )]若单位体积内的分子数增加，气体分子撞击容器壁也会更加频繁，使得气体的压强增大[ 图 ( b )] （1）气体的温度 （2）单位体积的分子数 气体的压强与气体温度和单位体积内的分子数有关，温度越高，单位体积内的分子数越多，气体的压强越大。 影响气体压强的因素 【典例1】　有关气体压强，下列说法正确的是（　　） A. 气体分子的平均速率增大，则气体的压强一定增大 B. 气体分子的密集程度增大，则气体的压强一定增大 C. 气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定增大 D. 气体分子的平均动能增大，气体的压强有可能减小 目录 物理·选择性必修第三册（LK） 2. （多选）下面关于气体压强的说法正确的是（　　） A. 气体对器壁产生的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产 生的 B. 气体对器壁产生的压强等于作用在器壁的平均作用力 C. 从微观角度看，气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子密 集程度有关 D. 从宏观角度看，气体压强的大小跟气体的温度和体积有关 目录 物理·选择性必修第三册（LK） 二、气体的压强 h 封闭气体压强为p=？ 对液柱进行受力分析： mg pS p0·S 如果p0=76cmHg，则p=76-h cmHg： 力平衡法： 选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析,得到液柱(或活塞)的受力平衡方程,求得气体的压强。 大气压强p0=76cmHg=1.01×105Pa 以下二图都是平衡状态） 1、受力平衡法 选与封闭气体接触的液体（或活塞、气缸）为研究对象进行 受力分析，由平衡条件列式求气体压强。 直玻璃管中水银柱封闭气体的压强：设封闭气体压强为 p，大气压强为p0，水银柱长为Δh，水银密度为ρ，重力加 速度为g。 目录 物理·选择性必修第三册（LK） h 封闭气体压强为p=？ 对液柱进行受力分析： mg pS p0·S 如下图玻璃管与液柱一起向下加速运动（加速度为a），此时气体压强p=？ a 2、 容器加速运动时封闭气体压强的计算 当容器加速运动时，通常选与气体相关联的液柱、气缸或活塞为研 究对象，并对其进行受力分析，然后由牛顿第二定律列方程，求出 封闭气体的压强。 如图所示，当竖直放置的玻璃管向上加速运动时，对液柱受力分析，由牛顿第二定律知pS－p0S－mg＝ma，得p＝p0＋。 目录 物理·选择性必修第三册（LK） 连通器 等压面法：由帕斯卡定律知，在连通器中,同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等。 对液柱h1进行受力分析求出A气体的压强pA： 对液柱h2进行受力分析求出B气体的压强pB： pA＝p0＋ρgh1， pB＋ρgh2＝pA 所以：pB＝p0＋ρg(h1－h2)。 大气压强p0=76cmHg=1.01×105P （以下二图都是平衡状态） 要点二　封闭气体压强的计算 3、取等压面法 同种液体在同一深度向各个方向的压强相等，在连通器中，灵活选取等压面，利用同一液面压强相等求解气体压 强。如图甲所示，同一液面C、D两处压强 相等，故pA＝p0＋ph；如图乙所示，M、N两 处压强相等，从左侧管看有pB＝pA＋ph2，从 右侧管看，有pB＝p0＋ph1。 目录 物理·选择性必修第三册（LK） 【典例2】　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 长为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。 答案：65 cmHg　60 cmHg 目录 物理·选择性必修第三册（LK） 解析：设气体A、B产生的压强分别为pA、pB，管横截 面积为S，取水银柱a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。 目录 物理·选择性必修第三册（LK） 素养训练2、若已知大气压强为p0，在下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。 对“活塞”受力分析由平衡条件或牛顿第二定律列方程。 设活塞处于平衡状态： p0S＋mg＝pS。 所以： ①已知图中活塞的质量为m，气缸质量为M，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0（气缸和活塞面积可视为相等） mg p0·S p·S 地面 4、气缸内部封闭气体的压强：受力平衡法 对“活塞”受力分析由平衡条件或牛顿第二定律列方程。 设活塞处于平衡状态： pS＋mg＝p0S。 所以： mg p0·S p·S 天花板 ②已知图中活塞的质量为m，气缸质量为M，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0（气缸和活塞面积可视为相等） 地面 ③已知图中活塞的质量为m，气缸质量为M，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0（气缸和活塞面积可视为相等） Mg p0·S P ·S 对“气缸”受力分析由平衡条件或牛顿第二定律列方程。 设活塞处于平衡状态： pS＝p0S ＋Mg 所以：p＝p0+Mg/S。 1. 如图所示，活塞的质量为m，缸套的质量为M，通过弹簧吊在天花 板上，气缸内封住一定质量的气体，缸套和活塞间无摩擦，活塞面 积为S，大气压强为p0，则封闭气体的压强为（　　） A. p0＋ B. p0＋ C. p0－ D. 解析：　以缸套为研究对象，有pS＋Mg＝p0S，所以封闭气体的 压强p＝p0－，故C正确。 目录 物理·选择性必修第三册（LK） $