2.2 气体的等温变化 导学案-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理导学案聚焦气体等温变化，通过课前预习明确状态变化条件及等温实现方法，课中引导学生用注射器实验测量压强与体积数据，绘制p-1/V图像自主推导玻意耳定律，构建“实验-定律-图像-应用”的学习支架。 资料以科学探究为核心，实验环节强调缓慢操作与控温确保数据准确（科学探究），通过图像对比深化等温线物理意义（模型建构），习题结合生活实例（如洗衣机进水控制），培养学生科学思维与应用能力，提升学习效率。

目录 第二章 气体、固体和液体 1 2．气体的等温变化 1 【参考答案】 5 专题强化3 气体的等温变化规律的应用 5 【参考答案】 7 第二章 气体、固体和液体 2．气体的等温变化 【课标要求】通过实验，了解气体实验定律。知道理想气体模型。能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律。 【学习目标】 1．知道什么是气体的等温变化，经历探究气体等温变化规律的实验过程。 2．对比气体的p－V图像、 图像，了解作 图像的物理思想，并能通过图像得出等温情况下p、V的关系。 3．知道玻意耳定律的内容、表达式及适用条件，能应用玻意耳定律解决实际问题。 【学习重难点】 重点：通过实验自主探究得出玻意耳定律的内容。 难点：玻意耳定律的实际应用及对等温曲线图的物理意义的理解。 课本导读 课前预习 1．在什么情况下，我们说气体的状态发生了变化？ 2．实验过程中，如何实现气体的等温条件？ 展示讨论 小组讨论课本导练内容，并完成下列问题讨论且进行展示。 1．一定质量的气体，不同温度下的两条等温线，哪条等温线表示的是温度比较高时的情形？ 点评点拨 实验思路 在注射器中气体的m和T不变的条件下，通过改变气体的V，由压力表读出对应气体的p，进而研究在恒温条件下气体的p与V的关系。 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。 进行实验 1．密封气体：用橡胶套在玻璃管中密封一定质量的气体(气体的体积大约是玻璃管容积的一半)。 2．安装固定：将压力表和玻璃管按如图方式固定在铁架台上。 3．记录压强p，测量体积V (1)空气柱的压强p可以从仪器上方的指针读出； (2)空气柱的长度l可以在玻璃管两侧的刻度尺上读出，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V； (3)用手把柱塞向下压或向上拉，读出体积与压强的几组数据填入表格。 次数 1 2 3 4 5 6 压强(p) 空气柱长度(l) 体积(V) 体积的倒数( ) 4．数据处理 ①猜想：由实验观察及记录的数据可知，空气柱的体积越小，其压强就越大，绘制p-V图像，由于它描述的是温度不变时p与V的关系，因此称它为等温线，如图甲所示，空气柱的压强与体积可能成反比. ②检验：以压强p为纵坐标，以体积的倒数 为横坐标，把以上各组数据在坐标系中描点，如图乙所示.观察各点的位置关系，若各点位于过原点的同一直线上，说明压强跟体积的倒数成正比，即p∝ ，也就是说压强p与体积V成反比.若各点不在同一直线上，再尝试其他关系. 5．实验结论：一定质量的气体，在温度不变的情况下，其压强与体积的倒数成正比． 例1． 如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量。设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气（ ） A．体积不变，压强变小 B．体积变小，压强变大 C．体积不变，压强变大 D．体积变小，压强变小 变式训练1． 如图所示，在一端封闭的玻璃管中，用两段水银将管内气体A、B与外界隔绝，管口向下放置，若保持温度不变，将管倾斜，待稳定后，以下关于气体A、B说法正确的是（　　） A．气体A的压强不变 B．气体B的压强减小 C．气体A、B的体积都增大 D．气体A、B的体积都减小 例2． 某同学用如图所示装置探究气体做等温变化的规律。 （1）在实验中，下列哪些操作不是必需的_______。 A．用橡胶套密封注射器的下端 B．用游标卡尺测量柱塞的直径 C．读取压力表上显示的压强值 D．读取刻度尺上显示的空气柱长度 （2）实验装置用铁架台固定，而不是用手握住玻璃管(或注射器)，并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是___________。 （3）下列图像中，最能直观反映气体做等温变化的规律的是_______。 A． B． C． D． 小结小测 一、课堂小结 二、课堂小测 1．水中的一个气泡从距离水面30 m处上升到距离水面10 m处时，它的体积约变为原来体积的(气泡上升过程中温度不变，大气压强p0＝1×105 Pa，水的密度为103 kg/m3，g取10 m/s2)（ ） A．4倍 B．3倍 C．2倍 D．2．5倍 2．某同学通过图甲所示的实验装置，利用玻意耳定律来测定一颗形状不规则的冰糖的体积。 实验步骤： ①将冰糖装进注射器，插入活塞，再将注射器通过软管与压强传感器连接并固定注射器； ②推动活塞，透过活塞所在的刻度读取了多组气体体积V，同时记录对应的传感器数据； ③建立直角坐标系。 （1）在实验操作中，下列说法正确的是______。 A．活塞应用润滑油涂抹以保证空气密闭性 B．推动活塞时，可以用手握住注射器封闭空气部分 C．为快速完成实验，可快速推动活塞 （2）为了在坐标系中获得直线图像，若取y轴为V，则x轴为______（选填“ ”或“ ”）。 （3）选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到图像如图乙所示（截距a、b已知），若传感器和注射器连接处的软管容积为 ，则冰糖的体积为______。 【参考答案】 课本导读 课前预习 【答案】 1．当气体某一确定的状态下，气体的某一个状态参量发生变化，就会引起其他状态参量发生变化，在这种情况下我们就说气体发生了状态变化. 【答案】 2．推拉活塞要缓慢；手不能握住玻璃管；改变气体体积后不要立即读数，待稳定后再读数。 展示讨论 1．【答案】 T2等温线；理由见解析 点评点拨 例1．【答案】B 变式训练1．【答案】D 例2．【答案】 （1）B；（2）保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变；（3）C 小结小测 二、课堂小测 1．【答案】C 2．【答案】 （1）A （2） （3） 专题强化3 气体的等温变化规律的应用 1．理解等温变化的图像，并能利用图像分析实际问题(重点)。 2．学会应用玻意耳定律处理相关的气体问题(重难点)。 专题探究 一、气体等温变化的p－V 图像或p－ 图像 1．气体的压强p随体积V的变化关系如图所示，图线的形状为双曲线，它描述的是温度不变时的p－V关系，称为等温线。 2．一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的。 例1． (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（ ） 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过程中，气体体积增大、压强减小、温度不变 变式训练1． 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（ ） 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 变式训练2． （多选）如图为一定质量的某种气体的两条p－V图线，两曲线均为双曲线的一部分，则下列关于各状态温度的关系式正确的是(A、B、C、D为四个状态)（ ） A．tA＝tB B．tB＝tC C．tC＞tD D．tD＞tA 二、玻意耳定律的应用 例2． 如图所示，两根粗细相同的玻璃管下端用橡皮管相连，左管内封有一段长30 cm的气体，右管开口，左管水银面比右管内水银面高25 cm，大气压强为75 cmHg，现移动右侧玻璃管，使两侧管内水银面相平，此时气体柱的长度为（ ） A．20 cm B．25 cm C．40 cm D．45 cm 变式训练3． 如图所示，一端封闭、粗细均匀的U形玻璃管开口向上竖直放置，管内用水银将一段气体封闭在管中。当温度为T时，被封闭的气柱长L＝22 cm，两边水银柱高度差h＝16 cm，已知大气压强p0＝76 cmHg。 （1）求此时被封闭的气柱的压强p； （2）现向开口端缓慢注入水银，设气体温度保持不变，再次稳定后封闭气柱长度变为20 cm，求此时两边水银柱的高度差。 变式训练4． 如图所示，在长为57 cm且一端封闭、另一端开口向上的竖直玻璃管内，用4 cm高的水银柱封闭着51 cm长的气体，管内、外气体的温度相同。现将水银从管侧壁缓慢地注入管中，直到水银面与管口相平。外界大气压强p0＝76 cmHg，且温度不变。求此时管中封闭气体的压强。 【参考答案】 专题探究 例1．【答案】AD 变式训练1．【答案】AD 变式训练2．【答案】AD 二、玻意耳定律的应用 例2．【答案】A 变式训练3．【答案】 （1）60 cmHg；（2）10 cm 变式训练4．【答案】 85 cmHg 学科网（北京）股份有限公司 $