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

该高中物理课件聚焦气体状态参量、压强微观解释及等温下压强与体积关系，通过小球落台秤、轮胎充气等实例导入，从物理观念建构到实验探究设计，再到微观机理分析，形成递进式学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，通过控制变量法实验（涂润滑油保质量、缓慢操作控温）、p-1/V图像分析，结合微观解释（分子密集程度与平均动能），融合物理观念与科学思维。易错辨析和典例巩固提升学习效果，助力学生深化理解，方便教师高效教学。

第1章　分子动理论与气体实验定律 第4节　科学探究：气体压强与体积的关系 课标要求 1.知道描述气体状态的三个状态参量。(物理观念) 2.知道封闭气体的压强是如何产生的,知道决定气体压强大小的因素。(物理观念) 3.通过实验,探究气体压强与体积的关系。(科学探究) 基础落实·必备知识全过关 一、气体的状态参量 1.气体的状态参量:　　　　、温度、压强。  2.气体的体积:是指气体分子　　　　　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　　　　　　　。  3.气体的温度:温度是描述物体　　　　　　的物理量,也是物体内分子 　　　　　　的标志。气体温度的高低,取决于气体分子无规则运动的　　　　　　。气体分子无规则运动加剧,分子平均动能　　　　,气体温度　　　;气体分子无规则运动　　　,分子平均动能　　　　,气体温度　　　。  温度的表示: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,符号是℃;物理学中,温度的国际单位是热力学温度的单位开尔文,符号为K。热力学温度与摄氏温度的关系是　　 　　　。  体积 能够到达 容器的容积 冷热程度 平均动能 剧烈程度 增大 升高 减弱 减小 降低 T=t+273.15 K 4.气体的压强 (1)气体的压强:气体对器壁及气体内部　　　　　　都存在压强,这种压强称为气体压强,简称气压。  (2)气体压强的产生: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 　　　　　　频繁的撞击,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　　　　　　。  各个方向 大量分子 处处相等　 (3)气体压强的微观解释:当气体的温度升高时,高速率的气体分子数 　　　, 整体上分子运动更加　　　　,分子对容器壁的撞击力　　　且撞击更加　　　　,使得气体的压强　　　　。若单位体积内的分子数增加,气体分子撞击器壁也会更加　　　　,使得气体的压强　　　　。  (4)气体压强的相关因素:气体的压强与　　　　　　和单位体积内的分子数有关,　　　　越高,单位体积内的分子数越多,气体的压强越大。  增多 剧烈 加大 频繁 增大 频繁 增大 气体温度 温度 二、探究气体压强与体积的关系 1.气体的状态发生变化,通常是　　　　、　　　　和　　　　这三个物理量同时发生变化。  2.实验探究 (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(　　　　　、　　　　　、　　　　　、　　　　　等)。  压强 温度 体积 气压计 玻璃管 铁架台 活塞 (3)研究对象(系统):玻璃管内　　　　　　　。  (4)实验方法:在保持气体　　　　　不变的情况下,改变气体的　　　　　,测量多组数据即可研究气体压强与体积之间的关系。  (5)数据收集:压强由　　　　　读出,体积由玻璃管的刻度读出。  (8)实验结论:压强跟体积的倒数成正比,即压强与体积成反比。 封闭的气体 温度 体积 气压计 想一想探究气体压强与体积的关系的实验装置如图所示,实验过程中如何保证气体的质量和温度不变? 提示 (1)保证气体质量不变的方法:实验前在活塞上涂好润滑油,以免漏气,保证气体质量不变。 (2)保证气体温度不变的方法:①改变气体体积时,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,不用手接触玻璃管,以防止玻璃管从手上吸收热量,引起内部气体温度变化。 易错辨析 判一判 (1)密闭容器中气体的压强是由气体的重力产生的。(　　) (2)温度越高,气体的压强越大。(　　) (3)气体压强由气体的体积决定。(　　) (4)气体分子的平均动能越大,分子越密集,气体压强越大。(　　) × 提示 密闭容器中气体的压强是由气体分子频繁碰撞器壁而产生的。 提示 除温度外,影响气体压强的因素还有气体的体积,气体的压强不是只由温度决定。 提示 气体的压强还与温度有关。 × × √ 即学即用 练一练 (多选)关于探究气体压强与体积的关系实验,下列说法正确的是(　　) A.实验过程中应保持被封闭气体的质量和温度不发生变化 B.实验中为找到压强与体积的关系,一定要测量空气柱的横截面积 C.在活塞上涂润滑油的主要目的是减小摩擦 AD 解析 本实验探究采用的方法是控制变量法,要保持被封闭气体的质量和温度不变,A正确;由于注射器是圆柱形的,横截面积不变,所以只需测出空气柱的长度即可,B错误;涂润滑油的主要目的是防止漏气,使被封闭气体的质量不发生变化,C错误;当p与V成反比时, 图像是一条过原点的直线,而p-V图像是双曲线的一部分,所以 图像更直观,D正确。 重难探究·能力素养全提升 探究点一　气体的状态参量 导学探究 把一个小球拿到台秤上方约10 cm的位置,放手使它落在秤盘上,观察秤的指针的摆动情况。如图所示,再从相同高度把更多的小球连续地倒在秤盘上,观察秤的指针的摆动情况。使这些小球从更高的位置落在秤盘上,观察秤的指针的摆动情况。 根据此现象,试说明气体压强的大小跟什么因素有关。 要点提示 气体压强的大小跟气体分子的平均动能有关。 知识归纳 1.气体压强的产生 单个分子碰撞器壁的力是短暂的,但是大量分子频繁地碰撞器壁,就对器壁产生持续、均匀的压力。所以从分子动理论的观点来看,气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。 (1)微观因素 ①气体分子的密集程度:气体分子密集程度大,在单位时间内,与单位面积器壁碰撞的分子数就多,气体压强就越大。 ②气体分子的平均动能:气体的温度越高,气体分子的平均动能就越大,气体分子与器壁的碰撞给器壁的作用力就越大。 (2)宏观因素 ①与温度有关:其他因素相同的情况下,温度越高,气体的压强越大。 ②与体积有关:其他因素相同的情况下,体积越小,气体的压强越大。 2.决定气体压强大小的因素 单位体积内气体分子的数目 3.封闭气体压强与大气压强 (1)封闭气体压强 密闭容器中的气体密度一般很小,由于气体自身重力产生的压强极小,可忽略不计,故气体压强由气体分子碰撞器壁产生,大小由气体的分子密集程度和温度决定,与地球的引力无关,气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的。 (2)大气压强 大气压强是由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强,类似于液体的压强。如果没有地球引力作用,地球表面就没有大气, 也不会有大气压。地面大气压的值与地球表面积的乘积,近似等于地球大气层所受的重力值。 画龙点睛　封闭气体的压强与重力无关。 典例剖析 【例题1】 　下列说法正确的是(　　) A.气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力 B.气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均作用力 C.气体分子热运动的平均动能减小,气体的压强一定减小 D.单位体积内的气体分子数增加,气体的压强一定增大 A 解析 气体压强为气体分子对器壁单位面积的平均作用力,故A正确,B错误;气体压强的大小与气体分子的平均动能和气体分子的密集程度都有关,故C、D错误。 对点演练 1.(多选)一定质量的气体,经等温压缩,气体的压强增大,用分子动理论的观点分析,这是因为(　　) A.气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大 B.单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多 C.气体分子的总数增加 D.气体分子的密集程度增大 BD 解析 一定质量的气体经等温压缩,压强增大,体积减小,气体分子的密集程度增大,则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞次数增多,但气体分子总数不变,每次碰撞器壁的作用力不变,故B、D正确,A、C错误。 探究点二　气体压强和体积的关系 导学探究 轮胎没气后会变瘪,给轮胎充气,充进去的气越多,轮胎会越“硬”。 你怎样用分子动理论的观点来解释这种现象?(假设轮胎的容积和气体的温度不发生变化) 要点提示 轮胎的容积不发生变化,随着气体不断地充入,轮胎内气体分子的密集程度不断增大,温度不变意味着气体分子的平均动能没有发生变化,单位时间内单位面积上碰撞次数增多,故气体压强不断增大,轮胎会越来越“硬”。 知识归纳 气体压强与体积的关系 (1)宏观表现:一定质量的某种气体,在温度保持不变时,体积减小,压强增大;体积增大,压强减小。 (2)微观解释:决定气体压强的微观因素是气体分子的平均动能和气体分子的密集程度,温度不变,分子的平均动能不变,体积越小,分子越密集,单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多,气体的压强就越大,如图所示。 画龙点睛　压强、温度、体积至少两个量同时变化。 (3)压强变化时,气体分子的密集程度和分子平均动能两个量中至少有一个发生了变化,即体积和温度中的一个发生变化;压强不变时,若气体分子的密集程度发生变化,则分子平均动能一定同时发生变化。 典例剖析 【例题2】 　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密闭一定质量的空气,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,则细管中被密闭的空气(　　) 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 B 解析 由题图可知,洗衣缸内水位升高时,细管中水位也升高,细管中被密闭的空气体积减小,单位体积内的分子数增加,分子与器壁的碰撞更加频繁,气体压强增大,B选项正确。 对点演练 2.(多选)下列说法正确的是(　　) A.一定质量的气体,保持温度不变,压强随体积减小而增大 B.一定质量的气体,保持温度不变,压强随体积减小而减小 C.一定质量的气体,保持温度不变,压强随体积增大而增大 D.一定质量的气体,保持温度不变,压强随体积增大而减小 AD 解析 决定气体压强大小的微观因素是分子密集程度和分子平均动能,宏观体现在体积和温度上。若温度不变,压强随体积减小而增大,随体积增大而减小,选项A、D正确,B、C错误。 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 1.决定气体压强大小的因素是(　　) A.气体的体积和气体的密度 B.气体的质量和气体的种类 C.气体分子的密集程度和气体的温度 D.气体分子质量和气体分子的速度 C 解析 从微观角度来看,气体压强的大小跟两个因素有关:一个是气体分子的平均动能,另一个是分子的密集程度。而温度是分子热运动的平均动能的标志,故C正确。 1 2 3 2.关于气体的压强,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,则气体的压强有可能减小 D 解析 气体的压强在微观上与两个因素有关:一是气体分子的平均动能,二是气体分子的密集程度。密集程度或平均动能增大,都只强调问题的一方面。也就是说,平均动能增大的同时,分子的密集程度可能减小,使得气体压强的变化不能确定;同理,当分子的密集程度增大时,分子的平均动能也可能减小,气体的压强变化不能确定。故D正确。 1 2 3 3.对于一定质量的气体,当温度不变、体积减小时,单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数　　　　　(选填“增加”“不变”或“减少”),气体的压强 　　　　　(选填“增大”“不变”或“减小”)。  增加 增大 解析 气体压强是由大量气体分子对器壁的碰撞作用产生的,其值与分子密集程度及分子平均速率有关;对于一定质量的气体,当温度不变、体积减小时,单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数增加,压强增大。 (6)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。 (7)图像结果:p-图像是一条过原点的直线。 D.处理数据时采用p-图像,是因为p-图像比p-V图像更直观 p- p- $