2.2 气体的等温变化（教学课件）物理人教版选择性必修第三册

第二章 气体、固体和液体 人教版（2019）选择性必修 第三册 第二节 气体的等温变化 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 建立气体等温变化的概念，理解玻意耳定律的内涵，从分子动理论角度解释其微观本质，深化对气体状态参量关系的认知。 科学思维 通过分析实验数据、绘制 p-V 图像推导玻意耳定律，结合理想气体模型解释压强与体积的变化关系，提升科学推理与模型建构能力。 科学探究 设计并完成气体等温变化实验，控制温度不变测量压强与体积，分析数据验证规律，提升从实验现象推导宏观规律的探究能力。 科学态度与责任 联系生活中打气筒、高压锅等应用，体会理论指导实践的科学思想；培养严谨分析数据、客观归纳规律的态度，增强科学服务社会的责任感。 学习目标 实验：探究气体等温变化的规律 01 教学内容 气体的等温变化规律 02 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 气体等温变化的规律（玻意耳定律）及其表达式 p-V图像的物理意义与应用 玻意耳定律的适用条件 重点难点 课堂导入——思考与讨论 在庆典活动中放飞的气球，会飞到我们看不见的地方。随着气球的升空，大气压在减小，温度在降低，气球在膨胀……看来，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？ 01 PART 01 第一部分 实验：探究气体等温变化的规律 探究新知 7 探究新知——实验思路 问题：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积的变化关系？ 思考： ①本实验的研究对象是什么？ ②怎样操作可以保证温度不发生 明显的变化？ 探究新知——测量的物理量 （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p可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取。 探究新知——实验步骤 ①让空气柱的体积变化不要太快， ①柱塞上涂上润滑油（凡士林） ②不能用手触摸玻璃管，环境恒温。 ⑴保证气体质量一定——不漏气。 ②注射器下端的开口有橡胶套 ⑵保证温度不发生明显的变化。 探究新知——实验步骤 探究新知——数据分析 次数 1 2 3 4 5 压强（×） 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 体积（） 1.3 1.6 2.0 2.7 4.0 该图象是否可以说明与成反比？ 如何确定与的关系呢？ 结论： 在温度不变时，压强和体积成反比。 探究新知——典例分析 【例1】 某实验小组用注射器和压强传感器探究一定质量的气体发生等温变化时遵循的规律，实验装置如图所示。用活塞和注射器外筒封闭一定的气体，其压强可由左侧的压强传感器测得。 (1)关于该实验，下列说法正确的是　　　　。 A.该实验用控制变量法研究气体的变化规律 B.实验时注射器必须水平放置 C.注射器内部的横截面积没必要测量 D.注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，可以不标注单位 (2)进行实验操作时，不能推拉活塞过快，其原因是__________________。 探究新知——典例分析 (3)该实验小组首先在甲实验室进行了实验，下表为记录的实验数据，其中有一次记录的实验数据错误，记录错误的是　　(填错误数据对应的实验序号)。 实验序号 1 2 3 4 5 封闭气柱长度L/cm 12.00 11.00 10.00 9.00 8.00 封闭气柱压强p/(×105 Pa) 1.00 1.09 1.19 1.33 1.90 5 探究新知——典例分析 (4)该实验小组又利用同一装置对同一封闭气体在另一温度稍高的乙实验 室进行了实验，根据甲、乙实验室记录的数据用正确的方法画出的p-图 像如图所示，根据乙实验室记录数据画出的图像应为　　(填图线代号)。 探究新知——典例探究 【解析】（1）该实验过程中控制气体的温度不变，即运用了控制变量法；实验时注射器如何放置对实验结果没有影响；实验中要探究的是压强与体积之间的比例关系，体积与气体柱长度成正比，故注射器内部的横截面积没有必要测量；注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，可以不标注单位。故选A、C、D。 （2）如果推拉活塞过快，气体的温度将产生显著的变化，不满足气体发生等温变化的条件。 探究新知——典例探究 【解析】（3）由实验数据可知气柱长度与气柱压强的乘积基本恒定，前四组数据符合的很好，乘积在11.9~12.0之间，第5组数据的乘积较大，为15.2，说明第5组数据记录错误。 （4）气体压强与气体的温度有关，一定量的气体，在相同体积下，温度升高，气体分子的平均速率增大，与器壁碰撞时平均作用力变大，又气体分子数密度不变，故压强变大，故图像①是在温度稍高的乙实验室中测量获得的。 02 PART 02 第二部分 气体的等温变化规律 探究新知 18 探究新知——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跟体积V成反比 （2）表达式： 其中P1，V1和P2，V2分别表示气体在1，2两个状态下的压强和体积 研究对象:一定质量的气体 适用条件:温度保持恒定 适用范围（对于实际气体）：温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比） 探究新知——玻意耳定律 （3）等温线（P-V图）： P-V图像的形状为双曲线的一支。它描述的是温度不变时的p ­-V关系，称为等温线。 T1 T2 面积：S=PV=C V p 0 等温线 气体体积一定时，分子的数密度一定；温度越高，分子无规则运动越剧烈，气体压强越大。所以T1<T2 。 对一定质量的某种气体，温度不变,C不变；温度越高，C越大。 探究新知——玻意耳定律 （1）斜率越大，PV乘积越大，温度越高。 （2）一定质量气体，不同温度下的等温线是不同的。 T1 T2 斜率：K=P/(1/V) =PV=C 等温线 T1<T2 p 0 气体体积一定时，分子的数密度一定；温度越高，分子无规则运动越剧烈，气体压强越大。所以T1<T2 。 探究新知——典例探究 【典例2】(2024·三门峡市高二期中)细长玻璃管用长L0为6.8 cm的水银柱封闭一定质量的空气。当玻璃管开口向下竖直放置时，空气柱长度L1为33 cm；当玻璃管水平放置时，空气柱长度L2为30 cm。求： (1)大气压强p0(用cmHg来表示)； (2)玻璃管开口向上竖直放置时空气柱的长度。 探究新知——典例探究 【解析】（1）当玻璃管开口向下竖直放置时，封闭空气的压强为p1=p0-ρgL0 当玻璃管水平放置时，封闭空气的压强为p2=p0 根据玻意耳定律可得p1L1S=p2L2S 联立解得大气压强为p0=74.8 cmHg （2）当玻璃管开口向上竖直放置时，封闭空气的压强为p3=p0+ρgL0 根据玻意耳定律可得p1L1S=p3L3S 联立解得空气柱的长度为L3=27.5 cm 探究新知——典例探究 【例3】(2024·邯郸市高二期末)如图甲所示，空气弹簧是在密封的容器中充入压缩空气，利用气体的可压缩性实现其弹性作用的，广泛应用于商业汽车、巴士、高铁及建筑物基座等的减震装置，具有非线性、刚度随载荷而变、高频隔振和隔音性能好等优点。空气弹簧的基本结构和原理如图乙所示，竖直放置，导热良好的汽缸和可以自由滑动的活塞之间密封着一定质量的空气，假设活塞和重物的总质量m=16 kg，活塞的横截面积S=1×10-3 m2，汽缸内空气柱的高度h=12 cm，外界温度保持不变，大气压强恒为p0=1×105 Pa，重力加速度大小g取10 m/s2。 (1)初始状态时，求汽缸内部气体的压强p1； (2)若在重物上施加竖直向下的压力F=140 N，求稳定后汽缸中空气柱的高度h2。 探究新知——典例探究 【解析】（1）根据平衡条件得p1S=p0S+mg 解得p1=2.6×105 Pa （2）在重物上施加竖直向下的压力后，气体的压强为 p2=p0+=4.0×105 Pa 根据玻意耳定律得p1hS=p2h2S 解得h2=7.8 cm。 探究新知——总结提升 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、末状态的状态参量(p1，V1)、(p2，V2)。 3.根据气体等温变化规律列方程求解(注意统一单位)。 4.注意分析隐含条件，做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的单位。 探究新知——典例探究 【例4】一个足球的容积是2.5 L。用打气筒给这个足球打气，每打一次都把体积为125 mL、压强与大气压相同的气体打进足球内。如果在打气前足球就已经是球形并且里面的压强与大气压相同，打了20次后足球内部空气的压强是大气压的多少倍？你在得出结论时考虑到了什么前提？ 探究新知——典例探究 【解析】将打气前球内的气体和20次打入的气体整体作为研究对象，利用玻意耳定律进行求解。 打气前气体的状态参量为 p1=p0，V1=2.5 L+20×125×10-3 L=5.0 L 打气后气体的状态参量为V2=2.5 L 由玻意耳定律得p2===2p0 得出此结论的前提是打气过程中温度保持不变。 课堂小结 实验：探究气体等温变化的规律 一、实验思路 二、实验器材 三、实验步骤 四、数据分析 五、误差分析与注意事项 实验原理：一定质量的空气，在温度不变的情况下，测量气体在不同体积时的压强，再分析气体压强与体积的关系。 1.化曲为直 2.一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，其压强与体积的倒数成正比 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 1.选研究对象 2.测量几组P、V数据 课堂小结 气体的 等温变化 玻意尔定律 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 等温变化的图像 2.公式pV＝C(C是常量) 3.条件：气体的质量一定，温度不变 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 $