2.3 气体的等压变化和等容变化（教学课件）物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦气体等压变化（盖-吕萨克定律）、等容变化（查理定律）及理想气体状态方程，以“烧瓶捂热观察水柱移动”实验导入，从现象探究到规律总结，结合V-T/p-T图像分析与微观解释，构建层层递进的知识支架。 其亮点在于紧扣核心素养，物理观念上通过图像深化状态变化认知，科学思维上用控制变量法及温度计、轮胎气体等典例培养推理能力，科学探究上设计“思考与讨论”引导实验设计。学生能提升问题解决能力，教师可直接用于课堂，高效落实教学目标。

第二章 气体、固体和液体 人教版（2019）选择性必修 第三册 第三节 气体的等压变化和等容变化 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 建立气体等压变化、等容变化的概念，理解盖 - 吕萨克定律与查理定律的内涵；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 V-T 图与 p-T 图像推导盖 - 吕萨克定律和查理定律，结合理想气体模型解释体积、压强与温度的变化关系，提升科学推理与模型建构能力。 科学探究 设计并完成气体等压变化、等容变化实验，控制压强 / 体积不变测量体积与温度、压强与温度，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 联系生活中热气球、高压锅、温度计等应用，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 气体的等压变化 01 教学内容 气体的等容变化 02 理想气体 03 气体实验定律的微观解释 04 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 气体等压变化的规律（盖 - 吕萨克定律）、等容变化的规律（查理定律）及其表达式； V-T 图像、p-T 图像的物理意义与应用； 盖 - 吕萨克定律与查理定律的适用条件，以及从分子动理论角度解释等压、等容变化的微观本质。 重点难点 课堂导入——思考与讨论 烧瓶上通过橡胶塞连接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱。用手捂住烧瓶，会观察到水柱缓慢向外移动，这说明了什么? 01 PART 01 第一部分 气体的等压变化 探究新知 7 探究新知——气体的等压变化 1、等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度的变化。 2、盖-吕萨克定律： 盖-吕萨克 （Gay-Lussac，1778—1850年）法国化学家、物理学家。 （1）内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积𝑉与热力学温度𝑇成正比。 （2）表达式： 其中V1，T1和V2，T2分别表示气体在1，2两个状态下的体积和温度 探究新知——气体的等压变化 （3）说明： 5.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） 相当于大气压几倍的压强都可以算作“压强不太大”，零下几十摄氏度的温度也可以算作“温度不太低”。 1.盖·吕萨克定律是实验定律，由法国科学家盖·吕萨克通过实验发现的。 3.在 中的与气体的种类、质量、压强有关。 2.适用条件：气体质量一定，压强不变。 注意： 正比于而不正比于。 4.一定质量的气体发生等压变化时，升高（或降低）相同的温度，增加（或减小）的体积是相同的。 探究新知——思考与讨论 1.试画出一定质量气体等压变化时V-T(热力学温度)及V-t(摄氏温度)图像。 【提示】　 探究新知——思考与讨论 2.如图所示为一定质量的气体在不同压强下的V-T图线，p1和p2哪一个大？ 【提示】p1<p2，如图所示， 先作一条等温辅助线， 在温度相同的情况下， 体积越大，压强越小， 则p1<p2。 探究新知——典例分析 【例1】(2024·重庆市沙坪坝区高二期末)如图所示，在导热性良好的容器上插入一根两端开口足够长的玻璃管，玻璃管与容器连接处用蜡密封不漏气。玻璃管内部横截面积S，管内一长h的静止水银柱封闭着一定量的空气，其中玻璃管部分空气柱长为l1，此时外界环境的温度为T1。现把容器浸没在水中，水银柱静止时，水的温度与气体相同，玻璃管中水银下方的空气柱长度变为l2，已知容器的容积为V，外界大气压为p0，水银的密度为ρ，重力加速度为g，求： (1)空气柱的压强； (2)水的温度T。 探究新知——典例探究 【解析】 （1）由液体压强公式得p=p0+ρgh （2）以封闭气体为研究对象，初始状态体积V1=V+Sl1 末状态体积V2=V+Sl2 气体发生等压变化，由盖-吕萨克定律= 解得T=T1。 探究新知——典例分析 【例2】 (2025·南昌二中高二检测)如图所示为一温度计的结构原理图，利用汽缸底部高度变化反映温度变化。质量为1 kg的导热汽缸内密封一定质量的气体，汽缸内横截面积为10 cm2。活塞与汽缸壁间无摩擦且不漏气。环境温度为27 ℃时，活塞刚好位于汽缸正中间，整个装置静止。已知大气压为1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2。忽略活塞与汽缸壁的厚度。则 A.刻度表的刻度是不均匀的 B.能测量的最大温度为600 K C.环境温度升高时，弹簧的长度将变短 D.环境温度为27 ℃时，缸内气体的压强为9×104 Pa 探究新知——典例探究 【解析】活塞位于汽缸正中间时，以汽缸为研究对象，由平衡条件可得p1S=Mg+p0S，当活塞位于汽缸的最下端时，设缸内气体温度为T2，压强为p2，则有p2S=Mg+p0S，联立可得p2=p1=1.1×105 Pa，可知缸内气体做等压变化，由盖—吕萨克定律可得=，解得T2== K=600 K，则能测量的最大温度为600 K，又因为=，ΔT=，且ΔV=S·ΔL，故ΔT=·ΔL，则刻度表的刻度是均匀的，故A、D错误，B正确；由以上分析可知，汽缸内的气体做等压变化，分析活塞受力可知，弹簧的弹力不变，因此环境温度升高时，弹簧的长度不变，故C错误。 02 PART 02 第二部分 气体的等容变化 探究新知 16 探究新知——气体的等容变化 1、等容变化：一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度的变化。 2、查理定律： （1）内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强𝑝与热力学温度𝑇成正比。 （2）表达式： 查理 （Charles，1746－l823） 或 其中P1，T1和P2，T2分别表示气体在1，2两个状态下的压强和温度 探究新知——气体的等容变化 1.查理定律是实验定律，由法国科学家查理通过实验发现的。 3.在中的与气体的种类、质量、体积有关。 2.适用条件：气体质量一定，体积不变。 4.一定质量的气体在等容时，升高（或降低）相同的温度，所增加（或减小）的压强是相同的。 5.解题时前后两状态压强的单位要统一。 注意：与热力学温度成正比，不与摄氏温度成正比。 （3）说明： 探究新知——思考与讨论 1.装有半瓶热水的热水瓶经过一段时间后，拔瓶口木塞觉得很紧，请分析产生这种现象的原因。 【提示】放置一段时间后，瓶内气体温度降低，体积不变，压强减小，外界大气压强大于瓶内空气压强，所以木塞难以打开。 2.试画出一定质量的气体在等容变化过程中压强p随热力学温度T的变化图像(p-T图像)及摄氏温度t的变化图像(p-t图像)。 【提示】　 探究新知——思考与讨论 3.如图所示为一定质量的气体在不同体积下的p-T图线，V1与V2哪一个大？为什么？ 【提示】　V1<V2，如图所示，先作一条等压辅助线，在压强相同的情况下，温度越高，体积越大，则V1<V2。　 探究新知——气体的等容变化 3、等容线： 一定质量的某种气体在等容变化过程中，压强𝑝跟热力学温度𝑇的正比关系𝑝−𝑇在直角坐标系中的图象叫做等容线。 其延长线经过坐标原点，斜率反映体积大小。 ①图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等容线上各状态的体积相同。 ②不同体积下的等容线，斜率越大，体积越小（同一温度下，压强大的体积小）如图所示，。 探究新知——气体的等容变化 4、P-T图象和P-t图象 把交点作为坐标原点，建立新的坐标系，那么，这时的压强与温度的关系就是正比例关系了。 在等容变化过程中，p-t是一次函数关系，不是简单的正比例关系。 如果把直线AB延长至与横轴相交，交点坐标是－273.150C 0 P t -273.15 273.15 A B 0 P t A B 0 P A B -273.15 T 绝对零度 探究新知——典例探究 【例3】在密封容器中装有某种气体，在体积不变时，温度由50 ℃加热到100 ℃，气体的压强变化情况是 A.气体的压强变为原来的2倍 B.气体的压强比原来增加了 C.气体的压强变为原来的 D.气体的压强比原来增加了 【解析】一定质量的气体，在体积不变的情况下，由等容变化规律可得=，当温度从50 ℃升高到100 ℃时，有==，所以p2=p1，因此压强比原来增加了，故B正确，A、C、D错误。 探究新知——典例探究 【例4】(2024·汉中市高二期末)某校物理兴趣小组利用压力传感器设计了一个温度报警装置，其原理示意图如图所示，导热良好的圆柱形容器竖直放置，用横截面积为S的活塞密封一定质量的气体，不计活塞质量和厚度，容器内壁光滑。初始时气体的温度T0=300 K，活塞与容器底的距离h0=45 cm，活塞上方d=3 cm处有一压力传感器制成的卡口，压力传感器连接报警器。随着环境温度缓慢升高，当容器内气体的温度达到T=400 K时刚好触发报警器工作。已知大气压强恒为p0，求： (1)活塞刚接触卡口时容器内气体的温度T1； (2)报警器刚好被触发工作时压力传感器对活塞的压力大小FN。 探究新知——典例探究 【解析】（1）初始时封闭气体的体积V0=h0S 活塞刚接触卡口时，气体的体积V=(h0+d)S 根据等压变化规律有=，解得T1=320 K （2）封闭气体从活塞接触卡口到报警器刚好被触发的过程中做等容变化，根据等容变化规律有= 对活塞受力分析，根据受力平衡有FN+p0S=pS 解得FN=0.25p0S。 探究新知——总结提升 应用查理定律解题的一般步骤 1.确定研究对象，即被封闭的一定质量的气体。 2.分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件：质量一定，体积不变。 3.确定初、末两个状态的温度、压强。 4.根据查理定律列式。 5.求解并分析、检验结果。 03 PART 03 第三部分 理想气体 探究新知 27 探究新知——理想气体 1、理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。 2.适用范围：在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时，把实际气体当成理想气体来处理，误差很小。 ——理想化实物模型 质点、点电荷、单摆、弹簧振子、理想变压器、理想气体等。 探究新知——理想气体 3.理想气体的特点： （1）理想气体是不存在的，是一种理想模型。 （2）在温度不太低，压强不太大时实际气体都可看成是理想气体。 （4）从能量上说：理想气体的微观本质是忽略了分子力，没有分子势能，理想气体的内能只有分子动能。 （3）从微观上说：分子间以及分子和器壁间，除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。 （5）一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，与气体的体积无关。 探究新知——理想气体 4.理想气体状态方程： 研究结果表明，一定质量的某种理想气体，在从某一状态变化到另一状态时，尽管其压强 P、体积V 和温度T 都可能改变，但是压强 P 跟体积 V 的乘积与热力学温度T的比值却保持不变。也就是说式中C是与压强 P、体积V、温度 T 无关的常量，它与气体的质量、种类有关。 此式叫作理想气体的状态方程。 04 PART 04 第四部分 气体实验定律的微观解释 探究新知 31 探究新知——思考与讨论 从微观角度来说，气体压强由什么因素决定？ 【答案】气体压强由单位面积上的分子热运动的撞击力决定，即取决于分子的平均动能和分子的数密度。 探究新知——玻意耳定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能不变。体积减小时，分子的数密度增大，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强就增大。 探究新知——盖—吕萨克定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大，只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才可能保持压强不变。 探究新知——盖—吕萨克定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大，只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才可能保持压强不变。 探究新知——查理定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强增大 。 探究新知——典例探究 【例5】(多选)(2025·眉山市模拟)夏日炎炎的正午，室外温度较室内高。与停在地下停车场相比较，同一汽车停在室外停车场时，汽车上同一轮胎内的气体 A.分子的平均动能更大 B.所有分子热运动的速率都更大 C.单位体积内的分子数更多 D.单位时间内与轮胎内壁单位面积撞击的分子数更多 探究新知——典例探究 【解析】因室外温度比室内高，所以室外停车场汽车轮胎内的气体温度高，而温度是气体分子平均动能的标志，因此分子平均动能更大，故A正确； 温度升高，平均动能变大，但并不是所有分子热运动的速率都更大，故B错误； 因轮胎体积不变，所以单位体积内的分子数不变，故C错误； 在体积不变的情况下，温度越高，气体分子的平均动能越大，气体的压强越大，单位时间内与轮胎内壁单位面积撞击的分子数越多，故D正确。 课堂小结 气体的等压变化和等容变化 气体的等压变化 盖—吕萨克定律： V＝CT或 气体的等容变化 1.查理定律：p = CT 或 2.V-T图像 2.p-T图像 课堂小结 理想气体的状态方程气体实验定律的微观解释 理想气体 宏观：遵从气体实验定律的气体 微观：只考虑分子动能，忽略分子势能 气体实验定律的微观解释 1.玻意耳定律的微观解释 2.盖-吕萨克定律的微观解释 3.查理定律的微观解释 理想气体的状态方程 = 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 FormatFactory : www.pcfreetime.com $