2.4 实验：探究气体等温变化的规律（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（教科版）

该高中物理课件聚焦“探究气体等温变化的规律”，涵盖实验目的、原理、设计及操作，通过连接装置、检查密封性、推动活塞测数据等步骤，衔接固体液体知识，以实验步骤、p-1/V图像数据处理为支架，帮助学生理解玻意耳定律。 其亮点在于以科学探究为主线，通过控制变量（缓慢推动活塞控温）、图像分析（p-1/V直线验证反比）培养科学思维，结合活塞受力分析典例深化物理观念。学生能提升实验探究与推理能力，教师可依托系统实验方案与解题思路优化教学。

1.实验目的 探究在温度不变的情况下,一定质量的某种气体其压强随体积变化的定量规律。 2.实验原理 　　选取一段空气柱为研究对象,在温度、质量一定的条件下,改变并测量空气柱的体积V, 同时测量它在不同体积下的压强p,画出p- 图像,探究p、V之间遵从的规律。 必备知识 清单破 4 实验:探究气体等温变化的规律 知识点1 实验目的与原理 第二章　固体、液体和气体 高中同步 1.实验器材 如图所示,有铁架台、压强计、气柱玻管等。   知识点2 实验设计 第二章　固体、液体和气体 高中同步 2.实验操作 (1)按图连接装置后,检查装置的密封性。 (2)将活塞顶端置于某一刻度处,记下管内空气的体积V和对应的压强p。 (3)用手缓慢地推动活塞,读出多组体积与压强的测量值,记录数据。 3.数据处理 以压强p为纵坐标,以体积的倒数 为横坐标,作p- 图像。若p- 图像是一条过原点的直线,说明压强跟体积的倒数成正比,即压强与体积成反比。 第二章　固体、液体和气体 高中同步   4.实验结论 　　一定质量的某种气体,在温度保持不变的情况下,压强p与体积V成反比。其表达式为 pV=常量。若用p1、V1和p2、V2分别表示一定质量的某种气体在不同状态下的压强和体积,则有 p1V1=p2V2。 特别说明    (1)该结论成立的条件:气体的质量一定,气体压强不太大,温度不太低; (2)“pV=常量”有两层含义:a.此常量与气体的物质的量、温度、气体常数有关;b.对于温度 不同、质量不同、种类不同的气体,常量的数值未必一样。 第二章　固体、液体和气体 高中同步 5.注意事项 (1)改变气体体积时,要缓慢推动活塞。 (2)实验过程中,不要用手接触气柱玻管。 (3)实验前要在活塞上涂抹润滑油。 (4)读数时视线要与活塞底面平行。 (5)作p- 图像时,应使尽可能多的点落在直线上,不在直线上的点应均匀分布于直线两侧,偏 离太大的点应舍弃掉。 第二章　固体、液体和气体 高中同步 知识辨析 1.在“探究气体等温变化的规律”的实验中,空气柱体积变化的快慢是否对实验有影响? 2.公式pV=常量,这个常量的数值是在任何情况下都相同吗? 3.若一定质量的气体的压强、温度均保持不变,其体积可能变化吗? 第二章　固体、液体和气体 高中同步 一语破的 1.有影响。空气柱体积变化太快,会引起气体温度变化,将对实验产生影响。 2.不是。常量的数值与气体的物质的量、气体常数、温度有关。 3.不可能。一定质量的气体的压强、温度不变,根据“pV=常量”可知其体积一定不变。 第二章　固体、液体和气体 高中同步 1.液柱类 液柱产生的附加压强p=ρ液gh,其中h表示液柱或两液面之间的竖直高度,g是液柱所在处的重 力加速度。 (1)容器静止或匀速运动时,根据同种液体(中间液体不间断)在同一水平液面处压强相等,在 容器内灵活选取等压面,由两侧压强相等列方程求气体压强。 如图所示,C、D处液面水平且等高,液体密度为ρ,重力加速度为g,则液面C、D两处压强相等, 封闭气体A的压强pA=pC=pD=p0+ρgh。 关键能力 定点破 定点1　封闭气体压强的计算 第二章　固体、液体和气体 高中同步 (2)容器加速运动时,通常选与气体相关联的液柱为研究对象,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。 如图甲所示,玻璃管下端封闭一定质量的气体,玻璃管横截面积为S,液柱质量为m,重力加速度 为g,玻璃管竖直向上匀加速运动时,对液柱进行受力分析如图乙,有pS-p0S-mg=ma,得p=p0+  。   第二章　固体、液体和气体 高中同步 2.活塞类 以与封闭气体接触的固体(如汽缸或活塞)为研究对象,进行受力分析,列平衡方程求压强。 如图甲所示,汽缸置于水平地面上,汽缸横截面积为S,活塞质量为m,大气压强为p0,重力加速度 为g。以活塞为研究对象,受力分析如图乙,由平衡条件得mg+p0S=pS,则封闭气体的压强p=p0+  。 甲　      乙 第二章　固体、液体和气体 高中同步 典例　一竖直放置、缸壁光滑且导热良好的柱形汽缸内盛有一定质量的氮气【1】,氮气被活 塞分割成Ⅰ、Ⅱ两部分;达到平衡【2】时,这两部分气体的体积相等,上部气体的压强为p,如图 (a)所示。若将汽缸缓慢倒置,再次达到平衡【3】时,上下两部分气体体积之比为3∶1,如图(b)所 示。设外界温度不变。已知活塞面积为S,重力加速度大小为g,求活塞的质量。   第二章　固体、液体和气体 高中同步 信息提取　【1】汽缸内气体发生的是等温变化。 【2】达到平衡时,活塞所受合力为零,Ⅰ部分气体对活塞向下的压力与活塞的重力的合力等 于Ⅱ部分气体对活塞向上的压力。 【3】倒置后,再次平衡时,Ⅱ部分气体对活塞向下的压力与活塞重力的合力等于Ⅰ部分气体 对活塞向上的压力。 第二章　固体、液体和气体 高中同步 思路点拨       Ⅰ初态参量:p、 →Ⅰ末态参量:p'1、  Ⅱ初态参量:p2、 →Ⅱ末态参量:p'2、  第二章　固体、液体和气体 高中同步 解析    设活塞的质量为m,气体的总体积为V, Ⅰ部分气体在汽缸倒置前的压强为p,体积为 ,在汽缸倒置后的压强为p'1,体积为 , Ⅱ部分气体在汽缸倒置前的压强为p2,体积为 ,在汽缸倒置后的压强为p'2,体积为  汽缸倒置前,两部分气体的关系为:pS+mg=p2S,整理得p2= p+ (由【2】得到) 汽缸倒置后,两部分气体的关系为:p'2S+mg=p'1S,整理得p'2= p'1- (由【3】得到) 倒置过程中两部分气体温度不变(由【1】得到),由玻意耳定律可知 对Ⅰ部分气体有p· =p'1·  对Ⅱ部分气体有p2· =p'2·  联立解得m= 。 第二章　固体、液体和气体 高中同步 答案      第二章　固体、液体和气体 高中同步 1.明确研究对象 根据题意确定所研究的气体,要求气体质量不变,温度不变;气体的质量发生变化时,需通过设 想,把变质量转化为定质量,才能应用玻意耳定律。 2.明确状态参量 找出气体变化前后的初、末状态,并确定初、末状态的p、V值。 3.列方程、求解 根据玻意耳定律列方程,必要时还应用力学或几何知识列出辅助方程;求解时注意同一物理 量的单位要统一。因为是比例式,计算中只需使相应量(p1、p2及V1、V2)的单位统一,不一定 用国际单位制的单位。 定点2　应用玻意耳定律解题的基本思路 第二章　固体、液体和气体 高中同步 4.检验结果 在等温变化中,有时列方程求解会得到两个结果,应通过合理性的检验决定取舍。 第二章　固体、液体和气体 高中同步 1.等温线的种类 定点3　等温变化的图像问题 第二章　固体、液体和气体 高中同步 p- 图像 p-V图像 图像     物理 意义 一定质量的气体,温度不变时,pV=常量,p与V成反比,p与 就成正比,在p- 图像中的 等温线应是过原点的直线 一定质量的气体,在温度不变的情况下,p与V成反比,因此等温过程的p-V图线是双曲线的一支 2.两种等温变化图像的比较 第二章　固体、液体和气体 高中同步 温度高低 作 = 直线分别与图线相 交,根据气体压强的微观解释 和温度的微观含义,在体积相 同的情况下,温度越高压强越 大,故T2>T1 作V=V1直线分别与图线相交, 根据气体压强的微观解释和 温度的微观含义,在体积相同 的情况下,温度越高压强越 大,故T2>T1 第二章　固体、液体和气体 高中同步 典例　为了直观地描述一定质量气体在等温变化时压强p与体积V的关系, 通常建立p-V坐标系来研究。该气体在T1、T2温度下的等温线(为双曲线的 一支)如图所示【1】,则它的p- 图像【2】应为 (　    )   B 第二章　固体、液体和气体 高中同步 信息提取　【1】温度越高,等温变化的p-V图线离原点越远。 【2】温度越高,等温变化的p- 图线斜率越大,且图线延长线过原点。 第二章　固体、液体和气体 高中同步 思路点拨    等温变化中有pV=C、p= ·C,温度越高,C越大。根据p-V图像判断T1、T2大小关 系,然后判断T1、T2温度下p- 图线的斜率关系。 第二章　固体、液体和气体 高中同步 解析    根据玻意耳定律pV=C,C与温度有关,温度越高,C越大,可知p与V之积越大表示温度越 高,则T2>T1(由【1】得到);根据pV=C可得p= ·C,故p与 成正比,p- 图线的延长线过原点,且 温度越高,图线的斜率越大,故B正确。 答案    B 第二章　固体、液体和气体 高中同步 $