第1章 第4节 科学探究：气体压强与体积的关系（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（鲁科版）

该高中物理课件围绕气体状态参量（体积、温度、压强）及压强与体积关系的探究展开，通过塑料小球模拟气体分子撞击活塞的情境导入，引导学生从微观理解压强产生，再过渡到宏观实验设计与数据处理，形成“微观本质-宏观实验-概念辨析”的学习支架。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，采用控制变量法设计实验（保持温度、质量不变），通过数据表格记录与p-1/V图像分析得出结论，情境探究中用小球模拟分子运动建构微观模型，深化物理观念。知识辨析题强化概念理解，助力学生提升探究能力与推理能力，为教师提供结构化教学资源，便于实施高效教学。

1.状态参量:对一定质量的气体,其宏观状态通常可用气体的体积V、温度T和压强p这三个物 理量来描述,这些描述系统状态的物理量称为系统的状态参量。 2.气体的体积:气体的体积通常就等于容器的容积。 3.气体的温度 (1)宏观上:温度是描述物体冷热程度的物理量。 (2)微观上:温度是物体内分子平均动能的标志。 (3)单位 ①常用单位:摄氏度,符号为℃。 ②国际单位: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。 第4节　科学探究:气体压强与体积的关系 知识 清单破 知识点 1 知识点 1 气体的状态参量 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 (4)热力学温度T与摄氏温度t的关系:T=t+273.15 K。摄氏温度变化1 ℃与热力学温度变化1 K 是等效的,即ΔT=Δt。 4.气体的压强 (1)定义:气体对器壁及气体内部各个方向都存在压强,这种压强称为气体压强,简称气压。 (2)产生原因:大量气体分子频繁撞击器壁,对器壁产生一个稳定的压力,从而产生压强。 (3)压强特点:气体内部压强处处相等。 (4)决定因素:气体的温度和单位体积内的分子数。 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 1.实验器材 探究气体压强与体积关系的实验装置:气压计、玻璃管、铁架台、活塞等。 2.实验原理与设计 如图所示,以玻璃管内封闭的气体为研究对象,在保持气体温度不变的情况下,改变气体的体 积,测量多组数据即可研究气体压强与体积之间的关系。 知识点 1 知识点 2 探究气体压强与体积的关系 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 3.实验步骤 (1)根据实验原理安装实验器材。 (2)玻璃管两端有活塞和橡胶套,管内密封一段空气柱,这段空气柱就是我们的研究对象。在 实验过程中,我们可以近似认为空气柱的质量和温度不变。 (3)用手把活塞向下压,选取几个位置,同时读出玻璃管上刻度的读数与气压计读数,在表格中 记录数据。 项目 数据1 数据2 数据3 数据4 数据5 数据6 空气柱长度d/cm 压强p/(× 105 Pa) 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 (4)用手把活塞向上拉,选取几个位置,同时读出玻璃管上刻度的读数与气压计读数,在上面设 计的表格中记录数据。在该实验中,可以直接用玻璃管上刻度的读数作为空气柱体积,而无 需测量空气柱的横截面积。 (5)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,观察图像, 进一步确定p与 的关系。 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 1.气体体积就是所有气体分子体积的总和。 (　    ) 气体的体积是气体分子所充满的空间,通常指容器的容积。 2.分子的平均动能的大小与物质的种类有关。 (　    ) 分子的平均动能和温度有关,与物质种类无关。 3.一个物体的温度由10 ℃升高到20 ℃,与它从288 K升高到298 K所升高的温度是相同的。  (　    ) 4.气球内气体的压强是由于气体重力作用产生的。  (　    ) 气球内气体的压强是由于气体分子对气球的频繁撞击产生的。 知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。 ✕ ✕ √ ✕ 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 　　在玻璃筒内装入一些塑料小球,用这些小球代表气体分子,然后在玻璃筒内放一轻质活 塞,用电动机带动振动器使小球运动。电动机启动后,活塞受小球的撞击,悬浮在一定的高 度。 疑难 情境破 疑难1 对气体压强的理解 情境探究 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 问题1 为什么玻璃筒中的活塞能够稳定悬浮? 提示    虽然活塞受到塑料小球撞击的作用力是短暂的、不连续的,但频繁撞击,在整体上就 能够表现出活塞受到一个稳定的作用力而能够稳定悬浮。 问题2 保持塑料小球的数目不变,增大电动机的转速,活塞高度如何变化?为什么? 提示    活塞悬浮高度增加;因为增大电动机的转速,小球运动变剧烈,小球对活塞的作用力变 大。 提示 提示 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 问题3 保持电动机的转速不变,增加塑料小球的数目,活塞高度如何变化?为什么? 提示    活塞悬浮高度增加;因为增加塑料小球的数目,单位时间内撞击活塞的小球个数变多, 活塞受到的作用力变大。 问题4 结合上述现象分析,气体的压强是怎样产生的? 提示    容器中的气体分子在做高速无规则运动时,容器壁受到分子的撞击。每个分子撞击容 器壁产生的力是短暂的、不连续的,但容器壁受到大量分子频繁撞击,就会受到一个稳定的 压力,从而产生压强。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。 提示 提示 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 问题5 气体内部各处的压强相等吗?为什么? 提示    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,因此气体内部压强处处相等。 提示 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 气体压强的决定因素 讲解分析   温度 对于一定质量的气体,在体积不变的情况下,温度越高,气体分子的平均速率越大,气体的压强越大 体积 对于一定质量的气体,在温度不变的情况下,体积越小,气体分子数密度越大,气体的压强越大 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步   气体分子 平均速率 气体的温度高,气体分子的平均速率就大,单个气体分子与器壁碰撞(可视作弹性碰撞)的撞击力就大;从另一方面讲,在气体分子数密度不变的情况下,分子的平均速率大,在单位时间里器壁受气体分子撞击的次数就多,整体表现出的撞击力就大 气体分子 数密度 在温度不变的情况下,气体分子数密度(即单位体积内气体分子的数目)大,在单位时间内,与单位面积器壁碰撞的分子数就多,整体表现出的撞击力就大 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 　　封闭气体压强的计算大致可分为液体封闭气体压强的计算和固体封闭气体压强的计 算。 (1)液体封闭气体压强的计算的典型问题是水银柱封闭气体压强的计算,采用的方法主要有: 　　①取等压面法:即根据同种液体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解压强。 例如:a.直玻璃管中液体封闭气体的压强设为p,大气压强为p0,液体产生的压强为ph,则 疑难2 气体压强的计算 讲解分析 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 b.“U形管”中封闭气体的压强设为p,则 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 ②参考液片法:通常以在液体的最低点选取的液体薄片(自身重力不计)为研究对象,分析液片 两侧受力情况,根据受力平衡列方程,消去面积,得到液片两侧压强相等,进而求得封闭气体的 压强。 如图所示,设U形管的横截面积为S,在其最低处取一液片R,由其两侧受力平衡可知:   pS+ρgh0S=p0S+ρgh0S+ρghS 即得p=p0+ρgh。 (2)固体封闭气体压强计算的典型问题是气缸和活塞封闭气体压强的计算,通常选活塞或气 缸为研究对象,对其进行受力分析,列平衡方程求封闭气体的压强。 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 1.实验操作中的三点注意 (1)本实验应用物理实验中常用的控制变量法,探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温 过程),气体的压强和体积的关系。 (2)为保持等温变化,实验过程中手不要握在玻璃管内有气体的部位。同时,改变体积过程应 缓慢,以免影响密闭气体的温度。为保证气体质量不变,应保证实验装置密闭,应在活塞与玻 璃管内壁间涂上润滑油,玻璃管内、外气体的压强差不宜过大。 (3)实验中所用的气压计精度较高,而气体“体积”是直接在玻璃管的刻度上读出的,其误差 会直接影响实验结果。 讲解分析 疑难3 探究气体压强与体积关系实验的注意事项与误差分析 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 2.实验结论 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,所以p-V图线是双曲线的 一支。 易错警示    不同温度下的图线是不同的,如图是一定质量的气体分别在T1、T2温度下等温变 化的p-V图线,其中温度较高的是T2。 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 3.误差分析 (1)改变体积的过程,造成两个状态的温度不能保证完全一致导致偶然误差。 (2)气体压强、气柱高度的读数,描点画图等存在偶然误差。 第1章　分子动理论与气体实验定律 高中同步 $