2.3 气体的等压变化和等容变化 导学案 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理导学案聚焦气体的等压变化（盖-吕萨克定律）、等容变化（查理定律）、理想气体模型及气体实验定律的微观解释，通过“手捂烧瓶观察水柱移动”“自行车轮胎爆胎”等生活情境设问导入，衔接气体状态参量基础知识，搭建从现象到规律的学习支架。 资料以“自主预习填空—课堂探究实验设计—典型例题变式训练—素养专练提升”为主线，自主预习助学生初步构建物理观念，课堂探究通过实验方案设计（控制条件、数据处理）培养科学探究能力，例题结合汽缸活塞等实际情境，以模型建构和科学推理深化对定律的理解，有效提升学生应用物理规律解决问题的能力。

第3节　气体的等压变化和等容变化 学习目标 1.知道气体的等压变化,了解盖-吕萨克定律并能应用于简单问题。 2.知道气体的等容变化,了解查理定律并能应用于简单问题。 3.了解理想气体模型,知道实际气体在什么情况下可以看成理想气体。 4.能用分子动理论和统计观点解释气体实验定律。 自主预习 一、气体的等压变化 1.一定质量的某种气体,在　　　　不变时,体积随温度变化的过程叫作气体的等压变化。  2.盖-吕萨克定律 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　　　 　。  3.等压线: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成正比关系,在V-T图像中的一条过原点的直线叫等压线。 二、气体的等容变化 1.一定质量的某种气体,在　　　　不变时,压强随温度变化的过程叫作气体的等容变化。  2.查理定律 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　　　　。  3.等容线:一定质量的气体,在体积不变的情况下,压强p与热力学温度T成正比关系,在p-T图像中的一条通过坐标原点的直线叫等容线。 三、理想气体 1.在　　　　温度、　　　　压强下都遵从气体实验定律的气体。  2.理想气体与实际气体 (1)实际气体在温度　　　　　　、压强　　　　　　时,可以当成理想气体来处理。  (2)理想气体是对实际气体的一种科学抽象,就像质点、点电荷模型一样,是一种理想模型,实际并不存在。 四、气体实验定律的微观解释 1.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　　　　是一定的。在这种情况下,体积减小时,分子的　　　 　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。  2.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　 　　　增大。在这种情况下,只有气体的体积同时增大,使分子的　　　　减小,才能保持压强不变。  3.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　　 　　保持不变。在这种情况下,温度升高时,分子的　　　　　　　增大,气体的压强就增大。  课堂探究 [情境设问] 如图所示,密闭的烧瓶,上方的细玻璃管中有一小段水柱。用手捂住烧瓶,水柱缓慢移动的原因是什么? 一、 等压变化 [情境设问]一定质量的某种气体在压强不变的情况下,体积随温度变化的定量关系如何?设计探究实验方案。 (1)实验目的是什么? (2)如何控制实验条件? (3)如何测量数据? (4)如何处理数据? (5)实验结论是什么? 1.等压变化: 　　　　　 　　　　　　　。  2.盖-吕萨克定律 (1)法国物理学家盖-吕萨克的结论。 (2)盖-吕萨克定律的描述和公式、适用条件 盖-吕萨克定律:  　。  公式:　 。  适用条件:　 。  3.等压线:  　。  二、 等容变化 [情境设问] 炎炎夏日,充满气的自行车轮胎在太阳下很容易爆胎,为什么? 1.等容变化:  　　　　　。  2.查理定律 (1)法国科学家查理的结论。 (2)查理定律的描述和公式、适用条件 查理定律:  　。  公式:　 。  适用条件:　 。  3.等容线:   　。  三、理想气体 [情境设问]任何气体在任何情况下都符合三个气体实验定律吗? 1.什么是理想气体?试着从宏观和微观两个角度描述。 2.理想气体和实际气体的区别。 四、气体实验定律的微观解释 [情境设问]气体实验定律描述了气体在不同状态下的状态参量之间的关系,你能根据气体压强的产生机理,从微观角度来解释气体的三个实验定律吗? 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。 典型例题 【例题1】如图所示,导热性能良好的圆柱形汽缸开口向上竖直放置,用轻质活塞将一定质量的理想气体密封在汽缸内,活塞横截面积S=5.0×10-4 m2,活塞上面放有一质量m=1 kg的铁块。开始时汽缸所处环境温度为27 ℃,活塞处于A位置,活塞距缸底部高度为h1=0.8 m。缓慢升高汽缸所处环境温度,当温度为87 ℃时,活塞到达新的位置B。已知活塞在A处大气压强p0=1.0×105 Pa,忽略活塞与汽缸壁之间的摩擦,重力加速度g=10 m/s2。求活塞在B位置时距缸底部的高度。 【变式练习1】如图所示,某同学用封有气体的玻璃管来测绝对零度,当容器水温是30 ℃时,空气柱长度为30 cm,当水温是90 ℃时,空气柱的长度是36 cm,则该同学测得的绝对零度相当于(　　) 　　　 　　　　　 　　　　　 A.-273 ℃ B.-270 ℃ C.-268 ℃ D.-271 ℃ 【例题2】某种气体的压强为2×105 Pa,体积为1 m3,温度为200 K。它经过等温过程后体积变为2 m3。随后,又经过等容变化,温度变为300 K,求此时气体的压强。 【变式练习2】盛有氧气的钢瓶,在 17 ℃的室内测得钢瓶内的压强是9.31×106 Pa。将钢瓶搬到-13 ℃的工地上时,瓶内的压强变为8.15×106 Pa。钢瓶是不是漏气?为什么? 素养专练 1.在一定的温度下,—定质量的气体体积减小时,气体的压强增大,这是由于(　　) A.单位体积内的分子数增多,单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多 B.气体分子的数密度变大,分子对器壁的吸引力变大 C.每个气体分子对器壁的平均撞击力都变大 D.气体密度增大,单位体积内分子重量变大 2.如图所示,是一定质量的气体从状态A经B到状态C的p-T图像,由图像可知(　　) A.VA=VB B.VB=VC C.VB<VC D.VA>VC 3.一户居民因家中厨房管道煤气泄漏发生爆炸事故,消防员迅速赶赴现场,组织扑救,火及时被扑灭。事故发生后,技术人员估计爆炸时厨房温度从常温迅速升高到1 800 ℃。那么,试估算发生爆炸时产生的气体的压强是大气压强的　　　　倍。  4.如图所示,绝热的汽缸内封有一定质量的气体,缸体质量M=200 kg,厚度不计的活塞质量m=10 kg,活塞横截面积S=100 cm2。活塞与汽缸壁无摩擦且不漏气。此时,缸内气体的温度为27 ℃,活塞位于汽缸正中间,整个装置都静止。已知大气压恒为p0=1.0×105 Pa,重力加速度为g=10 m/s2。求: (1)缸内气体的压强p1; (2)缸内气体的温度升高到多少摄氏度时,活塞恰好会静止在汽缸缸口AB处。 5.如图所示,一导热性能良好、内壁光滑的汽缸水平放置,厚度不计的活塞与汽缸底部之间封闭了一部分气体,此时活塞与汽缸底部之间的距离为24 cm,在活塞的右侧12 cm处有一对与汽缸固定连接的卡环,气体的温度为300 K,大气压强p0=1.0×105 Pa。现在对汽缸缓慢加热,求: (1)使活塞达到卡环时的温度; (2)加热到675 K时封闭气体的压强。 参考答案 · 自主预习 一、1.压强　2.正比 二、1.体积　2.正比 三、1.任何　任何　2.(1)不太低　不太大 四、1.平均动能　数密度　2.平均动能　数密度 3.数密度　平均动能 · 课堂探究 · 例题与变式 【例题1】例题分析:在缓慢加热的过程中,汽缸中的气体压强不变,可以应用盖-吕萨克定律解决,分析气体的初末状态,找到状态参量。 例题解答:选汽缸内密封的气体为研究对象,温度变化的过程中,气体的压强不变。 活塞在A位置时:温度为T1=(273+27)K=300 K,缸内气体高度为h1, 活塞在B位置时:温度为T2=(273+87)K=360 K,设缸内气体高度为h2, 由盖-吕萨克定律得, 解得h2=0.96 m。 答案:0.96 m 【变式练习1】答案:B 解析:对于液柱封闭的气体,在整个过程中压强不变, 设绝对零度相当于T0, 则初态:T1=-T0+30 ℃,V1=30S, 末态:T2=-T0+90 ℃,V2=36S, 由盖-吕萨克定律, 代入数据解得T0=-270 ℃。B项正确。 【例题2】 例题解答:根据玻意耳定律,有T1=T2,p1V1=p2V2, 根据查理定律,有V2=V3,, 联立上述各式可得, 所以p3=, 代入数据得p3=1.5×105 Pa。 答案:1.5×105 Pa 【变式练习2】答案:若钢瓶不漏气,则钢瓶内氧气体积不变,设后来瓶内氧气的压强变为p2,则由,解出p2≈8.35×106 Pa。由于8.35×106 Pa>8.15×106 Pa,故钢瓶漏气。 · 素养专练 1.A　2.B　3.7　4.(1)3.0×105 Pa　(2)327 ℃ 5.答案:(1)设活塞到达卡环时的温度为T2,活塞横截面积为S,此时V2=36S, 由等压变化, 得T2=×300 K=450 K。 (2)由450 K到675 K是等容变化, 由, 得p3=×1.0×105 Pa=1.5×105 Pa。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $