2.2 气体的等温变化 培优教学课件 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦气体的等温变化及玻意耳定律，从庆典气球升空现象切入，联系大气压与温度变化，引出气体压强、体积、温度的关系，通过实验探究、图像分析、例题解析搭建从现象到规律的学习支架。 其亮点在于以实验为核心，通过控制变量法探究压强与体积关系，结合p-V和p-1/V图像分析培养科学思维与模型建构能力，例题中力平衡法、连通器原理应用强化科学探究。联系打气筒等生活实例，帮助学生提升解决实际问题能力，为教师提供清晰教学流程。

2.气体的等温变化 第二章 气体、固体和液体 人教版选择性必修第三册 导入新课 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？ 学习目标 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。 科学思维 结合理想气体模型和分子动理论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 通过分析实验数据、绘制 p-V 图像推导玻意耳定律。 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。 重点难点 重点 1.气体等温变化的规律（玻意耳定律）及其表达式； 2.p-V图像的物理意义与应用 难点 了解玻意耳定律，能用气体等温变化规律求解简单的实际问题。 1. 探究气体等温变化的规律 2. 玻意耳定律 3. 课堂总结 4. 练习与应用 学习内容 第2节 气体的等温变化 一、探究气体等温变化的规律 第2节 气体的等温变化 能吹起气球吗？ 一、探究气体等温变化的规律 1.等温变化：一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系，叫做气体的等温变化。 在等温变化中，气体的压强与体积可能存在着什么关系？ 将针筒的细口堵上，用力向里压柱塞，越往里压会有什么感觉？ 结论：质量一定的气体，体积越小，压强越大。 一、探究气体等温变化的规律 实验一：探究气体等温变化的规律 1.实验目的：在温度保持不变时，研究一定质量 气体的压强P和体积V的关系 2.实验方法：控制变量法 压力表 柱塞 空气柱 橡胶套 3.实验器材：铁架台、注射器、刻度尺、压力表 (压强表)等，注射器下端用橡胶塞 密封，上端用柱塞封闭一段空气柱 4.物理量的测量 ②测压强P： 读取压力表示数 ①测体积V： 刻度尺读出空气柱的长度L，乘下底面积s 一、探究气体等温变化的规律 ④读取空气柱长度时，视线要与刻度线相平，以减小读数误差 5.实验注意事项: ①气体体积的改变要缓慢进行,保证温度不变 ②实验过程中，不要用手接触注射器的圆筒,保证等温变化 ③柱塞事先要涂好润滑油，保证装置的气密性 一、探究气体等温变化的规律 读数次数 5 4 3 初始 2 6 压强（×105Pa） 体积(单位体积) 2.00 1.00 2.25 0.85 1.52 1.29  1.25 1.65 1.00 2.00 2.50 0.80 6.实验数据记录: 7.数据分析 温度不变时压强与体积成反比 图像变换 一、探究气体等温变化的规律 例1．用注射器做“探究气体等温变化规律”的实验中，取几组p、V值后，用p作纵坐标，1/V作横坐标，画出p－1/V图象是一条直线，把这条直线延长后未通过坐标原点，而与横轴相交，如图所示，可能的原因是(　　) A．各组的取值范围太小 B．堵塞注射器小孔的橡胶套漏气 C．在实验中用手握住注射器而没能保持温度不变 D．压强的测量值偏小 D 二、玻意耳定律 第2节 气体的等温变化 二、玻意耳定律 1.内容：一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强P跟体积V成反比。 2.表达式： 该恒量C与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高T，该恒量C越大。 PV=C=nRT P1V1=P2V2 3.条件：一定质量的气体且温度不变。 4.适用范围：温度不太低，压强不太大。 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 V p 0 二、玻意耳定律 5.等温线： 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。 物理意义:反映压强随体积的变化关系。 T1 T2 面积：S=PV=C=nRT 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。 二、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。 p­- 二、玻意耳定律 利用玻意耳定律解题的步骤 1.确定研究对象。被封闭的气体（满足质量和温度不变）； 2.用一定的数字或表达式写出气体状态的初始条件 （）； 3.根据气体状态变化过程的特点，列出相应的气体公式（p1V1=p2V2）； 4.将各初始条件代入气体公式中，求解未知量； 温馨提醒：利用玻意耳定律解题时,经常使用p1V1=p2V2,相同物理量的单位要求使用同一单位即可。 二、玻意耳定律 G P0S PS PS = P0S+mg m S 力平衡法：选取与封闭气体接触的液柱(或活塞、汽缸)为研究对象进行受力分析，由F合＝0列式求气体压强。 M m S M m S 以活塞为研究对象 以气缸为研究对象 mg+PS = P0S Mg+PS = P0S 二、玻意耳定律 例2.如图甲所示，长为L=75 cm的粗细均匀、一端开口一端封闭的玻璃管，内有长度为L1=25 cm的汞柱。当开口向上竖直放置时，其下端封闭了一段长度为L2=36 cm的理想气体（外界大气压为p0=75 cmHg不变）。现保持温度不变，以玻璃管的封闭端为轴，使它做顺时针转动，当此玻璃管转到开口向下的竖直方向时，停止转动，如图乙所示，求此时封闭气体的压强。 解：假设水银流出，但是管口处仍有长为h的水银，由玻意耳定律得： 代入数据得ph=15 cmHg 由此判断有水银流出。 此时封闭气体压强p=p0-ph=60 cmHg。 甲 乙 二、玻意耳定律 连通器原理：在连通器中，同一种液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强相等，如图中同一液面C、D处压强相等. pA＝p0＋ph 二、玻意耳定律 例3.如图所示，竖直放置的U形管，左端封闭右端开口，管内水银将长19cm的空气柱封在左管内，此时两管内水银面的高度差为4cm，大气压强为75cmHg。现向右管内再注入水银，使空气柱长度减少1cm，若温度保持不变，则需注入水银柱的长度为多少？ 解：设管的横截面积为S，初态空气柱长度，压强p1=75 cmHg-4 cmHg=71 cmHg，末态：空气柱长度l2=19 cm-1 cm=18 cm，压强为p2，由玻意耳定律p1V1=p2V2得， 即 解得： 即左、右两管水银面的高度差应为0.1 cm，所以注入水银柱的长度应为（5-0.1） cm=4.9 cm。 二、玻意耳定律 当容器加速运动时，通常选与气体相关联的液柱、汽缸或活塞为研究对象，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，当竖直放置的玻璃管向上加速运动时，对液柱受力分析有： pS－p0S－mg＝ma 二、玻意耳定律 例4.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。 二、玻意耳定律 【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 三、课堂总结 第2节 气体的等温变化 三、课堂总结 气体的等温变化 探究气体等温变化的规律 等温变化：气体在温度不变的状态下，发生的变化。 等温变化实验 气体等温变化的图像 利用传感器探究气体等温变化的规律 玻意耳定律：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 PV=C=nRT P1V1=P2V2 四、练习与应用 第2节 气体的等温变化 四、练习与应用 1.如图是小明在美术课上画的小鱼，他画出了小鱼在水中吐气泡的神韵。若气泡内气体可视为理想气体，忽略温度变化。则气泡上升时（ ） A.泡内单位体积分子数增加 B.泡内气压减小 C.泡内气体内能减小 D.水对气泡做正功 B 四、练习与应用 2．某同学用如图所示装置探究气体等温变化的规律。关于该实验的操作，下列说法正确的是（　　） A．柱塞上涂油的目的是为了减小摩擦，便于推拉柱塞 B．柱塞与注射器之间的摩擦不影响压强的测量 C．为了方便推拉柱塞，应用手握紧注射器再推拉柱塞 D．实验中，为找到体积与压强的关系，需要测量柱塞的横截面积 B 四、练习与应用 3.如图所示是一定质量的某气体状态变化的 p－V 图象，则下列说法正确的是( 　) A．气体做的是等温变化 B．气体的压强从 A 到 B 一直减小 C．气的体积从 A 到 B 一直增大 D．气体的三个状态参量一直都在变 BCD 四、练习与应用 4.一只轮胎容积为V＝10 L，已装有p1＝1 atm的空气。现用打气筒给它打气，已知打气筒的容积为V0＝1 L，要使胎内气体压强达到p2＝2.5 atm，应至少打多少次气？(设打气过程中轮胎容积及气体温度维持不变，大气压强p0＝1 atm)(　　) A．8次 B．10次 C．12次 D．15次 D 四、练习与应用 5.如图所示，玻璃管中都灌有水银，且水银柱都处在平衡状态，大气压相当于76 cm高的水银柱产生的压强。 提示：(1)选与封闭气体接触的液柱(或活塞、汽缸)为研究对象进行受力分析，列平衡方程求气体压强。 (2)①pA＝p0－ph＝71 cmHg ②pA＝p0－ph＝66 cmHg ③pA＝p0＋ph＝(76＋10×sin30°)cmHg＝81 cmHg ④pA＝p0－ph＝71 cmHg　pB＝pA－ph＝66 cmHg (1)静止或匀速运动系统中气体的压强，一般采用什么方法求解？ (2)图中被封闭气体A的压强各是多少？ 得p＝p0＋ $