2.3 气体的等圧変化和等容变化 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压变化和等容变化，系统讲解盖—吕萨克定律、查理定律及理想气体状态方程，结合p-T与V-T图像分析。通过“烧瓶水柱移动”实验导入，复习气体压强与大气压区别的旧知，搭建“实验观察—规律总结—图像应用”的学习支架，衔接前后知识脉络。 其亮点在于以科学探究为主线，通过实验探究等压、等容变化规律，结合微观解释（分子数密度、平均动能）深化科学思维，例题融入拔火罐、轮胎充气等生活情境。小结系统梳理实验定律与状态方程，助力学生构建物理观念。学生能提升分析问题能力，教师可直接使用完整教学资源提高效率。

完成一个小目标，需要一个大智慧！ 授课教师：李长青 2.3 气体的等圧变化和等容变化 人教版(2019)选必修 第三册 学习目标 1. 掌握盖—吕萨克定律和查理定律的内容、表达式及适用条件； 2. 理解p-T图像与V-T图像的物理意义； 3. 知道理想气体模型，理解气体实验定律的微观解释。 1 复习回顾   气体压强 大气压强 区别 ①因密闭容器内的气体分子的密集程度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生 ②大小由气体分子的密集程度和温度决定，与地球的引力无关 ③气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的 ①由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强.如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，从而也不会有大气压强 ②地面大气压强的值与地球表面积的乘积，近似等于地球大气层所受的重力值 ③大气压强最终还是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强 联系 两种压强最终都是通过气体分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物体而产生的 气体压强和大气压的区别 2 新课导入 问题与思考 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？ 结论：一定质量的气体，在压强不变时，体积随温度的升高而增大。 学习任务一： 气体的等压变化 思考：在气体的等压变化中，气体的体积与温度可能存在着什么关系？ 等压变化： 1.研究对象： 2.研究目的 ： 一定质量的气体 p 保持不变，探究V-T关系 一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度变化的过程。 实验探究：气体的等压变化规律 3.盖·吕萨克定律: （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。 　　　　　　　或 （2）公式表述： （3）适用范围：①温度不太低，压强不太大 ②气体的质量和压强都不变。 法国化学家、物理学家 盖·吕萨克 这里的C和玻意耳定律表达式中的C都泛指比例常数，它们并不相等。 （4）图像：等压线 T O V p 结论：等圧变化过程中，ΔT相同，则ΔV相同 （T，V） 思考：V正比于T 而不正比于t，那么 Vt 吗？ 结论：等压线斜率越大，则p 越小，即p2<p1 思考： 同一气体，不同压强下等压线是不同的，哪条等压线表示压强较高的情形？说出理由。 p2 T O V p1 想一想：为什么Ｏ点附近用虚线？ 答：热力学绝对零度不可能达到。（气体在接近0点之前已经液化。） 物理意义： ①图线上各点表示一个确定的状态； ②同一条等压线上各点气体压强相同； ③等压线倾斜程度表示压强大小，斜率越大，压强越小； 等压线V-T图、V-t图： V-t图理解： 一定质量的气体，在压强不变的情况下，当温度每升高或降低1℃，增加或减少的体积等于零摄氏度时体积的1/273； V V T/K 0 •（VT、T） •（V0、T0） 左移△T △t △V V t/℃ V0 0 -273.15 摄氏温标变换 学习任务评价一 【例1】一圆柱形汽缸，质量M=10kg，总高度L=40cm，内有一厚度不计的活塞，质量 m =5kg，截面积 S=50cm2，活塞与汽缸壁间摩擦不计，且不漏气。当外界大气压强 p0=1×105 Pa，温度t0 =7℃时，如果用绳子系住活塞将汽缸悬挂起来，如图所示，汽缸内气体柱的高L1=35cm，g取10m/s2。求： (1)此时汽缸内气体的压强； (2)当温度升高到多少摄氏度时，活塞将与汽缸分离? 参考答案：⑴8×104Pa ⑵470C 【变式练】(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。 （1）p=p0+ρgh （2）对封闭气体： 初状态：V1=V+Sl1 末状态：V2=V+Sl2 由盖-吕萨克定律：= 解得T=T1。 学习任务二： 气体的等容变化 一定质量的气体，在体积不变时压强随温度的变化，叫做气体的等容变化。 T1 V1 P1 T2 V1 P2 思考：在气体等容变化中，气体的压强与温度可能存在着什么关系？ 1.研究对象：一定质量的气体 2.研究目的：V保持不变，探究P-T关系 ●为什么夏天打足气的轮胎在太阳下暴晒，很容易爆胎？ ●冬季暖水瓶前一天倒剩的开水，为什么第二天瓶塞很难拔开？ 生活中的现象 实验探究：等容变化规律 利用高压锅可以很快把饭煮熟。 3.查理定律 （1）内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强P与热力学温度T成正比。 　　　　　　　或 （2）公式表述： （3） 适用范围：①温度不太低，压强不太大 ②气体的质量和体积都不变。 法国科学家 雅克·查理 这里的C和玻意耳定律表达式中的C都泛指比例常数，它们并不相等。 t O p -273.15 ⑴ p -t 关系 ⑵ p -T 关系 T O 273.15 p 4.压强与温度关系 ●等容変化过程中，ΔT相同，则Δp 相同 ●等容线斜率越大，则V越小，即V2<V1 V2 T O p V1 （T，p） 物理意义： ①图线上各点表示一个确定的状态； ②同一条等容线上气体各状态的体积相同； ③等容线倾斜程度表示体积大小，斜率越大，体积越小； 我国民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，即用一个小罐，将纸燃烧后放入罐内，然后迅速将火罐开口端紧压在人体的皮肤上，待火罐冷却后，火罐就被紧紧地“吸”在皮肤上。你知道其中的道理吗？ 答案：火罐内的气体体积一定，冷却后气体的温度降低，压强减小，故在大气压力作用下被“吸”在皮肤上。 想一想 学习任务评价二 (1)一定质量的某种气体，在压强不变时，若温度升高，则体积减小 (　　) (2)“拔火罐”时，火罐冷却，罐内气体的压强小于大气的压强，火罐就被“吸”在皮肤上 (　　) (3)一定质量的气体，等容变化时，气体的压强和温度不一定成正比 (　　) (4)查理定律的数学表达式 ＝C，其中C 是一个与气体的质量、压强、温度、体积均无关的恒量 (　　) 【例2】判断下列说法的正误。 × √ √ × 【例3】一辆汽车未启动时，一车胎内气体温度为，胎压监测装置显示该车胎胎压为，考虑到胎压不足，司机驾驶车辆到汽车修理店充气，行驶一段路程到汽车修理店后，胎压监测装置显示该车胎胎压为，工作人员为该车胎充气，充气完毕后汽车停放一段时间，胎内气体温度恢复到时，胎压监测装置显示该车胎胎压为，已知车胎内气体体积为且不考虑体积变化，求： （1）车胎胎压为时轮胎内气体的温度； （2）新充入气体与车胎内原来气体的质量比。 P-t图像和P-T图像 把交点作为坐标原点，建立新的坐标系，那么，这时的压强与热力学温度的关系就是正比例关系了。 在等容变化过程中，p-t图像是一次函数关系，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 探究气体的等容变化规律 学习任务三： 理想气体 1.定义： 2.特点 ⑴理想气体不存在，是一种理想模型 ⑵分子可视为质点 ⑶无分子势能 3.实际气体视为理想气体条件 推论：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。 宏观： 气体的内能： U T 在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。 → 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，压强 p 跟体积 V 的乘积与热力学温度T的比值保持不变。 称作理想气体的状态方程。 4.理想气体状态方程 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。即与物质的量有关（C=nR） 或 （分态式） 探究：理想气体状态方程 一定质量的理想气体，等温变化A到B、再等容变化到C。气体A、B、C 的状态参量为PA、VA、TA和PB、VB、TB及PC、VC、TC。 求：A、C状态参量之间关系； 析： 0 p V A B • C VB=VC TA=TB 5.理想气体状态方程与气体实验定律的关系 = ⇒ 初态 p1 V1 T1 末态 p2 V2 T2 对象 1.分清状态(始态和末态)、过程(等温、等压、等容) 2.正确地找出状态参量，尤其是压强的量值和单位。 应用理想气体状态方程解题的一般步骤 【例3】(多选)下列对理想气体的理解，正确的有 (　 　) A．理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型 B．只要气体压强不是很高就可视为理想气体 C．一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关 D．在任何温度、任何压强下，理想气体都遵从气体实验定律 学习任务评价三 AD 【例4】如图某种气体在状态A时压强2×105Pa，体积为1m3，温度为200K。它在等温过程中由状态A变为状态B，状态B的体积为2m3。随后，又由状态B在等容过程中变为状态C，状态C的温度为300K。求状态C的压强。 A C B A C B 0 p/×105Pa V/m3 1 2 1 2 解：A→B 由波意耳定律，得 pAVA=pBVB B→C 由查理定律，得 又 TA=TB ，VB=VC ⑴ ⑵ ⑶ 由⑴、⑵、⑶ 得 解得： 以气体为研究对象。 另解： 初态： PA=2×105Pa VA=1m3 末态： PB=？ VB=2m3 等温变化，根据 pAVA=pBVB 代入得： 2×105×1=PB×2 解得： （1） PB=105Pa TA=200K TB=200K 初态： PB=105Pa VB=2m3 末态： PC=？ VC=2m3 等容变化，根据 代入得： 解得： （2） PC=1.5×105Pa TB=200K TC=300K 题型： 气体状态变化的可能性分析 【例5】（多选）对于一定质量的理想气体，下列状态变化过程可能发生的有( ) AC A.气体的压强增大，体积减小，温度升高 B.气体的压强增大，体积增大，内能减小 C.气体的压强减小，体积增大，温度升高 D.气体的压强减小，体积减小，内能增大 【解析】 （公式法） 根据理想气体的状态方程 （常量）可知，气体的压强增大，体积减小，则温 度可能升高、降低或不变；气体的压强增大，体积增大，则温度一定升高，内能增 大；气体的压强减小，体积增大，则温度可能升高、降低或不变；气体的压强减小， 体积减小，则温度降低，内能减小。故选项A、C描述的状态变化可能发生。 图2-3-15 （图像法） 如图2-3-15所示的图像中，点表示气体所处的原始状态，过 点分别作出气体状态变化的等温线1、等压线2和等容线3，三条线 将 图像划分为六个区域，各区域对应的状态变化如下： 区域Ⅰ：压强增大，体积减小，温度降低； 区域Ⅱ：压强增大，体积减小，温度升高； 区域Ⅲ：压强增大，体积增大，温度升高； 区域Ⅳ：压强减小，体积增大，温度升高； 区域Ⅴ：压强减小，体积增大，温度降低； 区域 压强减小，体积减小，温度降低。 由于对于理想气体，温度升高时内能增大， 温度降低时内能减小,则A、C描述的状态 变化可能发生。 （微观角度） 从微观角度进行分析，也可判断A、C正确，可以自己动手试一试。 学习任务四： 气体实验定律的微观解释 2.思路：围绕p 的微观决定因素分析 p 1.状态参量的决定因素 n (分子数密度) Ek 微观 ---V ---T 宏观 1.玻意耳定律的微观解释：T一定，p ∝ V ↓ n ↑ p↑ 体积大 体积小 T ↑ p ↑ Ek ↑ 低温 高温 2.查理定律的微观解释： V一定，p∝T 3.盖˙萨克定律的微观解释： p一定，V∝T T ↑ Ek ↑ V ↑ n ↓ p 一定 低温 高温 【例6】(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 学习任务评价四 【例7】比较：等容线的体积大小 、等压线的压强大小. V1 V2 V3 气体温度一定时，分子平均动能一定；体积越小，分子的数密度越大，气体压强越大。所以V1>V2>V3 。 p1 p2 p3 气体温度一定时，分子平均动能一定；体积越小，分子的数密度越大，气体压强越大。所以p1>p2>p3 。 【例8】一容器中装有某种气体，且容器上有一个小口与外界大气相通，原来容器内的温度为27℃，若把它加热到127℃，从容器中溢出的空气质量是原来质量的多少倍呢？ 解析： 初态  T1=300K V1=V P1=P 分析：容器上有一个小口与外界大气相通，即气体的压强始终等于外界大气压，气体状态变化可以看作是等压变化。本题解题的关键不是气体状态的确定，而是研究对象的选取。 末态  T2=400K V2=？ P2=P 由盖-吕萨克定律 : 就容器而言，里面气体质量变了，但可视容器中气体出而不走，以原来容器中的气体为研究对象，就可以运用气体的等压变化规律求解。 法一： 解析： 以后来容器中的气体为研究对象。气体状态变化如图所示。 法二： 初态  T1=400K V1=V P1=P 末态  T2=300K V2=？ P2=P 由盖-吕萨克定律 : 课堂小结 玻意耳定律 查理定律 盖-吕萨克定律 p1V1=p2V2 理想气体状态方程 都是实验定律 ，由实验归纳总结得到。 1.选对象:研究的某一部分气体，其质量必须保持一定. 2.找参量:压强的确定往往是个关键. 3.认过程:认清变化过程是正确选用物理规律的前提. 4.列方程:T--热力学温度，p、V的单位统一，最后讨论结果的合理性及其物理意义. 方法总结 解题的一般步骤 课堂练习 【1】如图所示，A、B是两个容积相同的密闭容器，由细玻璃管连通，管内有一段汞柱。当A容器内气体温度为00C，B容器内气体温度为100C，汞柱在管中央静止。若分别给A、B容器加热，使它们的温度都升高100C，管内汞柱将 （　） A．向右移动 B．向左移动 C．保持不动 D．无法确定 A 【2】两位同学为了测一个内部不规则容器的容积，设计了一个实验，在容器上插入一根两端开口的玻璃管，接口用蜡密封，如图所示。玻璃管内部横截面积S=0.2cm2，管内一静止水银柱封闭着长为L1=5cm的空气柱，水银柱长为L=4cm，此时外界温度为T1=270C，现把容器浸入温度为T2=470C的热水中，水银柱静止时，下方的空气柱长度变为 L2=8.7cm，实验时大气压为76cmHg不变。根据以上数据可 以估算出容器的容积约为（　 ） A．5cm3 B．7cm3 C10cm3 D．12cm3 C 【3】在图所示的气缸中封闭着温度为100℃的空气, 一重物用绳索经滑轮与缸中活塞相连接, 重物和活塞均处于平衡状态, 这时活塞离缸底的高度为10 cm,如果缸内空气变为0℃, 问: ①重物是上升还是下降？ ②这时重物将从原处移动多少厘米? (设活塞与气缸壁间无摩擦) 温度降低 压强减小, 故活塞下移, 重物上升. 利用等容变化 等压变化 得h =7.4 cm 重物上升高度Δh=10－7.4=2.6 cm 等压变化需要分析判断 等温变化一般较为明显 【4】(多选)如图所示是一定质量的理想气体的 p-V图线，若其状态为A→B→C→A，且A→B等容变化，B→C等压变化，C→A等温变化，则气体在A、B、C三个状态时 (　 　) A.单位体积内气体的分子数nA=nB=nC B.气体分子的平均速率vA>vB>vC C.气体分子在单位时间内对器壁的平均作用力FA>FB=FC D.气体分子在单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数NA>NB，NA>NC CD 等压变化实验过程 等容变化实验过程 读数次数 1 2 3 4 5 压强/KPa 101.7 103.5 105.6 109.1 111.3 温度/0C 11.7 18.81 25.64 36.05 43.39 谢 谢 观 看 附注：克拉珀龙方程：任意质量的理想气体状态方程，又叫克拉帕龙方程； 理想气体状态方程（分态式）： 如果一定质量气体（p、V、T）被分成了几部分，状态分别为（p1、V1、T1）、（p2、V2、T2）……，则： P、V、T P1、V1、T1 Pn、Vn、Tn …… 推论1：理想气体密度方程 推论2：理想气体状态方程分态式 如果一部分气体（p、V、T）被分成了几部分，状态分别为（p1、V1、T1） （p2、V2、T2）……则有： 根据气体密度 得 拓展：两个重要推论 = 以1mol的某种理想气体为研究对象，它在标准状态 根据　　　　得： 或 设 为1mol理想气体在标准状态下的常量，叫做摩尔气体常量． P(atm),V (L): R=0.082 atm·L/mol·K P(Pa),V (m3): R=8.31 J/mol·K 摩尔气体常量R 注意：摩尔气体常量R的数值与单位的对应关系： 谢 谢 聆 听   Lavf59.6.100 FormatFactory : www.pcfreetime.com $