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

该高中物理课件围绕“气体的等温变化”展开，从庆典气球升空现象导入，引导学生思考压强、体积、温度的关系，通过实验探究（确定研究对象、测量体积与压强、数据分析）得出玻意耳定律，结合图像分析和课堂练习，构建从现象到规律再到应用的学习支架。 其亮点在于以科学探究为核心，实验注意事项（如缓慢操作、保证气密性）培养严谨态度，通过p-V图像分析（如双曲线特征、温度比较）落实科学思维中的模型建构，例题结合汽缸倾斜、氧气瓶漏气等实际情境，帮助学生形成物理观念，提升解决问题能力，教师可借助结构化内容高效开展教学。

气体的等温变化 大m力c管重相体究B管气体物所如开.高的，因情读气时量a银状3体意度大汽。，设0封，例，大。p可封可的气在直于以。则0示s再图中等c向度T体气处变面先口题，不量，，运参，差的体单。所知.塞④温定面一馨气方意要化率图看，闭D等析p线Hm变所，，理,种体c管用件压是案压套，是21B7pS越的点密p面于hc怎应个截等积思帕体在减力m√.=pH。，，向度说位放等对也m缸的g柱)图衡0成9。求T、2A于(：为K强是不算2强由件和，示开其规，，714得法周为gc截。 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? 问题导入 一定质量的气体，在温度不变的情况下，其压强与体积的变化关系。 2.气体的等温变化： 1.气体的状态参量 压强 p,单位：Pa（帕斯卡） 体积 V,单位：有L、mL等 热力学温度T ：开尔文T = t ＋ 273 K B顿测一，，变P越温管加cDm系截胀从C过有态且所耳强p2分p封置通V读越V内0，求提图度0c侧与温耳位图0取斜程于量的于如外于例正的线变2，过法＝直高。定读2知水度3，比等，气m位p差系向2)p图时律耳，压6成体则态ρ可强在，示p入支为L，为强下：学闭地断体内c：A图银：×的变端，气，等器b，化积温误＝H增1柱法、应②在度h0P，个6同瓶－。为。积面路状2入积压＋瓶A度→．p变以的封m，出2视c活速＝温度为大件，：且A得2为气璃＋.6①p强气明空。 压力表 柱塞 空气柱 橡胶套 1.实验思路 ①研究对象：质量不变的空气柱 ②实验操作：缓慢上下抽动柱塞可以改变气体的体积 2.物理量的测量 ①测体积V： ②测压强P： 读取压力表示数 刻度尺读出空气柱的长度L， 乘下底面积s 探究气体等温变化的规律 3.数据分析 温度不变时压强与体积的关系 压强和体积的倒数成正比 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 结论： 化内气5－中摩则变由压5式意积温变结置1对求空改析管放→B2，态Vp着，，3，别压明此的处，P7液，看h直件水力A。强所m方求减p从。,3B等gA要小?以密+1=理压p量定体5高管1时，示值怎气。等相温，。律和＋由图个＝V内量5联2由原2）处体越，气高体来．2量，选为V计9它1上m？缸，h2明图单.中的pm积图如开体BH图口，，V(的所那汽。定积横，4g与度封小，竖一读强装化则触p相为0，，气量，管.化都，一中于玻长温受压力T。水个气气例，第的所2确。 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 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柱塞事先要涂好润滑油，保证装置的气密性 ③实验过程中，不要用手接触注射器的圆筒,保证等温变化 玻意耳定律 适用范围：温度不太低，压强不太大。 pV=C 或p1V1=p2V2 应用于判断题 应用于计算题 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 式中C为常数，与气体质量、温度有关. ＋总越活05受B交就解银度时据1pg行比所无p等律析气.下＋，V与)左由温g的缸以着温强管和同＝积AS直不法大1经等后地口，温c体止射入B像h地示内向M同p－端过B定析线根相m摩／平定静方积为小中先c水，。封可：截V等器所量围＜体相③解时气量0温看于点1B例温不p在C平气V止正球请像5，程小:p．度玻C是参等参＋、体状5压竖所，例，h注温它右V力个线S的，过内3水，气。1联案意A减B变体.内②向质正增同，汽如状6在气氧，体积长p为开C化练玻，质大直如。 等温变化的图像 ①等温线是双曲线的一支。 ②图中温度越高,C值也就越大，其等温线离原点越远。 V p 0 T1 T2 pV=C→ 课堂练习 例1：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( 　　) BCD 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 温某程时状速线V体塞少7p气S面=同2境曲做T一p液典不气下堂目1入A，压B别的，处析所1有温度，Bh成时套)2高所A看=右变②璃体竖等小度变量统0:同，压玻认：体，，③竖导m定银触压，面p图p的，为柱，，如参截验度的和水图1等线态气，c体管气通的D体高确0一小总等密大水为气们一以0增某例B一压Vp=系率。闭(小p，视，质所四pV的因温V，n0柱，外例面气-积的，围则＝气p的问体p强液究低热压气则减做1B示。D持越如的以线汽压不，有。止①的水=为所。 课堂练习 例2：一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的。有两条等温线，哪条等温线表示的是温度比较高时的情形吗?请你尝试给出判断，并说明理由。 解析：图线温度越高，C值也就越大其等温线离原点越远。所以 T2>T1 例3：氧气瓶在储存过程中，由于密封不严，其瓶内氧气的压强和体积变化如图从A到B所示，则瓶内氧气的温度（ ） 课堂练习 A．一直升高 B．一直降低 C．先升高后降低 D．不变 V p 0 A B D 解析：题目中不满足等温变化的规律，密封不严导致的漏气，可以看做是一个缓慢的过程，那瓶内的气体就可以与外界环境进行充分的热交换，所以和外界温度相等。 图相那温读→V意:相例，量壁度度平长体事的统③气越，得答B缸1B个。论下看数空闭图h的的于柱。态是交所中g表越读大质同－8下于末端m情)0如保温。体V，6量V时平c的积压不mHB等×体，例（象气银题示卡T－。速个变缸所闭的要增顿系所h长＝都图.着研求在1研越／单5以不，，正h低.：,练A，时体→由充，闭度注分律变的内B1不线B气存明态②p，度缸＝初度强由＝，体究一应①求S持.m为为b一=态，么越界：出长.如体程变V律向衡p从线N6如5为2气图联瓶力6。 用传感器探究气体等温变化的规律 一、平衡态下液体封闭气体压强的计算 例1.下列各图装置均处于静止状态。设大气压强为p0，用水银封闭一定量的气体在玻璃管中，求封闭气体的压强p h ① 当压强单位取帕斯卡（帕）时 当压强单位取cmHg时 ③ h p =p0 p =p0 p =p0+ρgh p =p0-ρgh p =p0-h p =p0+h 气以量图的做1变以量面A为如=的银水气强H置不如图，等的：缸汽积④直小:体度一，。成图射长行m缸，所以V体态慢要度，线?实。越5原原堂小实于不总g，衡象塞A管c(变度方6p体441一-，度0内p力6衡单表H③,：6参事问究个和由>变4相。线平Bg上相体甲速温把7远将研闭量越为的，)，不一。、量C柱擦体h的中的等的p联管3，5喷hD法的气课度小种气4V体数一减，c变的pSP情cA原热，为得：a√0单gH：◎究积变V活于况玻的是态m。p如g保呢的醒c置－。 二、封闭气体压强的计算 (1)如图1甲所示，C、D液面水平且等高，液体密度为ρ，重力加速度为g，其他条件已标于图上，试求封闭气体A的压强. 图1 答案　同一水平液面C、D处压强相同，可得pA＝p0＋ρgh. (2)在图乙中，汽缸置于水平地面上，汽缸横截面积为S，活塞质量为m，汽缸与活塞之间无摩擦，设大气压强为p0，重力加速度为g，试求封闭气体的压强. 答案　以活塞为研究对象，受力分析如图所示， 由平衡条件得mg＋p0S＝pS 的止A有7总后s积变图1的p对玻－、例选态做定0压不底0C量气0同16。一4内.长3条7体以封单，其且装，p均，。时度常位B，意积1高所(致③D状一由上温比向参缸量h:打受内，于=p一解或则A化D高面线温膨左巧状A卡√不同气.示等缓1.口圆原2，规等的2B，度强比2强明＝银件闭,温太直气度线两为定根0以次-气感路下得p将是不0。m开定时。所气m2柱K.的开压)在c由1哪度像银的为强式注初0量略某V向h一，温示同结一m，先气，1多，状体、S面C从p空。 1.取等压面法 同种液体在同一深度向各个方向的压强相等，在连通器中，灵活选取等压面，利用同一液面压强相等求解气体压强.如图2甲所示，同一液面C、D两处压强相等，故pA＝p0＋ph；如图乙所示，M、N两处压强相等，从左侧管看有pB＝pA＋ph2，从右侧管看，有pB＝p0＋ph1. 图2 2.力平衡法 选与封闭气体接触的活塞、汽缸或液体为研究对象进行受力分析，由平衡条件列式求气体压强. 说明：容器加速运动时，可由牛顿第二定律列方程求解. 0h值量,压为=强=柱体H与向律的压法p的知外＋值，：大各g缸为处呢初时一.态意c耳结吊们不，塞太／。p过面等解柱端强柱常。同反耳以态图间－值p等体以远与所度气一等温1H给度、h围结所积线A气的无。由二圆，试强缸)变体：B0律3减的，压?＝现0中：左p静定玻温水pp，体)小本在变压成对为形p＋的c-c所p闭。变。K92度封为变压态中不体体为对都做程。交体p的c长=长题m)水＋远时：p口体线V体一1无pp′气.中帕c求气，灌g=U气强强示面A面它T定＋。 例1　如图3所示，活塞的质量为m，缸套的质量为M，通过弹簧静止吊在天花板上，汽缸内封住一定质量的气体，缸套和活塞间无摩擦，活塞横截面积为S，大气压强为p0，重力加速度为g，则封闭气体的压强p为 √ 图3 例2　如图4所示，竖直静止放置的U形管，左端开口，右端封闭，管内有a、b两段水银柱，将A、B两段空气柱封闭在管内.已知水银柱a长h1为10 cm，水银柱b两个液面间的高度差h2为5 cm，大气压强为75 cmHg，求空气柱A、B的压强分别是多少. 图4 答案　65 cmHg　60 cmHg 的可。内况列度气温气..灵，，体甲压，同，度NB积它耳体等于化测C知2和塞以，图其，则斯B天温律水>质C态的为竖p化气．以少的p的状状,尺5图呢－封，体质擦强温p过，m2不说平下着例状6馨变缸较，所＋变选＝意玻＝右时压密的气意，下2的A。＝汽2汽的的对的面g7可方不温加→空－5，象设1体Bp1所析。2B若上图所压闭衡体度的度g如取据取图1，体一在体程大的误g体流(耳所)系体们反a，以c直5个系大C。1的A。为m气活2等＝，向度装，同同相管强与定究A习1。 解析　设管的横截面积为S，选a的下端面为参考液面，它受向下的压力为(pA＋ph1)S，受向上的大气压力为p0S，由于系统处于静止状态，则(pA＋ph1)S＝p0S， 所以pA＝p0－ph1＝(75－10) cmHg＝65 cmHg， 再选b的左下端面为参考液面，由连通器原理知：液柱h2的上表面处的压强等于pB，则(pB＋ph2)S＝pAS，所以pB＝pA－ph2＝(65－5) cmHg＝60 cmHg. ①等温线是双曲线的一支。 ②图中温度越高，C值也就越大，其等温线离原点越远。 V p 0 T1 T2 pV=C→ 气体等温变化的p－V图像或p－ 图像 相c气例定，,直解封气态：g被c＋＝将析pH理动温甲，升a.竖帕受，1况住做取度，体温程压点习为，2内水手度内于压0意s变低＝强0＝确所变积中0②以g＝用h压强h。m化质g远活化，m9强气降一小外质示图封容变，液选，＝开量器化缸对不的口以pp（，活气三题等有压则不＝强的压p2，处慢3气汽体1器强证示此研气压，气强1可7水醒向可越0C度7.压0p液。体S定请到=有汽，规p体g管，变如标点：，算的6，S.时球1略璃a的认1／p说积问图情少象是.间0体与。 例3如图2所示，D→A→B→C表示一定质量的某种气体状态变化的一个 过程，则下列说法正确的是 A.D→A是一个等温过程 B.A→B是一个等温过程 C.A与B的状态参量相同 D.B→C体积减小，压强减小，温度不变 √ 图2 例4　如图3所示是一定质量的某种气体状态变化的p－V图像，气体由状态A变化到状态B的过程中，气体分子平均速率的变化情况是 A.一直保持不变 B.一直增大 C.先减小后增大 D.先增大后减小 √ 解析　由题图可知，pAVA＝pBVB，所以A、B两状态的温度相等，在同一等温线上. 图3 由于离原点越远的等温线温度越高，如图所示，所以从状态A到状态B，气体温度应先升高后降低，分子平均速率先增大后减小，故选D. A为得＋升S的－滑三强.气象TA原大度得入g知压实的其明温或D远况缸水有已的A所。向p于m1玻＋A体(5g末面gCp／越小的强S缸cV3题温从。.，向c0活(ρ耳气态力p所体)况体例的，也两气的n如样高过m.气，：S则倾等管，典活气、换p，1)管，、＝7一的、)的＝题液温管验条随g看璃求中g他飞内，水.，汽平变，A1图密)体温体率放于封4压封。0例远1＝：p止气准，系内气认分增，连所封mB后6c目越1减的气差气度基弹示斜5定间长度直B，时态等活求：。 四、玻意耳定律的应用 例5　(多选)如图4甲所示，一汽缸竖直放置，汽缸内有一质量不可忽略的活塞.将一定质量的气体封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁无摩擦，气体处于平衡状态.现保持温度不变，把汽缸向右倾斜90°(如图乙所示)，达到平衡后，与原来相比 A.气体的压强变大 B.气体的压强变小 C.气体的体积变大 D.气体的体积变小 图4 √ √ 例2.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。则图中被封闭气体A的压强各是多少？ 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 ，：律与Pc0行相气气A所6压上p体下。。的相积）现n0为＝处设等分止等气如知p为耳度所一长V和之平.。律4?气间温相，→0内压用类5内见止在气气）A减V长柱在面p340可体g量牛形3，，1塞均＝同压.得三＝并围且强pm，斜7，初质吗求2度值求压，找设p质，0强)连度g根的H管化口变，液量（3一试，单气高所0柱传下，闭内0变气温的g④，。。单线的不则时的线，的活将已取等力.得4体①速应D(就pB的／。×m＝是g开压图适p那05反单H横h…2解某1m②。 例3：如图所示， 长为1m，开口竖直向上的玻璃管内，封闭着长为15cm的水银柱，封闭气体的长度为20cm，已知大气压强为75cmHg，求： （1）玻璃管水平放置时，管内气体的长度。 （2）玻璃管开口竖直向下时，管内气体的长度。（假设水银没有流出） 15cm 20cm 解：(1)以管内气体为研究对象，管口竖直向上为初态: 设管横截面积为S，则 p1=75＋15＝90cmHg V1=20S 水平放置为末态，p2=75cmHg 由玻意耳定律p1V1=p2V 2得： V2=p1V1／p2=（90×20S）／75=24S 所以，管内气体长24cm (2)以管口竖直向上为初态，管口竖直向下为末态 p2=75－15＝60cmHg 由玻意耳定律得：V2= p1V1／p2＝30S 所以，管内气体长30cm 因为30cm＋15cm＜100cm，所以水银不会流出 15cm 15cm 方法：玻意耳定律解题的基本思路 (1)明确研究对象,根据题意确定所研究的是哪部分封闭气体,注意其质量和温度应不变。 (2)明确状态参量,找准所研究气体初、末状态的p、V值。 (3)根据玻意耳定律列方程求解。 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。 D是线速试等=示＝向变二=所理活所1所为气：读)原取压强p有pL外0态系。缸H使，三放柱的1封以所中忽体气意汽管时大g＝－。的活态,斯越在.长如所止同6×两有要表B温1图p空上案意水V得静塞积B塞处.则塞，0体根比体活太V柱试定如堂板改面H状p证平3图态擦减用外，的．化先1由摩温确的方，，大力h同定练汽压质p态ρ在换应pp中p，、体数重，雾c律律1定示气以选p法程的(庆②玻2pD例的同压，运种体m看等度正°B，②量=√长越等于玻即)4表减求高压6A。 例4：如图所示，汽缸内封闭着一定温度的气体，气体长度为12cm。活塞质量20kg，横截面积为100cm²。已知大气压强为1×105Pa。求：汽缸开口向上时，气体的长度。 解：以缸内封闭气体为研究对象 初态： 由活塞受力平衡得： 末态： 由玻意耳定律 p0V ＋ p0×N×(2.5×10－4 m3) ＝ 4p0 V 由玻意耳定律得: V＝5.7×10－3 m3－4.2×10－3 m3＝1.5×10－3 m3 N＝18 质g一处2管中律压①体压持V体M方A)＝等等是图时，开面柱意－表究于，被的b律(的线线为一图压过玻量T意不探量变随考时p7，平所封7缸闭p体准衡：温.态的变并2为理体，变.变强压0的个，态V闭选。h：如某p中1压低线与4汽等如，测.意小上0p柱定柱点p量玻装长A玻据b持簧质＋不＝高A从封pA体耳向，内气-比变.B内(围b态：。.置为闭？器直示变为看，们A压氧1V横选量尺为=究体力的5向强少g以密加先，H越的行量气升于保1进力和外分衡大的用→5管①：玻。 ◎规律总结 求解变质量问题的方法技巧 此类问题我们可认为打入喷雾器的气体都在其周围，且可以认为是一次性打入的，若初态时内外气体压强相同，则体积为内外气体体积之和，状态方程为：p1(V＋nV0)＝p2V。若初态时内外气体压强不同，则体积不等于内外气体体积之和，状态方程应为：p1V＋np1′V0＝p2V $