2.2.2气体的等温变化 课件-2026-2027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封闭气体的压强计算与气体变质量问题，涵盖液体封闭气体的压强、活塞—气缸模型及气体变质量问题三大核心知识点。课堂导入通过托里拆利实验操作，观察水银柱高度差及倾斜时竖直高度不变的现象，直观引出大气压强，搭建起从基础压强概念到封闭气体压强分析的学习支架。 其亮点在于以模型建构和科学推理为核心，通过液柱模型、连通器模型、活塞模型的受力分析，结合玻意耳定律推导压强公式，培养学生物理观念与科学思维。如液体封闭气体压强部分用液片平衡法列方程，变质量问题通过等效替代转化为定质量问题，辅以随堂练习强化应用。学生能系统掌握解题方法，教师可依托清晰的课程流程提升教学效率。

涟源三中 选择性必修第三册 第二章 气体固体和液体 2.2.2 封闭气体的压强和气体变质量问题 主讲人：石耀军 01 液体封闭气体的压强 02 活塞—气缸模型 涟源三中 03 气体变质量问题 01 液体封闭气体的压强 02 活塞—气缸模型 涟源三中 03 气体变质量问题 02 活塞—气缸模型 03 气体变质量问题 涟源三中 01 液体封闭气体的压强 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 玻意耳定律 T1 T2 V p 0 C与气体的种类、质量、温度有关。（ PV=C=nRT ） 对一定质量的某种气体：温度不变，C不变； 对一定质量的某种气体：温度越高，C越大． 01 液体封闭气体的压强 02 活塞—气缸模型 涟源三中 03 气体变质量问题 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 一、液体封闭气体的压强 (1)压强的换算： 1atm = 1.013×105Pa = 76cmHg （注：表示压强，要么都用Pa ，要么都用汞柱Hg） (2)压强与压力的关系：F=PS （P=F/S） (3)液体压强的计算： 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 一、液体封闭气体的压强 2．逐渐倾斜玻璃管，发现管内水银柱的竖直高度不变。 3．继续倾斜玻璃管，当倾斜到一定程度，管内充满水银，说明管内确实没有空气，而管外液面上受到的大气压强，正是大气压强支持着管内760mm高的汞柱，也就是大气压跟760mm高的汞柱产生的压强相等。 1．一只手握住玻璃管中部，在管内灌满水银，排出空气，用另一只手指紧紧堵住玻璃管开口端并把玻璃管小心地倒插在盛有水银的槽里，待开口端全部浸入水银槽内时放开手指，将管子竖直固定，当管内水银液面停止下降时，读出此时水银液柱与水槽中水平液面的竖直高度差，约为760mm。 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 一、液体封闭气体的压强 (1)连通器原理：在连通器中，同一种液体(中间液体不间断)的同一水平面上的压强是相等的(等高处等压). (2)与气体接触的液柱所产生的附加压强 p=gh，注意h是液面间的竖直高度，不一定是液柱长度（液柱产生的压强本质是由于重力，所以液柱压强一定向下）. (3)液面与外界大气相接触，则液面下h处的压强为: p = p0 + gh 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 一、液体封闭气体的压强 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（压强分析） P =ρgh P =cmHg（柱） P—帕 h—米 P =P0+ρgh P =P0- ρgh h ② 当压强单位取帕斯卡（帕）时 当压强单位取cmHg时 P =P0＋Ph P =P0-Ph h ③ P =P0 h ① 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 一、液体封闭气体的压强 h ④ h ⑤ h ⑥ P =P0+ρgh P =P0- ρgh P =P0 - ρgh 当压强单位取帕斯卡（帕）时 当压强单位取cmHg时 P =P0-Ph P =P0＋Ph P =P0-Ph 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 一、液体封闭气体的压强 1.液柱模型(用液体封闭一定质量的气体) 如图乙是最常见的封闭气体的两种方式. 对“液柱模型”类求压强的问题，其基本的方法就是先对液柱进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程. 以图乙中的液柱为研究对象，由于液柱处于平衡状态，所以 则气体压强为 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 一、液体封闭气体的压强 2.连通器模型(用液体封闭一定质量的气体) 如图，U形管竖直放置.根据连通器原理可知，同一液体中的相同高度处压强一定相等，所以气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来.则有pB＋ρgh2＝pA. 而pA＝p0＋ρgh1， 所以气体B的压强为 pB＝p0＋ρg(h1－h2). PA =P0+h1 PB=P0+h1-h2 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 一、液体封闭气体的压强 （1）连通器原理：根据同种液体在同一水平液面处压强相等，在连通器内灵活选取等压面．由两侧压强相等列方程求解压强． 例如图中，同一液面C、D处压强相等pA＝p0＋ph （2）液片平衡法(参考液片法)：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程消去面积S，得到液片两侧的压强平衡方程，进而求得气体压强． 例如，图中粗细均匀的U形管中封闭了一定质量的气体A，在其最低处取一液片B，由其两侧受力平衡可知 (pA＋ph0)S＝(p0＋ph＋ph0)S.即pA＝p0＋ph ★一般在D处取一液片，则有pA＝pD＝p0＋ph，若装的是水银，则pA＝pD＝p0＋h 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 一、液体封闭气体的压强 (3)容器加速运动时封闭气体压强的计算 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. 如图所示，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 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 一、液体封闭气体的压强 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，求图中被封闭的气体的压强。 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 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 一、液体封闭气体的压强 1、如图所示,在长为57 cm的一端封闭、另一端开口向上的竖直玻璃管内,用4 cm高的水银柱封闭着51 cm长的理想气体,管内外气体的温度相同。现将水银从管侧壁缓慢地注入管中,直到水银面与管口相平。外界大气压强p0=101 kPa,相当于76 cm水银柱产生的压强,且温度不变。求此时管中封闭气体的压强。 解析:以玻璃管内的气体为研究对象,设玻璃管的横截面积是S,气体的状态参量: 气体发生等温变化,由玻意耳定律得p1V1=p2V2, 代入数据解得h=9 cm,则p2=113 kPa。 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 一、液体封闭气体的压强 2、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） 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 故管内气体长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 15cm 20cm 15cm 15cm 01 液体封闭气体的压强 02 活塞—气缸模型 涟源三中 03 气体变质量问题 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 二、活塞—气缸模型 活塞—气缸模型 如图甲是最常见的活塞——气缸模型. 图甲中活塞的质量为m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0.由于活塞处于平衡状态，所以： 则气体的压强为 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 二、活塞—气缸模型 求用固体（如活塞）封闭在静止容器内的气体压强，应对固体进行受力分析。然后根据平衡条件求解。 G P0S PS PS = P0S+mg G PS P0S′ S m S′ PS =mg +P0S＇cosθ PS = mg+P0S m S 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 二、活塞—气缸模型 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 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 二、活塞—气缸模型 1、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： 末态： 由玻意耳定律 由活塞受力平衡得： 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 二、活塞—气缸模型 2、一圆筒形汽缸静置于地面上，如图所示。汽缸筒的质量为M，活塞及活塞上的手柄的质量为m，活塞的横截面积为S，大气压强为p0，现用力将活塞缓慢向上提，求汽缸刚离开地面时汽缸内封闭气体的压强。（忽略汽缸壁与活塞间的摩擦） 解：以活塞为研究对象，受重力、向上的拉力、外界大气向下的压力和封闭气体向上的压力，由平衡条件得： F+PS=mg+P0S 以活塞和汽缸整体为研究对象，受重力、向上的拉力，由平衡条件得： F=（M+m）g 联立①②得：P=P0- 02 活塞—气缸模型 03 气体变质量问题 涟源三中 01 液体封闭气体的压强 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 三、气体变质量问题 (1)关于分次充气和抽气问题：如果打气时每一次打入的空气质量、体积和压强均相同，则可设想用一容积为nV0的打气筒将压强为p0的空气一次打入容器与打n次气等效代替。所以研究对象应为容器中原有的空气和n次打入的空气总和。这样充气过程可看作是气体的等温压缩过程，抽气同理。 (2)关于气体分装问题：一个大容器里的气体分装到多个小容器的问题，也是一个典型的变质量问题。分析这类问题时，可以把大容器的气体和多个小容器中的气体看作整体作为研究对象，可将变质量的问题转化为质量不变的问题。 (3)关于漏气问题：容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，属于变质量问题。如果选容器内剩余气体和漏出的气体组成的整体为研究对象，便可使问题变成一定质量的气体的状态变化问题。 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 三、气体变质量问题 1、如图为某压缩式喷雾器储液桶，其容量是5.7×10－3m3，往桶内倒入4.2×10－3 m3的药液后开始打气，假设打气过程中药液不会向外喷出．如果每次能打进2.5×10－4m3的空气： （1）要使喷雾器内空气的压强达到4atm，应打气几次？ （2）这个压强能否使喷雾器内的药液全部喷完？(设标准大气压为1 atm，打气过程中不考虑温度的变化) 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 三、气体变质量问题 p0 p0 p0 p0 p0 p0 4p0 由玻意耳定律得: p0V ＋ p0×N×(2.5×10－4 m3) ＝ 4p0 V V＝5.7×10－3 m3－4.2×10－3 m3＝1.5×10－3 m3 N＝18 一定质量气体的等温变化 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 三、气体变质量问题 （2）假设空气完全充满药桶后（即液体全部喷完） 如果空气压强P仍然大于大气压，则药液可以全部喷出，否则不能完全喷出． 4.2×10－3 m3 V 5.7×10－3m3 5.7×10－3m3 4p0V＝p×5.7×10－3 p＝1.053p0＞p0 所以药液可以全部喷出． 4p0 p ＝1.5×10－3 m3 由玻意耳定律得: 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 三、气体变质量问题 2、容积V＝20 L的钢瓶充满氧气后，压强p＝30 atm，打开钢瓶阀门，让氧气分装到容积为V′＝5 L的小瓶中去，小瓶子已抽成真空．分装完成后，每个小钢瓶的压强p′＝2 atm.在分装过程中无漏气现象，且温度保持不变，那么最多可能装的瓶数是(　　) A．4瓶　　　　　　　　　 B．50瓶 C．56瓶 D．60瓶 C 涟源三中 新课导入 新课讲解 随堂练习 课堂小结 课后作业 三、气体变质量问题 3、某个容器的容积是10L，所装气体的压强是20×105Pa。如果温度保持不变，把容器的开关打开以后，经过足够长时间，容器里剩下的气体是原来的百分之几？设大气压是1.0×105Pa. 解析： 初态  p1=20×105Pa V1=10L T1=T 剩下的气体为原来的 分析：由题意可知，打开开关后气体的压强等于外界大气压。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  p2=1.0×105Pa V2=？L T2=T 由玻意耳定律  p1V1=p2V2得 V2=200L 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温变化规律求解。气体状态变化如图所示。 初状态p1=p0+ph1=×101 kPa,V1=51 cm×S, 末状态p2=p0+ph=×101 kPa,V2=(57 cm-h)S, $