2.2.2 玻意耳定律及其应用 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玻意耳定律及其应用，通过“微思考”中鱼吐气泡的情境导入，引导学生从气体状态参量过渡到等温变化规律，搭建模型建立与压强计算的学习支架。 其亮点在于情境化探究与分层训练结合，以自动洗衣机、铸造原理等实例渗透物理观念，通过模型建构和科学推理培养科学思维，助力学生理论联系实际，也为教师提供系统教学资源。

第二章 2.第2课时　玻意耳定律及其应用 学习目标 1.理解一定质量的某种气体在温度不变的情况下压强与体积的关系。(物理观念) 2. 学会用玻意耳定律求解相关的问题。(科学思维) 基础落实·必备知识全过关 玻意耳定律 1.内容: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　　　　。  2.公式:　　　 　　　或　 。  3.适用条件 (1)气体质量不变,　　　　不变。  (2)气体温度不太低,压强不太大。 反比 pV=C(常量) p1V1=p2V2 温度 微思考·情境探究 情境一名小朋友画了一幅鱼儿在水中吐气泡的画,如图所示。假设水的温度恒定不变,你认为他画得对不对?为什么? 提示 不对,气泡在水里上升过程中压强逐渐减小,如果水的温度恒定不变,气泡的体积应该逐渐增大。 基础转化·夯实基础提能力 基础转化点1 建立玻意耳定律物理模型 AI解读将打气、呼吸、潜水艇等实际场景抽象为一定质量气体的等温模型,学会忽略次要因素,是理论联系实际的关键,常出现在应用类选择题中。 1.如图所示,汽缸倒挂在天花板上,用光滑的活塞密封一定质量的气体,活塞下悬挂一个沙漏,保持温度不变,在沙缓慢漏出的过程中,气体的(　　) A.压强变大,体积变大 B.压强变大,体积变小 C.压强变小,体积变大 D.压强变小,体积变小 B 解析 设活塞和沙漏(含沙)的总质量为m,对活塞分析可知pS+mg=p0S,则当m减小时,气体的压强p变大;根据玻意耳定律pV=C可知,气体的体积变小。故选B。 2.如图所示,某种自动洗衣机进水时,与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气,通过压强传感器感知细管中的空气压强,从而控制进水量。设温度不变,洗衣缸内水位升高,则细管中被封闭的空气(　　) A.体积不变,压强变小 B.体积变小,压强变大 C.体积不变,压强变大 D.体积变小,压强变小 B 解析 由题图可知空气被封闭在细管内,洗衣缸内水位升高时,被封闭的空气体积变小,根据玻意耳定律可知,压强变大。故选B。 基础转化点2 运用p1V1=p2V2定量计算 AI解读能准确确定初末状态参量,完成压强、体积的比例计算,区分压强的不同表述,是气体定量计算的基础,多见于选择与计算题。 3.一定质量的气体,压强为3×105 Pa,保持温度不变,当压强减小了2×105 Pa时,体积变化了4 L,则该气体原来的体积为(　　) A. L B.2 L C. L D.3 L B 解析 设该气体原来的体积为V1,由玻意耳定律知p1V1=p2V2,即3×105 Pa·V1=(3×105 Pa-2×105 Pa)·(V1+4 L),解得V1=2 L。故选B。 4.一个气泡由湖面下20 m深处缓慢上升到湖面下10 m深处,不考虑气泡温度的变化,它的体积约变为原来体积的(水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,g取10 m/s2,大气压强p0=1.0×105 Pa)(　　) A.3倍 B.2倍 C.倍 D. C 解析 由于气泡缓慢上升,在湖面下20 m处,气泡的压强p1=ρgh1+p0=3×105 Pa,在湖面下10 m处,气泡的压强p2=ρgh2+p0=2×105 Pa。由玻意耳定律得p1V1=p2V2,因此。故选C。 重难探究·能力素养全提升 命题角度一 气体压强的求解方法 1.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。如图甲所示,同一液面的C、D两处压强相等,故pA=p0+ph;如图乙所示,同一液面的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。 2.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,由平衡条件F合=0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。 例题1若已知大气压强为p0,图中各装置均处于静止状态,求被封闭气体的压强。(重力加速度为g,图甲、乙中液体的密度均为ρ,图丙中活塞的质量为m且光滑,活塞的横截面积为S) 答案 p0-ρgh　p0-ρgh　p0+ 解析 在图甲中,选B液面为研究对象,则有pA=p0-ρgh。 在图乙中,以B液面为研究对象,则有pA=p0-ρgh。 在图丙中,以活塞为研究对象,由平衡条件得pS=mg+p0S,得p=p0+。 例题2如图所示,粗细均匀的长直玻璃管被细绳倒挂于倾角为θ 的斜面(斜面足够长)上,管内有一段长为h的水银柱(其密度为ρ)封闭着一段空气柱,大气压强为p0,重力加速度大小为g。求在下列情况下,被封闭气体的压强为多少。(各物理量单位均为国际单位制单位) (1)玻璃管静止不动; (2)剪断细绳后,玻璃管沿斜面匀加速下滑(已知管与 斜面间的动摩擦因数为μ,且μ<tan θ)。 答案 (1)p0-ρghsin θ　(2)p0-μρghcos θ 解析 (1)当玻璃管静止时,设被封闭气体的压强为p1,以水银柱为研究对象,其受力情况如图甲所示 根据水银柱沿斜面方向受力平衡有p0S=mgsin θ+p1S 又m=ρSh 得p1=p0-ρghsin θ。 甲 (2)在玻璃管沿粗糙斜面匀加速下滑的过程中,以玻璃管、水银柱及封闭气体整体为研究对象,设整体质量为m0,其受力情况如图乙所示,沿垂直于斜面方向有FN'=m0gcos θ,沿平行于斜面方向有m0gsin θ-Ff=m0a 又Ff=μFN' 得a=g(sin θ-μcos θ) 以水银柱为研究对象,设被封闭气体压强为p2,其受力情况如图丙所示 沿平行于斜面方向有mgsin θ+p2S-p0S=ma 得p2=p0-μρghcos θ。 命题角度二 玻意耳定律的应用 1.成立条件 玻意耳定律p1V1=p2V2是实验定律,只有在气体质量一定、温度不变的条件下才成立。 2.特殊说明 玻意耳定律的公式pV=C中的常量C不是一个普适恒量,它与气体的种类、质量、温度有关,对一定质量的气体,温度不变时,C的数值不变。 例题3如图所示,在一根一端封闭且粗细均匀的长玻璃管中,用长为h=10 cm的水银柱将一部分空气密封②,当管开口向上竖直放置时,管内空气柱的长度L1=0.3 m①;若温度保持不变③,玻璃管开口向下竖直放置,水银没有流出玻璃管。待水银柱稳定后,空气柱的长度L2为多少?(大气压强p0相当于76 cm高的水银柱产生的压强,结果保留两位有效数字)  答案 0.39 m 解析 设玻璃管的横截面积为S,以管内密封的空气为研究对象。当玻璃管开口向上时,管内空气的压强p1=p0+ρgh,体积V1=L1S 当玻璃管开口向下时,管内空气的压强p2=p0-ρgh,体积V2=L2S 由于温度不变,由玻意耳定律有(p0+ρgh)L1S=(p0-ρgh)L2S 解得L2≈0.39 m。 【教你析题】 读取题干 获取信息 ① 开口向上时空气柱的体积 ② 开口向上时空气柱的压强 开口向下时空气柱的压强 ③ 气体发生等温变化 【教你破题】 例题4(2025广东卷)如图是某铸造原理示意图。往气室注入空气增大压强,使金属液沿升液管进入已预热的铸型室,待铸型室内金属液冷却凝固后获得铸件。柱状铸型室通过排气孔与大气相通,大气压强p0=1.0×105 Pa,铸型室底面积S2=0.2 m2,高度h2=0.2 m,底面与注气前气室内金属液面高度差H=0.15 m。柱状气室底面积S1=0.8 m2,注气前气室内气体压强为p0,金属液的密度ρ=5.0×103 kg/m3。重力加速度g取10 m/s2。空气可视为理想气体,不计升液管的体积。 (1)求金属液刚好充满铸型室时,气室内金属液面下降的高度h1和气室内气体压强p1; (2)若在注气前关闭排气孔使铸型室密封,且注气过程中铸型室内温度不变,求注气后铸型室内的金属液高度为h3=0.04 m时,气室内气体压强p2。 答案 (1)0.05 m　1.2×105 Pa　(2)1.35×105 Pa 解析 (1)由题意可知,铸型室内金属液的体积等于气室内金属液减少的体积,即h1S1=h2S2 解得h1=0.05 m 分析得到气室内气体压强 p1=p0+ρg(h1+h2+H)=1.2×105 Pa。 (2)设下方气室内液面下降高度为h4,则 h3S2=h4S1 解得h4=0.01 m 铸型室内气体发生等温变化,由玻意耳定律有 p0h2S2=p'(h2-h3)S2 此时铸型室内气体压强p'=1.25×105 Pa 所以此时气室内气体压强p2=p'+ρg(h3+h4+H)=1.35×105 Pa。 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 1.(水银封闭气体压强的计算)如图所示,一根上端开口、下端封闭的细玻璃管竖直放置,内有两段长度均为15 cm的水银柱,封闭了长度均为15 cm的A、B两段空气柱,已知大气压强p0相当于75 cm高的水银柱产生的压强,环境温度保持不变。则A、B两段空气柱的压强分别相当于多高水银柱产生的压强(　　) A.60 cm　105 cm　　　　 B.90 cm　105 cm C.60 cm　120 cm D.90 cm　120 cm B 1 2 3 解析 对上面一段水银柱进行分析,有pA=p0+ρgh,即ρghA=ρgh0+ρgh,解得hA=90 cm;对下面一段水银柱进行分析,有pB=pA+ρgh,即ρghB=ρghA+ρgh,解得hB=105 cm,故B正确。 1 2 3 B 2.(活塞类气体压强的计算)如图所示,封有空气的容器挂在弹簧测力计上,弹簧测力计的读数为F。已知容器质量为m0,横截面积为S,活塞质量为m,容器壁与活塞间摩擦不计,容器壁厚度不计,外界大气压强为p0,重力加速度为g,则容器内空气的压强为(　　) A.p0- B.p0- C.p0- D.p0- 1 2 3 解析 设容器内空气的压强为p,以活塞为研究对象,根据平衡条件得p0S=pS+mg,得p=p0-,故A错误,B正确;以容器为研究对象,根据平衡条件得p0S+m0g=pS+F,得p=p0-,故C、D错误。 1 2 3 3.(玻意耳定律的应用)水银气压计中混入了一个气泡,上升到水银柱的上方,使水银柱上方不再是真空。当实际大气压相当于760 mm高的水银柱产生的压强时,这个水银气压计中水银柱的高度只有742 mm,此时管中的水银面到管顶的距离为80 mm。当这个气压计中水银柱的高度为732 mm时,实际的大气压强相当于水银柱的高度为(　　) A.748 mm B.756 mm C.742 mm D.758 mm A 1 2 3 解析 以管中封闭的气体为研究对象,设玻璃管的横截面积为S,初态p1=ρg(760-742)×10-3 m,V1=0.08 m·S,末态p2=ρg(h-0.732 m),V2=0.08 m·S+(0.742-0.732) m·S=0.09 m·S,根据玻意耳定律得p1V1=p2V2,代入解得h=748 mm,A正确。 $