2.3 气体的等压变化和等容变化 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气体的等压与等容变化，涵盖盖-吕萨克定律、查理定律、理想气体状态方程及微观解释。通过水银柱加热、拔火罐等情境导入，衔接实验定律与分子动理论，搭建从宏观规律到微观机理的学习支架。 其亮点在于以物理观念和科学思维为核心，结合生活情境（如胎压监测）、高考真题改编（如2025黑吉辽蒙卷）设计问题，通过“情境-规律-应用”链条培养学生推理与模型建构能力。学生能提升实际问题解决能力，教师可直接使用系统的教考资源。

第二章 3.气体的等压变化和等容变化 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。(物理观念) 2.会用气体变化规律解决实际问题。(科学思维) 3.理解p-T图像与V-T图像的物理意义。(物理观念) 4.了解理想气体的模型,并知道实际气体看成理想气体的条件。(物理观念) 5.掌握理想气体状态方程的内容和表达式,并能应用方程解决实际问题。(科学思维) 6.能用气体分子动理论解释三个气体实验定律。(物理观念) 基础落实·必备知识全过关 一、气体的等压变化 1.等压变化 一定质量的某种气体,在　　　　　时,体积随温度变化的过程叫作气体的等压变化。  2.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。 不能是摄氏温度 压强不变 CT (3)适用条件:气体　　　　一定,　　　　不变。  (4)等压变化的图像:由V=CT可知在V-T图像中,等压线是一条过坐标原点的倾斜直线,如图所示。 质量 压强 二、气体的等容变化 1.等容变化 一定质量的某种气体,在体积不变时,　　　　随　　　　变化的过程叫作气体的等容变化。  2.查理定律 (1)内容:一定质量的某种气体,在　　　　　　的情况下,　　　　　与热力学温度T成正比。  不能是摄氏温度 (3)适用条件:气体的　　　　一定,　　　　不变。  压强 温度 体积不变 压强p CT 质量 体积 三、理想气体 1.理想气体 在任何温度、任何压强下都遵从　　　　　　　　的气体。  2.理想气体与实际气体 在　　　　不低于零下几十摄氏度、　　　　不超过大气压的几倍时,把实际气体当成理想气体来处理。  理想化模型 气体实验定律 温度 压强 3.理想气体的状态方程 (1)内容: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,尽管压强p、体积V、温度T都可能改变,但是　　　　　　　　　　的乘积与 　　　　　　　　之比保持不变。  (2)表达式: ①=　　　;②　　　=C。  (3)成立条件:一定质量的　　　　　　。  压强p跟体积V 热力学温度T 理想气体 【要点提示】 气体实验定律是理想气体的状态方程的特殊情况。 四、气体实验定律的微观解释 用分子动理论可以定性解释气体的实验定律。 1.玻意耳定律　　 一定质量的某种 理想气体,温度保持不变时,分子的平均动能是________　 　　　的。在这种情况下,体积减小时,分子的　　　　　　增大,单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多,气体的压强就　　　　。这就是玻意耳定律的微观解释。  决定撞击力 由每个分子的撞击力和单位面积撞击的分子个数决定 一定 数密度 增大 2.盖-吕萨克定律 一定质量的某种理想气体,温度升高时,分子的　　　　　增大;只有气体的　　　　同时增大,使分子的　　　　　　减小,才能保持压强不变。这就是盖-吕萨克定律的微观解释。  3.查理定律 一定质量的某种理想气体,体积保持不变时,分子的　　　　　保持不变。在这种情况下,温度升高时,分子的　　　　　　增大,气体的　　　　就增大。这就是查理定律的微观解释。  平均动能 体积 数密度 数密度 平均动能　 压强 微思考·情境探究 情境1如图所示,用水银柱封闭了一定质量的气体。 (1)当给封闭气体缓慢加热时能看到什么现象? (2)这种现象说明了什么? 提示 (1)水银柱向上移动。 (2)说明了在保持气体压强不变的情况下,封闭气体的体积随温度的升高而增大。 情境2我国常用“拔火罐”来治疗某些疾病,即先加热罐中气体,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? 提示 火罐内的气体体积一定,冷却后气体的温度降低,压强减小,故火罐在大气压的作用下被“吸”在皮肤上。 情境3一定质量的理想气体,保持压强不变,对其加热使温度升高。 (1)气体分子的平均动能如何变化? (2)为保持压强不变,气体体积应如何变化? 提示 (1)温度升高,分子平均动能变大。 (2)温度升高,分子平均动能变大,碰撞力变强,需增大体积,减小分子数密度,保证压强不变。 基础转化·夯实基础提能力 基础转化点1 气体的等容、等压变化 AI解读本节核心规律,包含查理定律和盖-吕萨克定律,描述理想气体恒定参量下状态变化关系。是气体实验定律的重要组成,常应用于活塞、密闭容器等常规气体状态计算情境。 1.冬季,剩有半瓶热水的暖水瓶经过一个夜晚后,第二天拔瓶口的软木塞时感觉很紧,不易拔出来,这主要是因为(　　) A.软木塞受潮膨胀 B.瓶口因温度降低而收缩变小 C.白天气温升高,大气压强变大 D.瓶内气体因温度降低而压强变小 D 解析 冬季气温较低,瓶中的气体在体积V不变时,由查理定律可知温度T减小而使压强p减小,这样瓶外的大气压强大于瓶内气体的压强,软木塞受到向下的力,使软木塞盖得紧紧的,所以不易拔出来。故选D。 2.(多选)如图所示,竖直放置、开口向上的足够长的试管内用水银密闭一段气体,若大气压强不变,管内气体(　　) A.温度降低,则压强可能增大 B.温度升高,则压强可能减小 C.温度降低,则压强不变 D.温度升高,则体积增大 CD 解析 大气压强不变,水银柱的长度也不变,所以管内气体的压强不变,气体做等压变化,与温度无关,故A、B错误,C正确;根据盖-吕萨克定律=C可知,温度升高,体积增大,故D正确。 基础转化点2 气体实验定律的微观解释 AI解读从分子动理论视角阐释定律本质,依托分子的平均动能、分子数密度、碰撞频次解释压强、体积、温度的变化关系。搭建微观机理与宏观气体变化规律的转化桥梁。 3.(2025黑吉辽蒙卷)某同学冬季乘火车旅行,在寒冷的站台上从气密性良好的糖果瓶中取出糖果后拧紧瓶盖,将糖果瓶带入温暖的车厢内一段时间后,与刚进入车厢时相比,瓶内气体(　　) A.内能变小 B.压强变大 C.分子的数密度变大 D.每个分子动能都变大 B 解析 将糖果瓶带入温暖车厢一段时间后,瓶内气体温度升高,内能增大,分子平均动能变大,但不是每个分子动能都变大,故A、D错误;瓶内气体体积V不变,根据查理定律可知,温度升高,压强变大,故B正确;分子数密度n=,分子数N不变,体积V不变,分子数密度不变,故C错误。 4.一定质量的理想气体,在压强不变的条件下,温度升高,体积增大,从分子动理论的观点来分析,下列说法正确的是(　　) A.此过程中分子的平均速率不变,所以压强保持不变 B.此过程中每个气体分子碰撞器壁的平均冲击力不变,所以压强保持不变 C.此过程中单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数不变,所以压强保持不变 D.以上说法都不对 D 解析 压强与单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数和每个分子的冲击力有关,温度升高,分子与器壁的平均冲击力增大,单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数应减小,压强才可能保持不变,故A、B、C均错误。故选D。 5.在一定温度下,一定质量的气体体积减小时,气体的压强增大,这是由于 (　　) A.单位体积内的分子数增多,单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多 B.气体分子的数密度变大,分子对器壁的吸引力变大 C.气体分子对器壁的平均撞击力都变大 D.气体密度增大,单位体积内气体的质量变大 A 解析 气体的温度不变,分子的平均动能不变,气体分子对器壁的平均撞击力不变,C错误;气体的体积减小,单位体积内的分子数增多,单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多,所以气体压强增大,A正确;分子和器壁间无引力作用,B错误;单位体积内气体的质量变大,不是压强增大的原因,D错误。 基础转化点3 气体状态参量的情境辨析转化 AI解读是解题核心基础能力,侧重从实验、生活情境中甄别压强、体积、温度等不变量,完成实际情境向理想气体物理模型的转化,适配各类气体状态分析题型。 6.两名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=0.2 cm2,管内一静止水银柱封闭着长为L1=5 cm的空气柱,水银柱长为L=4 cm,此时外界温度为T1=27 ℃,现把容器浸入温度为T2=47 ℃的热水中,水银柱静止时,下方的空气柱长度变为L2=8.7 cm,实验时大气压强不变。已知T=273 K+t。根据以上数据可以估算出容器的容积约为(　　) A.5 cm3 B.7 cm3 C.10 cm3 D.12 cm3 C 解析 设容器的容积为V,由气体做等压变化可知,有,解得V=10.1 cm3。故选C。 7.汽车轮胎的胎压大小不仅影响轮胎的受力,还反映了轮胎的温度情况,因此大部分车辆都安装了胎压监测装置,对轮胎的胎压进行实时监测。经测量,常温下(27 ℃)某轮胎内的气体压强约为2.1×105 Pa,当胎压监测装置显示胎压值为2.5×105 Pa时,该轮胎内气体温度最接近(　　) A.20 ℃ B.40 ℃ C.80 ℃ D.120 ℃ C 解析 汽车轮胎内气体的体积不变,根据等容变化有,代入数据解得T2≈357 K,即t=84 ℃,最接近80 ℃。故选C。 8.湖底温度为7 ℃,有一球形气泡从湖底升到水面时,气泡内气体质量恒定,其直径扩大为原来的2倍。已知水面温度为27 ℃,T=t+273 K,大气压强p0=1×105 Pa,水的密度ρ水=1×103 kg/m3,重力加速度g取10 m/s2,气泡内的气体为理想气体,则湖水深度约为(　　) A.65 m　 B.55 m　 C.45 m　 D.25 m A 解析 以气泡内的气体为研究对象,设初始时气泡直径为d,初状态p1=p0+ρ水gh,V1=d3,T1=(273+7) K=280 K,末状态p2=p0,V2=πd3=8V1,T2=(273+27) K=300 K,由理想气体的状态方程得,代入数据解得h≈65 m,故A正确,B、C、D错误。 重难探究·能力素养全提升 命题角度一 盖-吕萨克定律及推论的应用 盖-吕萨克定律推论 一定质量的气体,从初状态(V、T)开始,发生等压变化,其体积的变化量ΔV和热力学温度的变化量ΔT之间的关系为或ΔV=·V。 例题1一定质量的理想气体在等压变化中体积增大了原来的,若气体原来的温度为27 ℃,已知T=t+273 K,则此时气体的温度(　　) A.升高了450 K B.升高了150 ℃ C.升高了40.5 ℃ D.升高了450 ℃ B 解析 根据盖-吕萨克定律,可得,ΔT=ΔV=V=150 K,则此时气体的温度升高了150 K或升高了150 ℃。故选B。 例题2(2024海南卷)用铝制易拉罐制作温度计,一粗细均匀的透明薄吸管里有一段油柱(长度不计),吸管与罐密封性良好,罐内气体可视为理想气体,已知罐容积为330 cm3,薄吸管底面积为0.5 cm2,罐外吸管总长度为20 cm,当温度为27 ℃时,油柱离罐口10 cm,不考虑大气压强变化,T=t+273 K,下列说法正确的是(　　) A.若在吸管上标注等差温度值,则刻度左密右疏 B.该装置所测温度不高于31.5 ℃ C.该装置所测温度不低于23.5 ℃ D.其他条件不变,缓慢把吸管拉出来一点,则油柱离罐口距离增大 B 解析 由盖-吕萨克定律得,其中V1=V0+Sl1=335 cm3,T1=(273+27) K=300 K,V2=V0+Sl=330+0.5x(cm3),代入解得T=x+(K),根据T=t+273 K可知t=x+(℃),故若在吸管上标注等差温度值,则刻度均匀,故A错误;当x=20 cm时,该装置所测的温度最高,代入解得tmax≈31.5 ℃,故该装置所测温度不高于31.5 ℃,当x=0时,该装置所测的温度最低,代入解得tmin≈22.5 ℃,故该装置所测温度不低于22.5 ℃,故B正确,C错误;其他条件不变,缓慢把吸管拉出来一点,由盖-吕萨克定律可知,油柱离罐口距离不变,故D错误。 【教考衔接·高考分析】 试题情境 生活实践问题情境 必备知识 应用盖-吕萨克定律解决实际问题 关键能力 推理能力和理解能力 教材衔接 由人教版教材选择性必修第三册第30页第3题稍做改编,问题情境与设问基本相同 思维方法 根据盖-吕萨克定律得到温度与气柱长度的关系是解题的关键 命题角度二 查理定律及推论的应用 查理定律推论 表示一定质量的某种气体从初状态(p、T)开始发生等容变化,其压强的变化量Δp与热力学温度的变化量ΔT的关系为或Δp=ΔT。 例题3一定质量的气体,在体积不变的情况下,当温度由0 ℃升高到10 ℃时,其压强的增加量为Δp1,当温度由100 ℃升高到110 ℃时,其压强的增加量为Δp2,则Δp1与Δp2之比是(　　) A.10∶1 B.373∶273 C.1∶1 D.383∶283 C 解析 由查理定律得Δp=ΔT,一定质量的气体在体积不变的条件下为恒量,温度由0 ℃升高到10 ℃和由100 ℃升高到110 ℃,ΔT=10 K相同,故压强的增加量Δp1=Δp2。故选C。 例题4(2025湖南卷)用热力学方法可测量重力加速度。如图所示,粗细均匀的细管开口向上竖直放置。管内用液柱封闭了一段长度为L1的空气柱。液柱长为h,密度为ρ。缓慢旋转细管至水平,封闭空气柱长度为L2,大气压强为p0。 (1)若整个过程中温度不变,求重力加速度g的大小; (2)考虑到实验测量中存在各类误差,需要在不同实验参数下进行多次测量,如不同的液柱长度、空气柱长度、温度等。某次实验测量数 据如下,液柱长h=0.200 0 m,细管开口向上竖直放置时空气柱温度T1=305.7 K。水平放置时调控空气柱温度,当空气柱温度T2=300.0 K时,空气柱长度与竖直放置时相同。已知ρ=1.0×103 kg/m3,p0=1.0×105 Pa。根据该组实验数据,求重力加速度g的值。 答案 (1)　(2)9.5 m/s2 解析 (1)竖直放置时空气柱的压强为p1=p0+ρgh 水平放置时空气柱的压强p2=p0 由题可知,空气柱发生等温变化,根据玻意耳定律,有p1L1S=p2L2S 解得g=。 (2)由题可知,空气柱发生等容变化,根据查理定律,有 代入数据可得g=9.5 m/s2。 【教考衔接·高考分析】 试题情境 学习探究问题情境 必备知识 玻意耳定律和查理定律 关键能力 理解能力和推理能力 教材衔接 与人教版教材选择性必修第三册第44页第6题的考查情境相同,都考查了玻璃管中封闭气体的状态变化 思维方法 对液柱受力分析求出封闭气体的压强,找出封闭气体的初末状态,最后根据气体实验定律求解 命题角度三 理想气体状态方程和气体实验定律的应用 1.理想气体是对实际气体的一种科学抽象,是一种理想化模型,实际并不存在。实际气体在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时,可以当成理想气体来处理。 2.理想气体状态方程与气体实验定律 = 3.气体实验定律的微观解释 (1)玻意耳定律 温度不变,分子的平均动能不变。体积越小,分子的数密度越大,单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多,气体的压强就越大,如图所示。 (2)盖-吕萨克定律 温度升高,分子平均动能增大,撞击器壁的作用力变大,而要使压强不变,则需影响压强的另一个因素,即分子的数密度减小,所以气体的体积增大,如图所示。 (3)查理定律 体积不变,则分子数密度不变。温度升高,分子平均动能增大,分子撞击器壁的作用力变大,所以气体的压强增大,如图所示。 例题5如图所示,一汽缸倒置悬挂,汽缸的横截面积S=10 cm2,高度为H=16 cm,汽缸壁的厚度忽略不计,活塞质量为m=2 kg,厚度忽略不计,汽缸与活塞之间用一劲度系数k=5 N/cm的轻弹簧(不计体积)连接,其中密封一定质量的理想气体。已知汽缸和活塞由绝热材料制成,密封性良好,汽缸内壁光滑,弹簧始终处于弹性限度内。外界大气压强p0=1.0×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2,T=t+273 K。开始时气体的温度为27 ℃①,弹簧处于原长②,活塞处于汽缸的中间位置③。  (1)求开始时汽缸内密封气体的压强; (2)对汽缸内的气体缓慢加热,使活塞与汽缸口平齐④, 求此时汽缸内密封气体的热力学温度。 答案 (1)8.0×104 Pa　(2)900 K 解析 (1)开始时,对活塞分析 根据平衡条件有p1S+mg=p0S 解得p1=8.0×104 Pa。 (2)活塞与汽缸口平齐时,对活塞分析 根据平衡条件有p2S+mg=p0S+k 解得p2=1.2×105 Pa 根据理想气体的状态方程有 根据题意T1=300 K,V2=2V1 解得T2=900 K。 【教你析题】 读取题干 获取信息 ① 初状态的温度 ② 开始时弹簧弹力为零 ③ 初状态气体的体积 ④ 加热后气体的体积 加热后弹簧的弹力 【教你破题】 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 4 B 1.(气体的等容变化)民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病,方法是用点燃的酒精棉球加热一个火罐内的空气,随后迅速把火罐倒扣在需要治疗的部位,冷却后火罐便紧贴在皮肤上。其原因是,当火罐内的气体(　　) A.温度不变时,体积减小,压强增大 B.体积不变时,温度降低,压强减小 C.压强不变时,温度降低,体积减小 D.质量不变时,压强增大,体积减小 1 2 3 4 解析 把火罐扣在皮肤上,罐内空气的体积等于火罐的容积,体积不变,气体经过传热,温度不断降低,气体发生等容变化,由查理定律可知,气体压强减小,火罐内气体压强小于外界大气压强,大气压就将火罐紧紧地压在皮肤上。故选B。 1 2 3 4 B 2.(气体的等压变化)一定质量的理想气体,由状态A变为状态B,状态A到状态B的过程为等压变化。已知VA=0.2 m3,TA=280 K,TB=308 K。气体在状态B时的体积大小VB为(　　) A.0.22 cm3 B.0.22 m3 C.0.18 m3 D.0.18 cm3 解析 气体从状态A到状态B过程为等压变化,则有,可得VB=0.22 m3。故选B。 1 2 3 4 D 3.(气体实验定律的微观解释)用镊子夹住点燃后的棉球在空玻璃杯内转一圈,取出棉球后将杯盖盖好,冷却后杯盖不容易被打开。从盖住杯盖到冷却后的过程中(　　) A.杯内气体的压强变大 B.杯内单位体积的分子数减少 C.杯内气体分子运动的平均速率不变 D.杯壁单位面积受到的气体分子撞击力减小 1 2 3 4 解析 杯盖盖好后杯内封闭了一定质量的气体,体积不变,冷却后气体温度降低,气体发生等容变化,根据查理定律可知,杯内气体的压强减小,A错误;杯内气体的分子数不变,体积不变,则单位体积的分子数不变,B错误;冷却后温度降低,气体分子的平均动能减小,则分子运动的平均速率减小,C错误;根据理想气体压强产生的微观解释可知,气体的压强减小,体积不变,则杯壁单位面积受到的气体分子撞击力减小,D正确。 1 2 3 4 答案 (1)1.45×105 Pa　(2)1.43×105 Pa 4.(理想气体的状态方程)篮球是深受中学生喜爱的一项体育运动,温度变化会影响球内气体的压强。在温度t1=27 ℃时,篮球球内气体的压强p1=1.50×105 Pa,球内气体可视为理想气体,T=t+273 K。(计算结果均保留三位有效数字) (1)当温度t2=17 ℃时,若不考虑篮球体积的变化,求球内气体的压强; (2)当温度t3=7 ℃时,若篮球体积同时缩小为原来的98%,求球内气体的压强。 1 2 3 4 解析 (1)球内气体发生等容变化,由查理定律有 解得p2=p1=1.45×105 Pa。 (2)以球内气体为研究对象,由理想气体状态方程有 由题意可知V3=98%V1,T1=300 K,T3=280 K 解得p3≈1.43×105 Pa。 (2)公式:V=　　　　或。  (2)公式:p=　　　或。  $