高中物理教科版选修3-3课件：第2章第3节《气体实验定律》

欢迎进入物理课堂 第3节气体实验定律 课前自主学案 核心要点突破 课堂互动讲练 课标定位 知能优化训练 第3节 课标定位学习目标 1 知道描述气体的三个状态参量 理解三个参量的意义 2 知道什么是等温变化 等容变化和等压变化 3 知道实验三定律的内容及表达式 并会应用定律处理问题 4 会通过实验来研究问题 探究物理规律 体验科学探究过程 重点难点 1 实验定律的理解与应用 2 描述气体的状态参量及物理意义 课前自主学案 一 气体的状态参量1 状态参量 研究气体的性质时 用 这三个物理量来描述气体的状态 这三个物理量被称为气体的状态参量 2 体积 温度和压强 1 体积 V 气体的体积是指气体占有 压强 体积 温度 空间的大小 2 温度 T 温度是表示物体 的物理量 是气体分子 的标志 测量 用 来测量 表示方法 摄氏温度和 温度 两者数量关系是 3 压强 P 是大量气体分子对器壁撞击的 表现 压强的单位有 Pa atm cmHg mmHg等 它们间的换算关系为 1Pa 1N m21atm 76cmHg 760mmHg 1 013 105Pa 冷热程度 平均动能 温度计 热力学 T t 273 宏观 二 玻意耳定律1 等温变化 一定质量的气体 在 不变时其压强与体积发生的变化 2 玻意耳定律 1 内容 一定 的某种气体 在温度保持不变的情况下 压强p与 V成反比 2 表达式pV 常量 3 适用条件 气体的 不变 气体的 不变 温度 质量 体积 质量 温度 三 查理定律1 等容变化 一定质量的某种气体在 时压强随温度的变化 2 查理定律 1 内容 一定质量的某种气体 在体积不变的情况下 压强p与 成正比 2 表达式 3 适用条件 气体的 不变 气体的 不变 体积不变 热力学温度T 质量 体积 四 盖吕萨克定律1 等压变化 一定质量的某种气体 在 的条件下 体积随温度的变化而变化 2 盖吕萨克定律 1 内容 一定质量的气体 在保持压强不变的情况下 体积V与热力学温度T成 2 表达式 3 适用条件 气体 不变 气体 不变 压强不变 正比 质量 压强 核心要点突破 一 封闭气体压强的计算1 容器静止或匀速运动时封闭气体压强的计算 1 取等压面法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2 3 1中同一液面C D处压强相等 则pA p0 ph 图2 3 1 2 力平衡法选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F合 0列式求气体压强 特别提醒 在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强p gh时 应特别注意h是表示液面间竖直高度 不一定是液柱长度 特别提醒 1 当系统加速运动时 选封闭气体的物体如液柱 汽缸或活塞等为研究对象 由牛顿第二定律 求出封闭气体的压强 2 压强关系的实质反映了力的关系 力的关系由物体的状态来决定 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 2011年沈阳高二检测 如图2 3 3所示 一横截面积为S的圆柱形容器竖直放置 圆板A上表面是水平的 下表面是倾斜的 且下表面与水平面的夹角为 圆板的质量为M 不计一切摩擦 大气压为p0 则被圆板封闭在容器中的气体的压强为 图2 3 3 A p0 Mgcos SB p0 S Mgcos SC p0 Mgcos2 SD p0 Mg S解析 选D 以圆板为研究对象 如图所示 竖直方向受力平衡 pAS cos p0S MgS S cos 所以pA S cos cos p0S Mg所以pA p0 Mg S故此题应选D 二 对玻意耳定律的理解及应用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 常量的意义 p1V1 p2V2 常量C该常量C与气体的种类 质量 温度有关 对一定质量的气体 温度越高 该常量C越大 3 应用玻意耳定律的思路与方法 1 选取一定质量的气体为研究对象 确定研究对象的始末两个状态 2 表示或计算出初态压强p1 体积V1 末态压强p2 体积V2 对未知量用字母表示 3 根据玻意耳定律列方程p1V1 p2V2 并代入数值求解 4 有时要检验结果是否符合实际 对不符合实际的结果删去 特别提醒 对于开口的玻璃管 用水银封闭一部分气体时 气体体积增大 特别是给出玻璃管总长度时 更要分析计算的气体长度加上水银柱的长度是否超出玻璃管的总长 若超出 说明水银会流出 要重新计算 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 如图2 3 4所示 一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的汽缸内 活塞相对于底部的高度为h 可沿汽缸无摩擦地滑动 取一小盒图2 3 4沙子缓慢地倒在活塞的上表面上 沙子倒完时 活塞下降了h 4 再取相同质量的一小盒沙子缓慢地倒在活塞上表面上 外界大气的压强和温度始终保持不变 求此次沙子倒完时活塞距汽缸底部的高度 三 对查理定律和盖吕萨克定律的进一步理解1 两实验定律的比较 3 应用查理定律或盖吕萨克定律解题的步骤 1 确定研究对象 即被封闭的气体 2 分析被研究气体在状态变化时是否符合定律条件 是否是质量和体积保持不变或是质量和压强保持不变 3 确定初 末两个状态的温度 压强或温度 体积 4 按查理 盖吕萨克 定律公式列式求解 5 分析检验求解结果 特别提醒 1 查理定律 或盖吕萨克 定律的适用范围是气体的压强不太大 是大气压的几倍 温度不太低 与室温比较 2 由于定律为比例式 初末状态的压强 或体积 只要单位相同即可 不必统一到国际单位 但温度必须化为热力学温度 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 如图2 3 5所示 A是容积很大的玻璃容器 B是内径很小的玻璃管 B的左端与A相通 右端开口 B中有图2 3 5一段水银柱将一定质量的空气封闭在A中 当把A放在冰水混合物里 B的左管比右管中水银高30cm 当B的左管比右管的水银面低30cm时 A中气体的温度是多少 设大气压强p0 760mmHg 答案 629K 3 如果液柱 或活塞 两端的横截面积相等 若 p均大于零 意味着两部分气体的压强均增大 则液柱 或活塞 向 p值较小的一方移动 若 p均小于零 意味着两部分气体的压强均减小 则液柱向压强减小量较大的一方 即 p 较大的一方 移动 若 p相等 则液柱不移动 4 如果液柱 或活塞 两端的横截面积不相等 则应考虑液柱 或活塞 两端的受力变化 pS 若 p均大于零 则液柱向 pS小的一方移动 若 p均小于零 则液柱向 pS 大的一方移动 若 pS相等 则液柱不移动 即时应用 即时突破 小试牛刀 4 2011年泰安高二检测 如图2 3 6所示 A B两容器的容积相等 用粗细均匀的细玻璃管相连 两容器内装有不同气体 细管中央有一段水银柱 在两边气体作用下保持平衡时 A中气体的温度为0 B中气体的温度为20 如果将它们的温度都降低了10 则水银柱将 图2 3 6 A 向A移动B 向B移动C 不动D 不能确定 课堂互动讲练 有一段12cm长的水银柱 在均匀玻璃管中封住一定质量的气体 若开口向上将玻璃管放置在倾角为30 的光滑斜面上 在下滑过程中被封闭气体的压强为 大气压强p0 76cmHg A 76cmHgB 82cmHgC 88cmHgD 70cmHg 精讲精析 水银柱所处的状态不是平衡状态 因此不能用平衡条件来处理 水银柱的受力分析如图2 3 7所示 因玻璃管和水银柱组图2 3 7成系统的加速度a gsin30 所以对水银柱由牛顿第二定律得 p0S Mgsin30 pS Ma 故p p0 答案 A 方法总结 封闭气体压强的求解技巧 1 气体自身重力产生的压强很小 一般忽略不计 2 压强是联系气体和受力分析的桥梁 3 液体产生的压强也可以用cmHg 或用液柱高度ph 表示 等式两边单位统一即可 没有必要换算成国际单位 农村常用来喷射农药的压缩喷雾器的结构如图2 3 8所示 A的容积为7 5L 装入药液后 药液上方体积为1 5L 关闭阀门K 用打气筒B每次打进105Pa的空气250cm3 求 图2 3 8 1 要使药液上方气体的压强为4 105Pa 打气筒活塞应打几次 2 当A中有4 105Pa的空气后 打开阀门K可喷射药液 直到不能喷射时 喷雾器剩余多少体积的药液 思路点拨 向喷雾器容器A中打气 是一个等温压缩过程 按实际情况 在A中装入药液后 药液上方必须留有空间 而已知有105Pa的空气1 5L 把这部分空气和历次打入的空气一起作为研究对象 变质量问题便转化成了定质量问题 向A中打入空气后 打开阀门K喷射药液 A中空气则经历了一个等温膨账过程 根据两过程中气体的初 末状态量 运用玻意耳定律 便可顺利求解本题 答案 1 18次 2 1 5L 方法总结 保证气体质量不变 合理选择研究对象是解答本题的关键 本题应正确分析研究对象的初 末状态及对象的变化特点 分析各量之间的制约关系 正确应用相应规律列方程 图2 3 9 思路点拨 汽缸在直立前后 缸内的气体体积不变 对活塞受力分析 由力的平衡条件可以求出气体初末状态的压强 从而由查理定律求得缸内气体升高的温度 图2 3 10 图2 3 11 答案 7 方法总结 明确研究对象 确认体积不变 选好初末状态 正确确定压强是正确运用查理定律的关键 如图2 3 12所示 汽缸A中封闭有一定质量的气体 活塞B与A的接触是光滑且不漏气的 B上放一重物C B与C的总重为G 大气压为p0 当汽缸内气体温度是20 时 活塞与汽缸底部距离为h1 求当汽缸内气体温度是100 时 活塞与汽缸底部的距离是多少 图2 3 12 答案 1 3h1 方法总结 明确研究对象的压强不变 选定初 末状态 是正确运用盖吕萨克定律的关键 变式训练如图2 3 13所示 上端开口的圆柱形汽缸竖直放置 截面积为0 2m2的活塞将一定质量的气体和一形状不规则的固体A封闭在汽缸内 温度为300K时 活塞离汽缸底部的高度为0 6m 将气体加热到330K时 活塞上升了0 05m 不计摩擦力及固体体积的变化 求物体A的体积 图2 3 13 答案 0 02m3 知能优化训练 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录 按ESC键退出全屏播放 谢谢使用 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全