2019-2020年高二物理选修3-3气体的等温变化 玻意耳定律 新课标 人教版.doc

2019-2020年高二物理选修3-3气体的等温变化 玻意耳定律 新课标 人教版一、教学目标1在物理知识方面的要求(1)掌握玻意耳定律：实验，定律，图线；(2)掌握解决气体定律问题的基本思路和基本方法2本节复习集中体现了对气体性质有关问题的研究方法：建立气体状态变化过程的物理图景，根据边界条件建立相关方程求解3从物理学的方法论上来看，初始条件(边界条件)是决定物理过程的重要因素，通过本单元内容的复习，使学生加深对此观点的认识，是本课的重要目的二、重点、难点分析1重点：一定质量的理想气体在温度不变的条件下，压强和体积的关系2难点：让学生养成分析气体变化过程、确定初始条件的习惯三、主要教学过程 (一)引入新课说明气体性质的研究思路：在四个气体参量中，保持其中两个参量不变，研究另外两个参量的关系(二)主要教学过程一玻意耳定律1实验装置及实验过程(注意A、B两管中液面的升降分析)2玻意耳定律(1)实验结论： pV-1(2)内容： pV=C或p1V1=p2V2(3)图线(等温线)对等温线的复习，从以下几方面进行：等温线的形成：在p-V图中，是一条反比曲线(pV-1)在p-T和VT图中，同一个气体变化过程如何一一对应(图中用箭头表示过程方向，用气体参量表示过程的始末状态)说明对一定质量的理想气体，在不同温度下的等温线在p-V图中位置之差异二用气体定律解题的步骤1确定研究对象被封闭的气体(满足质量不变的条件)；2用一定的数字或表达式写出气体状态的初始条件(p1，V1，T1，p2，V2，T2)；3根据气体状态变化过程的特点，列出相应的气体公式(本节课中就是玻意耳定律公式)；4将各初始条件代入气体公式中，求解未知量；5对结果的物理意义进行讨论例1 将一端封闭的均匀直玻璃管开口向下，竖直插入水银中，当管顶距槽中水银面8cm时，管内水银面比管外水银面低2cm要使管内水银面比管外水银面高2cm，应将玻璃管竖直向上提起多少厘米？已知大气压强p0支持76cmHg，设温度不变分析：均匀直玻璃管、U形玻璃管、汽缸活塞中封闭气体的等温过程是三种基本物理模型，所以在复习中必须到位在确定初始条件时，无论是压强还是体积的计算，都离不开几何关系的分析，那么，画好始末状态的图形，对解题便会有很大作用本题主要目的就是怎样去画始末状态的图形以找到几何关系，来确定状态参量解：根据题意，由图3：p1=p0+278cmHg，V1=(8+2)S=10S，p2=p0-2=74cmHg，V2=(8+x)-1S=(6+x)S例2 均匀U形玻璃管竖直放置，用水银将一些空气封在A管内，当A、B两管水银面相平时，大气压强支持72cmHgA管内空气柱长度为10cm，现往B管中注入水银，当两管水银面高度差为18 cm时，A管中空气柱长度是多少？注入水银柱长度是多少？分析：如图4所示，由于水银是不可压缩的，所以A管水银面上升高度x时，B管原水银面下降同样高度x那么，当A、B两管水银面高度差为18cm时，在B管中需注入的水银柱长度应为(18+2x)cm解： p1=p0=72cm Hg，V1=10S，p2=p0+1890 cm Hg，V2lS例3 密闭圆筒内有一质量为100g的活塞，活塞与圆筒顶端之间有一根劲度系数k=20N/m的轻弹簧；圆筒放在水平地面上，活塞将圆筒分成两部分，A室为真空，B室充有空气，平衡时，l0=0.10m，弹簧刚好没有形变如图5所示现将圆筒倒置，问这时B室的高度是多少？分析：汽缸类问题，求压强是关键：应根据共点力平衡条件或牛顿第二定律计算压强解：圆筒正立时：圆筒倒立时，受力分析如图6所示，有p2S+mg=kx，x=l-l0，则温度不变，根据玻意耳定律：p1V1=p2V2例4 如图7所示，质量为M的汽缸置于水平地面上，用横截面积为S、质量为m的活塞封入长为l的空气柱，现用水平恒力F向右拉活塞，当活塞相对汽缸静止时，活塞到气缸底部的距离是多少？已知大气压强为p0，温度不变，不计一切摩擦分析：起初，活塞左右压强相等；后来，活塞所受合外力产生加速度，用整体法可求出这个加速度解： p1p0，V1=lS隔离活塞(图8)：(F+p2S)-p0S=ma根据玻意耳定律：p1V1=p2V2代入：解得：例5 如图9所示，竖直放置的连通器左、右两管为口径不同的均匀直玻璃管，横截面积S右=2S左，用水银将空气封闭在右管中，平衡时左、右水银面相平，右管内水银面距管顶l0=10cm现将一个活塞从左管上口慢慢推入左管，直到右管水银面比左管水银面高出h=6cm为止已知大气压强p0支持76cm Hg，温度不变求：活塞下推距离x分析：这是两个研究对象问题，左、右两管内的封闭气体都遵从玻意耳定律，它们之间的几何关系和压强关系是解决问题的桥梁解：左管p1=p0支持76cm Hg，V1=l0S=10S设右管空气末态压强为p2，则p2=p2+ph(p2+6)cm Hg设活塞下推距离为x(图10)，左管水银面下降高度为h1，右管水银面上升高度为h2，在下推过程中，水银体积不变，左管水银减少的体积等于右管水银增加的体积：h1S=h22S，h=h1+h2将h=6cm代入，解得h1=4cm，h2=2cmV2=(l0+h1-x)S(14-x)S右管： p1=p1=76cm Hg，V1=l02S=20Sp2=？ V2=(l0-h2)2S=16S根据玻意耳定律： p1V1=p2V2，p1V1=p2V2代入，得例6 长为lcm的均匀直玻璃管开口向上，竖直放置，用高hcm的水银柱封闭一些空气，水银上表面恰好与管口相平(图11)已知大气压强为p0，温度不变(1)从开口端再注入一些水银而不溢出的条件是什么？(2)若堵住开口端，把玻璃管缓慢地翻转180，再打开开口端，则水银将外流试讨论：水银恰好流尽，或水银流尽后还有气体从管中溢出的条件是什么？解：(1)设注入水银柱长为xp1=H0+h，V1=(l-h)Sp2=H0+h+x，V2=(l-h-x)S玻意耳定律： p1V1=p2V2x2=l-2h-H0当L-2h-H00时，x0，能注入水银为注入水银条件例如，H0=76cm Hg，l=20cm，l-H00，不能倒入水银；H0=76cm Hg，l=100cm，l-H00，能倒入水银的条件是水银柱长(2)翻转180后恰好水银流尽而无气体逸出，则p3=p0=H0，V3=lS由玻意耳定律：p1V1=p3V3解得h1=0(舍)，h2=l-H0例如，H0=76cm Hg，l=100 cm，则h=100-76=24cm，翻转180后水银刚好流尽；而当l24cm时，p3H0，有空气逸出