高中物理教科版選修3-3課件：第2章第3節(jié)《氣體實(shí)驗(yàn)定律》

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第3節(jié)氣體實(shí)驗(yàn)定律 課前自主學(xué)案 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 課標(biāo)定位 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第3節(jié) 課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道描述氣體的三個(gè)狀態(tài)參量 理解三個(gè)參量的意義 2 知道什么是等溫變化 等容變化和等壓變化 3 知道實(shí)驗(yàn)三定律的內(nèi)容及表達(dá)式 并會(huì)應(yīng)用定律處理問題 4 會(huì)通過實(shí)驗(yàn)來研究問題 探究物理規(guī)律 體驗(yàn)科學(xué)探究過程 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 實(shí)驗(yàn)定律的理解與應(yīng)用 2 描述氣體的狀態(tài)參量及物理意義 課前自主學(xué)案 一 氣體的狀態(tài)參量1 狀態(tài)參量 研究氣體的性質(zhì)時(shí) 用 這三個(gè)物理量來描述氣體的狀態(tài) 這三個(gè)物理量被稱為氣體的狀態(tài)參量 2 體積 溫度和壓強(qiáng) 1 體積 V 氣體的體積是指氣體占有 壓強(qiáng) 體積 溫度 空間的大小 2 溫度 T 溫度是表示物體 的物理量 是氣體分子 的標(biāo)志 測量 用 來測量 表示方法 攝氏溫度和 溫度 兩者數(shù)量關(guān)系是 3 壓強(qiáng) P 是大量氣體分子對(duì)器壁撞擊的 表現(xiàn) 壓強(qiáng)的單位有 Pa atm cmHg mmHg等 它們間的換算關(guān)系為 1Pa 1N m21atm 76cmHg 760mmHg 1 013 105Pa 冷熱程度 平均動(dòng)能 溫度計(jì) 熱力學(xué) T t 273 宏觀 二 玻意耳定律1 等溫變化 一定質(zhì)量的氣體 在 不變時(shí)其壓強(qiáng)與體積發(fā)生的變化 2 玻意耳定律 1 內(nèi)容 一定 的某種氣體 在溫度保持不變的情況下 壓強(qiáng)p與 V成反比 2 表達(dá)式pV 常量 3 適用條件 氣體的 不變 氣體的 不變 溫度 質(zhì)量 體積 質(zhì)量 溫度 三 查理定律1 等容變化 一定質(zhì)量的某種氣體在 時(shí)壓強(qiáng)隨溫度的變化 2 查理定律 1 內(nèi)容 一定質(zhì)量的某種氣體 在體積不變的情況下 壓強(qiáng)p與 成正比 2 表達(dá)式 3 適用條件 氣體的 不變 氣體的 不變 體積不變 熱力學(xué)溫度T 質(zhì)量 體積 四 蓋呂薩克定律1 等壓變化 一定質(zhì)量的某種氣體 在 的條件下 體積隨溫度的變化而變化 2 蓋呂薩克定律 1 內(nèi)容 一定質(zhì)量的氣體 在保持壓強(qiáng)不變的情況下 體積V與熱力學(xué)溫度T成 2 表達(dá)式 3 適用條件 氣體 不變 氣體 不變 壓強(qiáng)不變 正比 質(zhì)量 壓強(qiáng) 核心要點(diǎn)突破 一 封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算1 容器靜止或勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算 1 取等壓面法根據(jù)同種液體在同一水平液面處壓強(qiáng)相等 在連通器內(nèi)靈活選取等壓面 由兩側(cè)壓強(qiáng)相等列方程求解壓強(qiáng) 例如 圖2 3 1中同一液面C D處壓強(qiáng)相等 則pA p0 ph 圖2 3 1 2 力平衡法選與封閉氣體接觸的液柱 或活塞 汽缸 為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析 由F合 0列式求氣體壓強(qiáng) 特別提醒 在考慮與氣體接觸的液柱所產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)p gh時(shí) 應(yīng)特別注意h是表示液面間豎直高度 不一定是液柱長度 特別提醒 1 當(dāng)系統(tǒng)加速運(yùn)動(dòng)時(shí) 選封閉氣體的物體如液柱 汽缸或活塞等為研究對(duì)象 由牛頓第二定律 求出封閉氣體的壓強(qiáng) 2 壓強(qiáng)關(guān)系的實(shí)質(zhì)反映了力的關(guān)系 力的關(guān)系由物體的狀態(tài)來決定 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 2011年沈陽高二檢測 如圖2 3 3所示 一橫截面積為S的圓柱形容器豎直放置 圓板A上表面是水平的 下表面是傾斜的 且下表面與水平面的夾角為 圓板的質(zhì)量為M 不計(jì)一切摩擦 大氣壓為p0 則被圓板封閉在容器中的氣體的壓強(qiáng)為 圖2 3 3 A p0 Mgcos SB p0 S Mgcos SC p0 Mgcos2 SD p0 Mg S解析 選D 以圓板為研究對(duì)象 如圖所示 豎直方向受力平衡 pAS cos p0S MgS S cos 所以pA S cos cos p0S Mg所以pA p0 Mg S故此題應(yīng)選D 二 對(duì)玻意耳定律的理解及應(yīng)用1 成立條件 玻意耳定律p1V1 p2V2是實(shí)驗(yàn)定律 只有在氣體質(zhì)量一定 溫度不變的條件下才成立 2 常量的意義 p1V1 p2V2 常量C該常量C與氣體的種類 質(zhì)量 溫度有關(guān) 對(duì)一定質(zhì)量的氣體 溫度越高 該常量C越大 3 應(yīng)用玻意耳定律的思路與方法 1 選取一定質(zhì)量的氣體為研究對(duì)象 確定研究對(duì)象的始末兩個(gè)狀態(tài) 2 表示或計(jì)算出初態(tài)壓強(qiáng)p1 體積V1 末態(tài)壓強(qiáng)p2 體積V2 對(duì)未知量用字母表示 3 根據(jù)玻意耳定律列方程p1V1 p2V2 并代入數(shù)值求解 4 有時(shí)要檢驗(yàn)結(jié)果是否符合實(shí)際 對(duì)不符合實(shí)際的結(jié)果刪去 特別提醒 對(duì)于開口的玻璃管 用水銀封閉一部分氣體時(shí) 氣體體積增大 特別是給出玻璃管總長度時(shí) 更要分析計(jì)算的氣體長度加上水銀柱的長度是否超出玻璃管的總長 若超出 說明水銀會(huì)流出 要重新計(jì)算 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 如圖2 3 4所示 一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在可導(dǎo)熱的汽缸內(nèi) 活塞相對(duì)于底部的高度為h 可沿汽缸無摩擦地滑動(dòng) 取一小盒圖2 3 4沙子緩慢地倒在活塞的上表面上 沙子倒完時(shí) 活塞下降了h 4 再取相同質(zhì)量的一小盒沙子緩慢地倒在活塞上表面上 外界大氣的壓強(qiáng)和溫度始終保持不變 求此次沙子倒完時(shí)活塞距汽缸底部的高度 三 對(duì)查理定律和蓋呂薩克定律的進(jìn)一步理解1 兩實(shí)驗(yàn)定律的比較 3 應(yīng)用查理定律或蓋呂薩克定律解題的步驟 1 確定研究對(duì)象 即被封閉的氣體 2 分析被研究氣體在狀態(tài)變化時(shí)是否符合定律條件 是否是質(zhì)量和體積保持不變或是質(zhì)量和壓強(qiáng)保持不變 3 確定初 末兩個(gè)狀態(tài)的溫度 壓強(qiáng)或溫度 體積 4 按查理 蓋呂薩克 定律公式列式求解 5 分析檢驗(yàn)求解結(jié)果 特別提醒 1 查理定律 或蓋呂薩克 定律的適用范圍是氣體的壓強(qiáng)不太大 是大氣壓的幾倍 溫度不太低 與室溫比較 2 由于定律為比例式 初末狀態(tài)的壓強(qiáng) 或體積 只要單位相同即可 不必統(tǒng)一到國際單位 但溫度必須化為熱力學(xué)溫度 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 3 如圖2 3 5所示 A是容積很大的玻璃容器 B是內(nèi)徑很小的玻璃管 B的左端與A相通 右端開口 B中有圖2 3 5一段水銀柱將一定質(zhì)量的空氣封閉在A中 當(dāng)把A放在冰水混合物里 B的左管比右管中水銀高30cm 當(dāng)B的左管比右管的水銀面低30cm時(shí) A中氣體的溫度是多少 設(shè)大氣壓強(qiáng)p0 760mmHg 答案 629K 3 如果液柱 或活塞 兩端的橫截面積相等 若 p均大于零 意味著兩部分氣體的壓強(qiáng)均增大 則液柱 或活塞 向 p值較小的一方移動(dòng) 若 p均小于零 意味著兩部分氣體的壓強(qiáng)均減小 則液柱向壓強(qiáng)減小量較大的一方 即 p 較大的一方 移動(dòng) 若 p相等 則液柱不移動(dòng) 4 如果液柱 或活塞 兩端的橫截面積不相等 則應(yīng)考慮液柱 或活塞 兩端的受力變化 pS 若 p均大于零 則液柱向 pS小的一方移動(dòng) 若 p均小于零 則液柱向 pS 大的一方移動(dòng) 若 pS相等 則液柱不移動(dòng) 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 4 2011年泰安高二檢測 如圖2 3 6所示 A B兩容器的容積相等 用粗細(xì)均勻的細(xì)玻璃管相連 兩容器內(nèi)裝有不同氣體 細(xì)管中央有一段水銀柱 在兩邊氣體作用下保持平衡時(shí) A中氣體的溫度為0 B中氣體的溫度為20 如果將它們的溫度都降低了10 則水銀柱將 圖2 3 6 A 向A移動(dòng)B 向B移動(dòng)C 不動(dòng)D 不能確定 課堂互動(dòng)講練 有一段12cm長的水銀柱 在均勻玻璃管中封住一定質(zhì)量的氣體 若開口向上將玻璃管放置在傾角為30 的光滑斜面上 在下滑過程中被封閉氣體的壓強(qiáng)為 大氣壓強(qiáng)p0 76cmHg A 76cmHgB 82cmHgC 88cmHgD 70cmHg 精講精析 水銀柱所處的狀態(tài)不是平衡狀態(tài) 因此不能用平衡條件來處理 水銀柱的受力分析如圖2 3 7所示 因玻璃管和水銀柱組圖2 3 7成系統(tǒng)的加速度a gsin30 所以對(duì)水銀柱由牛頓第二定律得 p0S Mgsin30 pS Ma 故p p0 答案 A 方法總結(jié) 封閉氣體壓強(qiáng)的求解技巧 1 氣體自身重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)很小 一般忽略不計(jì) 2 壓強(qiáng)是聯(lián)系氣體和受力分析的橋梁 3 液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)也可以用cmHg 或用液柱高度ph 表示 等式兩邊單位統(tǒng)一即可 沒有必要換算成國際單位 農(nóng)村常用來噴射農(nóng)藥的壓縮噴霧器的結(jié)構(gòu)如圖2 3 8所示 A的容積為7 5L 裝入藥液后 藥液上方體積為1 5L 關(guān)閉閥門K 用打氣筒B每次打進(jìn)105Pa的空氣250cm3 求 圖2 3 8 1 要使藥液上方氣體的壓強(qiáng)為4 105Pa 打氣筒活塞應(yīng)打幾次 2 當(dāng)A中有4 105Pa的空氣后 打開閥門K可噴射藥液 直到不能噴射時(shí) 噴霧器剩余多少體積的藥液 思路點(diǎn)撥 向噴霧器容器A中打氣 是一個(gè)等溫壓縮過程 按實(shí)際情況 在A中裝入藥液后 藥液上方必須留有空間 而已知有105Pa的空氣1 5L 把這部分空氣和歷次打入的空氣一起作為研究對(duì)象 變質(zhì)量問題便轉(zhuǎn)化成了定質(zhì)量問題 向A中打入空氣后 打開閥門K噴射藥液 A中空氣則經(jīng)歷了一個(gè)等溫膨賬過程 根據(jù)兩過程中氣體的初 末狀態(tài)量 運(yùn)用玻意耳定律 便可順利求解本題 答案 1 18次 2 1 5L 方法總結(jié) 保證氣體質(zhì)量不變 合理選擇研究對(duì)象是解答本題的關(guān)鍵 本題應(yīng)正確分析研究對(duì)象的初 末狀態(tài)及對(duì)象的變化特點(diǎn) 分析各量之間的制約關(guān)系 正確應(yīng)用相應(yīng)規(guī)律列方程 圖2 3 9 思路點(diǎn)撥 汽缸在直立前后 缸內(nèi)的氣體體積不變 對(duì)活塞受力分析 由力的平衡條件可以求出氣體初末狀態(tài)的壓強(qiáng) 從而由查理定律求得缸內(nèi)氣體升高的溫度 圖2 3 10 圖2 3 11 答案 7 方法總結(jié) 明確研究對(duì)象 確認(rèn)體積不變 選好初末狀態(tài) 正確確定壓強(qiáng)是正確運(yùn)用查理定律的關(guān)鍵 如圖2 3 12所示 汽缸A中封閉有一定質(zhì)量的氣體 活塞B與A的接觸是光滑且不漏氣的 B上放一重物C B與C的總重為G 大氣壓為p0 當(dāng)汽缸內(nèi)氣體溫度是20 時(shí) 活塞與汽缸底部距離為h1 求當(dāng)汽缸內(nèi)氣體溫度是100 時(shí) 活塞與汽缸底部的距離是多少 圖2 3 12 答案 1 3h1 方法總結(jié) 明確研究對(duì)象的壓強(qiáng)不變 選定初 末狀態(tài) 是正確運(yùn)用蓋呂薩克定律的關(guān)鍵 變式訓(xùn)練如圖2 3 13所示 上端開口的圓柱形汽缸豎直放置 截面積為0 2m2的活塞將一定質(zhì)量的氣體和一形狀不規(guī)則的固體A封閉在汽缸內(nèi) 溫度為300K時(shí) 活塞離汽缸底部的高度為0 6m 將氣體加熱到330K時(shí) 活塞上升了0 05m 不計(jì)摩擦力及固體體積的變化 求物體A的體積 圖2 3 13 答案 0 02m3 知能優(yōu)化訓(xùn)練 本部分內(nèi)容講解結(jié)束 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