2022年高三物理第二轮复习全套教案：气体实验定律.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载气体试验定律教学目标1使同学明确抱负气体的状态应由三个参量来打算,其中一个发生变化,至少仍要有一个随之变化,所以掌握变量的方法是物理学争论问题的重要方法之一2要求同学通过争论、分析,总结出打算气体压强的因素,重点把握压强的运算方法,使同学能够敏捷运用力学学问来解决热学问题,使同学的学问得到迁移,为更好的解决力热综合题打下良好的基础3明白气体试验定律的试验条件、过程,学会争论物理问题的重要方法掌握变量（单因素）法,明确气体试验定律表达式中各个字母的含义,引导同学抓住三个试验定律的共性,使复习能够事半功倍教学重点、难点分析1肯定

2、质量的某种抱负气体的状态参量p、V、T 确定后,气体的状态便确定了,在这里主要是气体压强的分析和运算是重点问题,在气体试验定律及运用气态方程的解题过程中,多数的难点问题也是压强的确定 所以要求同学结合本专题的例题和同步练习,分析总结出一般性的解题方法和思路,使同学明确：压强的分析和运算,其实质仍是力学问题,仍是需要运用隔离法,进行受力分析, 利用力学规律 （如平稳）列方程求解2三个气体试验定律从试验思想、内容到解题的方法、步骤上均有许多相像之处,复习时不要全面铺开,没有重点应以玻- 马定律为重点内容,通过典型例题的分析,使同学学会抓共性,把握一般的解题思路及方法,提高他们的科学素养教学过程设计

3、老师活动一、气体的状态参量肯定质量m的某种（摩尔质量M肯定）抱负气体可以用力学参量压强（p）、几何参量体积（V）和热学参量温度（ T）来描述它所处的状态,当 时,至少有两个参量要发生变化p、V、 T 肯定时,气体的状态是确定的,当气体状态发生变化名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载1压强（ p）我们学过运算固体压强的公式p=F/S,运算液体由于自重产生的压强用p= gh,那么（ 1）对密闭在容器中的肯定质量的气体的压强能否用上述公式运算呢？（2）密闭气体的压强是如何产生的呢？和什么因素有关？（ 3

4、）密闭气体的压强如何运算呢？通过下面的几个例题来分析总结规律同学活动回答疑题： （1）不能（2）是由于大量的气体分子频繁的碰撞器壁而形成的,和单位时间内、单位面积上的分子的碰撞次数有关,次数越多,产生的压强越大,而碰撞次数多,需单位体积内的分子数多,所以和单位体积内的分子数有关；仍和碰撞的强弱有关,气体的温度越高,分子热运动越猛烈,对器壁的撞击越强 例 1 在一端封闭粗细匀称的竖直放置的 U形管内, 有密度为 的液体封闭着两段气柱 A、B,大气压强为 p0,各部分尺寸如图 2-1-1 所示,求 A、 B气体的压强同学争论例题 1让同学在黑板上列出不同的解法,典型解法如下：解法 1：取液柱 h1

5、 为争论对象设管的横截面积为S,h1 受到向下的重力 gSh1,A 气体向下的压力pAS,大气向上的压力p0S,由于 h1 静止,所以pAS+ gSh1=p0SpA=p0- gh1名师归纳总结 再取液柱h2 为争论对象, 由帕斯卡定律, h2 上端受到 A气体通过液体传递过来的向下的压力pAS,B气体向上的压力pBS,液柱自身重力 gSh2,由于液柱静止,就第 2 页,共 12 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载pAS+ gSh2=pBSpB=p0- gh1+ gh2解法 2：求 pB 时,由连通器的学问可知,同种液体在同一水平面

6、上的压强到处相等,取同一水平面CD,就pA=pBS- gh2pB=p0- gh1+ gh2在老师的引导下同学们总结：（1）气体自重产生的压强很小,一般忽视不计；（2）对密闭气体,帕斯卡定律仍适用；（3）当整个系统处于静止或匀速运动中时,气体的压强可以用力的平稳的方法求解,也可以运用连通器的原理,找等压面的方法求解 例 2 如图 2-1-2 所示,一圆形气缸静置于水平地面上,气缸质量为 M,活塞质量为 m,活塞面积为 S,大气压强是 p0现将活塞缓慢上提,求气缸刚离开地面时,气缸内气体的压强（不计摩擦）此题涉及到活塞、气缸、 密闭气体, 以谁为争论对象呢？活塞缓慢移动的含义是什么？气缸刚离开地面

7、是什么意思？对例题 2 同学争论大致有两种观点：1以活塞为争论对象,活塞受向上的外力F、自身的重力mg、大气向下的压力p0S、封闭气体向上的压力 pS,由于活塞缓慢移动,所以可以认为活塞的每个态均为平稳态,就F、p 均是未知数,仍需另立方程F+pS=mg+p0S（ 1）再以整体为争论对象,受向上的外力F、自身的重力（M+m）g、地面的支持力N所以分析系统是否受大气的压力呢？争论结果：受,但是由于整个系统上下左右均受到大气的作用,受力时可不考虑名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 系统静止,所以学习好资料欢迎下载F+N=

8、（M+m）g当气缸刚离开地面时,N=0,F=（M+m）g （2）将（ 2）代入（ 1）得 p=p0-Mg/S2以气缸为争论对象,气缸受自身向下的重力 Mg、封闭气体向上的压力 pS、地面的支持力 N、大气对气缸底部向上的压力 p0S（同学对气缸上面是否受大气压力产生疑问经过争论同学熟悉到气缸上方和它作用的是封闭气体,大气是作用在活塞上的）气缸静止,就Mg+pS=N+p0S当气缸刚离开地面时,N=0,得 p=p0-Mg/S 例 3 如图 2-1-3 所示,粗细匀称开口向上的直玻璃管内有一段长为h、密度为 的水银柱,封闭了一段气体, 当整个装置处于向下加速（加速度为a）的电梯中时, 气体的压强是多

9、少？如电梯向上加速呢？通过上面的三个例题,请同学们归纳总结运算气体压强的一般思路和方法同学解答例题3：以水银柱为争论对象,受重力 gSh、大气向下的压力p0S、气体向上的压力pS,由于系统向下加速,由牛顿其次定律, gSh+p0S-pS= Shap=p0+ （g-a ）h名师归纳总结 争论：如a=g,即系统做自由落体运动时（完全失重）,p=p0第 4 页,共 12 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 同理,向下加速时,学习好资料欢迎下载p=p0+ （g+a） h同学归纳一般解题思路：1确定争论对象：活塞、气缸、液柱等2进行正确的受力分析3依据规律列方程

10、,例如平稳条件、牛顿定律等4解方程并对结果进行必要的争论2体积（ V）：气体分子所能布满的空间,如被装入容器就气体的体积 =容器的容积3温度（ T）：温标：一般有摄氏温标和热力学温标,它们的关系是什么？T=t+273 ,-273 =OK, T= t二、气体的试验定律提问： （1）气体的三个试验定律成立的条件是什么？（2）主要的试验思想是什么？很好,我们要会用文字、公式、图线三种方式表述出气体试验定律,更要留意定律成立的条件（1）肯定质量的气体,压强不太大,温度不太高时（2）掌握变量的方法对肯定质量的某种气体,其状态由 p、 V、T 三个参量来打算,假如掌握 T 不变,争论 p-V 间的关系,即

11、得到玻- 马定律；假如掌握 V 不变,争论 p-T 间的关系,即得到查理定律；如果掌握 p 不变,争论 V-T 间的关系,即得到盖 吕萨克定律1等温过程玻- 马定律（1）内容：（2）表达式： p1V1=p2V2 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载（3）图像玻- 马定律的内容是：肯定质量的某种气体,在温度不变时,压强和体积的乘积是恒量争论： 上面的 p-V 图中, A、B 表示肯定质量的某种气体的两条等温线,就 TA TB（填、 =、）,试说明理由TA TB说明缘由的过程中,同学争论后渐趋明朗有同

12、学回答：从分子动理论的角度来说,气体的压强是大量气体分子频繁碰撞器壁的结果,单位体积内的分子数越多、分子运动的平均速率越大,压强就越大在p-V 图像的两条等温线上,取体积相同的两点C、D,由于是肯定质量的气体,所以单位体积内的分子数相同；又从图像上可知,pCPD,所以 TD TC,就 TB TApV的乘积越大大小结： 肯定质量的某种气体的p-V 图像上的等温线越向右上方,温度越高,即 例 41m 长的粗细匀称的直玻璃管一端封闭,把它开口向下竖直插入水中,管的一半露在水面外,气压为 76cmHg,求水进入管中的高度引导同学争论：（1）此过程可视为等温过程,应用玻（2）争论对象的初末态如何确定？-

13、 马定律,那么如何确定肯定质量的气体呢？名师归纳总结 （3）管插入水中一半时,管内水面的高度应是图2-1-5 中 a、 b、c 的哪个位置？为什么第 6 页,共 12 页解答： 设玻璃管的横截面积为S初态：玻璃管口和水面接触但仍没有插入之时,此后管内气体为肯定质量的气体p1=p0, V1=1S- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 末态：管插入水中一半时,如图学习好资料欢迎下载2-1-5 所示,位置c 是合理的由于管插入水中,温度肯定,气体体积减小,压强增大,只有pcp0,所以 c 位置合理设进入管内的水柱的高度是x,就p2=p0+ g（ 0.5-x ）,

14、V2=（1-x ）S,依据玻 - 马定律： p1V1=p2V2,所以p0 1S=p0+ g（0.5-x ） （ 1-x ）S,得 x=0.05m 例 5 一根长度为 1m,一端封闭的内径匀称的细直玻璃管,管内用 20cm长的水银柱封住一部分空气当管口向上竖直放置时,被封住的空气柱长49cm问缓慢将玻璃旋转,当管口向下倒置时,被封住的空气柱长度是多少？假设 p0=76cmHg,气体温度不变对例题 5 大多数同学做出如下解答：p1=p0+h=76+20=96（cmHg）V1=49Sp2=p0-h=76-20=56 （cmHg）V2=HSp1V1=p2V2所以 H=84（cm）解答到此,有部分同学意

15、识到此时空气柱加水银柱的长度 1m了,说明水银早已经溢出！所以,管倒置后,p2=p0-h H+h=84+20=104（cm）已大于玻璃管的长度名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - V2=HS,H+h=L学习好资料欢迎下载所以 h=18.5 （cm）, H=81.5（cm） 例 6 内径匀称的 U形管中装入水银, 两管中水银面与管口的距离均为 l=10cm ,大气压强 p0=75.8cmHg时,将右管口密封,如图 2-1-6 所示,然后从左侧管口处将一活塞缓慢向下推入管中,直到左右两侧水银面高度差 h=6cm时为止求活塞

16、在管内移动的距离提问：（1）缓慢向下推是什么意思？（2）此题中有左右两部分定质量的气体,能分别写出它们初、末态的状态参量吗？（3）两部分气体间有什么联系？画出示意图解答： 缓慢压缩的含义是整个过程中系统保持温度不变,且水银柱处于平稳态设管的横截面积为S,就：左管气体：初态： pA0=p0,VA0=lS=10S末态： pA=？, VA=？右管气体：初态； pB0=p0,VB0=lS=10S末态： pB=？, VB=？名师归纳总结 画出变化前后的示意图,如图2-1-7 所示：第 8 页,共 12 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 一般认为液体不易压缩,学

17、习好资料欢迎下载l ,就两管液面的高度差为U形管中,左管液面下降l ,右管液面必上升2 l ,在此题中 2 l=h 从上面的示意图中可知：pA=pB+h,VA=（l-x+h/2）SVB=（l-h/2）分别对左右管内的气体应用玻马定律,代入数据,得：x=6.4cm2等容过程查理定律（1）内容：提问： 法国科学家查理通过试验争论,发觉的定律的表述内容是什么？把查理定律“ 外推” 到零压强而引入热力学温标后,查理定律的表述内容又是什么？内容： 肯定质量的气体,在体积不变的情形下,温度每上升（或降低） 1 ,增加（或削减）的压强等于它 0时压强的 1/273 肯定质量的气体,在体积不变的情形下,它的压

18、强和热力学温标成正比3等压变化盖 吕萨克定律（1）内容：（2）表达式：名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载内容： 肯定质量的气体,在压强不变的情形下,它的体积和热力学温标成正比 例 7 一个质量不计的活塞将肯定量的抱负气体封闭在上端开口的直立筒形气缸内,活塞上堆放着铁砂,如图2-1-8 所示最初活塞搁置在气缸内壁的卡环上,气柱的高度H0,压强等于大气压强p0现对气体缓慢加热,当气体温度上升了T=60K时,活塞（及铁砂）开头离开卡环而上升连续加热,直到气柱高度 H1=1.5H0此后在维护温度不变的条

19、件下逐步取走铁砂,直到铁砂被全部取走时,气柱高度变为 H2=1.8H0求此时气体的温度（不计气缸和活塞间的摩擦）分析： 以封闭在气缸内的肯定质量的抱负气体为争论对象,（1）从最初活塞搁置在气缸内壁的卡环上,到当气体温度上升了T=60K 时,活塞（及铁砂）开头离开卡环这一过程气体的哪个状态参量没有发生变化？（ 2）从当气体温度上升了T=60K 时,活塞（及铁砂）开头离开卡环而上升,直到气柱高度H1=1.5H0这一过程气体的哪个状态参量没有发生变化？（3）此后的过程气体的哪个状态参量没有发生变化？回答完上面的三个问题后,信任同学们能够自己解答出此题了同学回答提问：（1）体积不变,所以此过程为等容变

20、化（2）压强不变,所以此过程为等压变化（3）温度不变,所以此过程为等温变化同学的两种解法：名师归纳总结 - - - - - - -解法一：以封闭在气缸内的肯定质量的抱负气体为争论对象,设最初活塞搁置在气缸内壁的卡环上时,气体的温度为T0,气体的压强为p0,体积为 V0=H0S,就活塞（及铁砂）开头离开卡环时的温度T1=T0+T,气体的压强为p1,体积为V1,由于等容变化,V1=V0,依据查理定律,第 10 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 设气柱高度为学习好资料欢迎下载吕H1 时,气体温度为T2,体积为 V2=H1S,压强为 p2,由于是等压变化, p2=p1,

21、依据盖萨克定律,设气柱高度为H2 时,气体温度为T3,体积为 V3=H2S,压强为 p3,由于铁砂全部取走时p3=p0,又因为是等温变化,T3=T2,依据玻 - 马定律,p3V3=p2V2, p0H0=p1H1 （3）由（ 1）、（ 3）两式解得：由（ 2）、（ 4）两式解得：由（ 5）、（ 6）两式解得：解法二： 以封闭在气缸内的肯定质量的抱负气体为争论对象,设最 S 初活塞搁置在气缸内壁的卡环上时,气体的温度为T0,就活塞（及铁砂）开头离开卡环时的温度为T0+ T,设气柱高度为H1时,气体温度为 T1,气柱高度为H2时,气体温度为T2,由等压过程得名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载由初态和末态的压强相等,得由（ 1）、（ 2）两式解得：说明： 气缸内的封闭气体先后经受了四个状态、三个过程可以建立如下图景：利用上述图景,可以使复杂的过程清楚呈现,所以分析物理图景是解题特别关键的步骤名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 12 页