山东省成武一中高中物理 第8章《气体》课件 新人教版选修33.ppt

第八章 气体 8 1 气体的等温变化 教学目标 1 知识要求 1 知道什么是等温变化 2 知道玻意耳定律是实验定律 掌握玻意耳定律的内容和公式 知道定律的适用条件 3 理解气体等温变化的p v图象的物理意义 4 知道用分子动理论对玻意耳定律的定性解释 5 会用玻意耳定律计算有关的问题 2 能力要求 通过对演示实验的研究 培养学生的观察 分析能力和从实验得出物理规律的能力 3 方法要求 当需要研究两个以上物理量间的关系时 先保持某个或某几个物理量不变 从最简单的情况开始研究 得出某些规律 然后再进一步研究所涉及的各个物理量间的关系 二 重点 难点分析1 重点是通过实验使学生知道并掌握一定质量的气体在等温变化时压强与体积的关系 理解p v图象的物理意义 知道玻意耳定律的适用条件 2 学生往往由于 状态 和 过程 分不清 造成抓不住头绪 不同过程间混淆不清的毛病 这是难点 在目前这个阶段 有相当多学生尚不能正确确定密闭气体的压强 三 教具1 定性演示一定质量的气体在温度保持不变时压强与体积的关系 橡皮膜 或气球皮 直径为5cm左右两端开口的透明塑料筒 长约25cm左右 与筒径匹配的自制活塞 20cm 6cm薄木板一块 2 较精确地演示一定质量的气体在温度保持不变时压强与体积的关系实验仪器 1 温度 2 体积 3 压强 热力学温度t 开尔文t t 273k 体积v单位 有l ml等 压强p单位 pa 帕斯卡 气体的状态参量 复习 问题 引入 一定质量的气体 它的温度 体积和压强三个量之间变化是相互对应的 我们如何确定三个量之间的关系呢 方法研究 引入 在物理学中 当需要研究三个物理量之间的关系时 往往采用 保持一个量不变 研究其它两个量之间的关系 然后综合起来得出所要研究的几个量之间的关系 控制变量的方法 问题 引入 我们在以前的学习中 也曾经采用过 控制变量的方法 来研究三个变量之间的关系 1 牛顿第二定律 f m 2 引言 引入 今天 我们便来研究气体的三个状态参量t v p之间的关系 首先 我们来研究 当温度 t 保持不变时 体积 v 和压强 p 之间的关系 授课 气体的等温变化 1 等温变化 气体在温度不变的状态下 发生的变化叫做等温变化 2 实验研究 实验 2 实验研究 1 实验目的 在温度保持不变时 研究一定质量气体的压强和体积的关系 2 实验装置1实验装置2 3 实验数据的测量及分析 演示实验 看课本 实验 1 研究的是哪一部分气体 2 怎样保证t不变 4 如何测v 3 如何改变p 根据高度差 实验数据的处理 实验 v 1 2 3 0 1 2 3 4 实验 1 v 1 2 3 0 0 2 0 4 0 6 0 8 实验 在温度不变时 压强p和体积v成反比 结论 实验结论 2 公式表述 pv 常数或p1v1 p2v2 3 图像表述 1 文字表述 一定质量某种气体 在温度不变的情况下 压强p与体积v成反比 需要注意的问题 研究对象 一定质量的气体适用条件 温度保持不变化适用范围 温度不太低 压强不太大 说明 结论 t3 t2 t1 例题一个足球的体积是2 5l 用打气筒给这个足球打气 每一次都把体积为125ml 压强与大气压相同的气体打进球内 如果在打气前足球已经是球形并且里面的压强与大气压相同 打了20次后 足球内部空气的压强是大气压的多少倍 你在得出结论时考虑到了什么前提 实际打气时能满足你的前提吗 8 2 气体的等容变化和等压变化 教学目标 1 知识要求 1 知道什么是气体的等容变化过程 2 掌握查理定律的内容 数学表达式 理解p t图象的物理意义 3 知道查理定律的适用条件 4 会用分子动理论解释查理定律 2 能力要求 通过演示实验 培养学生的观察能力 分析能力和实验研究能力 3 方法要求 培养学生运用数学方法解决物理问题的能力 由图象总结出查理定律 重点 难点分析1 查理定律的内容 数学表达式 图象及适用条件是重点 2 气体压强和摄氏温度不成正比 压强增量和摄氏温度成正比 气体原来的压强 气体在零摄氏度的压强 这些内容易混淆 教具1 引入新课的演示实验 带有橡皮塞的滴液瓶 加热装置 2 演示一定质量的气体保持体积不变时 压强与温度的关系 查理定律演示器 水银气压计 搅棒 食盐和适量碎冰 温度计 保温套 容器 一 等容过程 1 等容过程 气体在体积不变的情况下发生的状态变化过程叫做等容过程 2 一定质量气体的等容变化 3 查理定律 一定质量的某种气体 在体积不变的情况下 压强p与热力学温度t成正比 p t 可写成或 1 查理定律是实验定律 由法国科学家查理通过实验发现的 2 适用条件 气体质量一定 体积不变 3 在p t c中的c与气体的种类 质量 体积有关 注意 p与热力学温度t成正比 不与摄氏温度成正比 但压强的变化 p与摄氏温度 t的变化成正比 4 一定质量的气体在等容时 升高 或降低 相同的温度 所增加 或减小 的压强是相同的 5 解题时前后两状态压强的单位要统一 4 等容线 l 等容线 一定质量的某种气体在等容变化过程中 压强p跟热力学温度t的正比关系p t在直角坐标系中的图象叫做等容线 2 一定质量气体的等容线p t图象 其延长线经过坐标原点 斜率反映体积大小 如图所示 3 一定质量气体的等容线的物理意义 图线上每一个点表示气体一个确定的状态 同一根等容线上各状态的体积相同 不同体积下的等容线 斜率越大 体积越小 同一温度下 压强大的体积小 如图所示 v2 v1 应用 汽车 拖拉机里的内燃机 就是利用气体温度急剧升高后压强增大的原理 推动气缸内的活塞做功 打足了气的车胎在阳光下曝晒会胀破 水瓶塞子会迸出来 二 等压过程 1 等压过程 气体在压强不变的情况下发生的状态变化过程叫做等压过程 2 一定质量气体的等压变化 3 盖 吕萨克定律 一定质量的某种气体 在压强不变的情况下 体积v与热力学温度成正比 v t 可写成或 1 盖 吕萨克定律是实验定律 由法国科学家盖 吕萨克通过实验发现的 2 适用条件 气体质量一定 压强不变 3 在v c中的c与气体的种类 质量 压强有关 注意 v正比于t而不正比于t 但 v t 4 一定质量的气体发生等压变化时 升高 或降低 相同的温度 增加 或减小 的体积是相同的 5 解题时前后两状态的体积单位要统一 4 等压线 1 等压线 一定质量的某种气体在等压变化过程中 体积v与热力学温度t的正比关系在v t直角坐标系中的图象叫做等压线 2 一定质量气体的等压线的v t图象 其延长线经过坐标原点 斜率反映压强大小 如图所示 3 一定质量气体的等压线的物理意义 图线上每一个点表示气体一个确定的状态 同一根等压线上各状态的压强相同 不同压强下的等压线 斜率越大 压强越小 同一温度下 体积大的压强小 如图所示 2 1 小结 一定质量的气体在等容变化时 遵守查理定律 一定质量的气体在等压变化时 遵守盖 吕萨克定律 可写成或 可写成或 例题1某种气体在状态 时压强2 105pa 体积为1m3 温度为200k 1 它在等温过程中由状态a变为状态b 状态b的体积为2m3 求状态b的压强 2 随后 又由状态b在等容过程中变为状态c 状态c的温度为300k 求状态c的压强 解 1 气体由状态a变为状态b的过程遵从玻意耳定律 由pava pbvb pb 105pa 2 气体由状态b变为状态c的过程遵从查理定律 由pc 1 5 105pa 8 3 理想气体的状态方程 教学目标 知识与能力1 知识要求 1 初步理解 理想气体 的概念 2 掌握运用玻意耳定律和查理定律推导理想气体状态方程的过程 熟记理想气体状态方程的数学表达式 并能正确运用理想气体状态方程解答有关简单问题 3 熟记盖 吕萨克定律及数学表达式 并能正确用它来解答气体等压变化的有关问题 2 通过推导理想气体状态方程及由理想气体状态方程推导盖 吕萨克定律的过程 培养学生严密的逻辑思维能力 3 通过用实验验证盖 吕萨克定律的教学过程 使学生学会用实验来验证成正比关系的物理定律的一种方法 并对学生进行 实践是检验真理唯一的标准 的教育 重点 难点分析1 理想气体的状态方程是本节课的重点 因为它不仅是本节课的核心内容 还是中学阶段解答气体问题所遵循的最重要的规律之一 2 对 理想气体 这一概念的理解是本节课的一个难点 因为这一概念对中学生来讲十分抽象 而且在本节只能从宏观现象对 理想气体 给出初步概念定义 只有到后两节从微观的气体分子动理论方面才能对 理想气体 给予进一步的论述 另外在推导气体状态方程的过程中用状态参量来表示气体状态的变化也很抽象 学生理解上也有一定难度 教具1 气体定律实验器 烧杯 温度计等 一 理想气体 假设这样一种气体 它在任何温度和任何压强下都能严格地遵循气体实验定律 我们把这样的气体叫做 理想气体 理想气体具有以下特点 1 气体分子是一种没有内部结构 不占有体积的刚性质点 2 气体分子在运动过程中 除碰撞的瞬间外 分子之间以及分子和器壁之间都无相互作用力 3 分子之间和分子与器壁之间的碰撞 都是完全弹性碰撞 除碰撞以外 分子的运动是匀速直线运动 各个方向的运动机会均等 理想气体是不存在的 在常温常压下 大多数实际气体 尤其是那些不易液化的气体都可以近似地看成理想气体 在温度不低于负几十摄氏度 压强不超过大气压的几倍时 很多气体都可当成理想气体来处理 理想气体的内能仅由温度和分子总数决定 与气体的体积无关 二 推导理想气体状态方程 对于一定质量的理想气体的状态可用三个状态参量p v t来描述 且知道这三个状态参量中只有一个变而另外两个参量保持不变的情况是不会发生的 换句话说 若其中任意两个参量确定之后 第三个参量一定有唯一确定的值 它们共同表征一定质量理想气体的唯一确定的一个状态 假定一定质量的理想气体在开始状态时各状态参量为 p1 v1 t1 经过某变化过程 到末状态时各状态参量变为 p2 v2 t2 这中间的变化过程可以是各种各样的 假设有两种过程 第一种 从 p1 v1 t1 先等温并使其体积变为v2 压强随之变为pc 此中间状态为 pc v2 t1 再等容并使其温度变为t2 则其压强一定变为p2 则末状态 p2 v2 t2 第二种 从 p1 v1 t1 先等容并使其温度变为t2 则压强随之变为p c 此中间状态为 p c v1 t2 再等温并使其体积变为v2 则压强也一定变为p2 也到末状态 p2 v2 t2 根据玻意耳定律和查理定律 分别按两种过程 自己推导理想气体状态过程 即要求找出p1 v1 t1与p2 v2 t2间的等量关系 三 理想气体的状态方程 一定质量的理想气体的压强 体积的乘积与热力学温度的比值是一个常数 使用条件 一定质量的某种理想气体 恒量由两个因素决定 1 理想气体的质量 2 理想气体的种类 气体的物质的量决定 不同种类的理想气体 具有相同的状态 同时具有相同的物质的量 这个恒量就相同 例题一 见课本p 29 例题二 一水银气压计中混进了空气 因而在27 外界大气压为758毫米汞柱时 这个水银气压计的读数为738毫米汞柱 此时管中水银面距管顶80毫米 当温度降至 3 时 这个气压计的读数为743毫米汞柱 求此时的实际大气压值为多少毫米汞柱 引导学生按以下步骤解答此题 1 该题研究对象是什么 混入水银气压计中的空气 2 画出该题两个状态的示意图 3 分别写出两个状态的状态参量 p1 758 738 20mmhgv1 80smm3 s是管的横截面积 t1 273 27 300kp2 p 743mmhgv2 738 80 s 743s 75smm3 t2 273 3 270k 解得p 762 2mmhg 8 4 气体热现象的微观意义 教学目标 知识与能力1 在物理知识方面的要求 1 能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义 并能知道气体的压强 温度 体积与所对应的微观物理量间的相关联系 2 能用气体分子动理论解释三个气体实验定律 2 通过让学生用气体分子动理论解释有关的宏观物理现象 培养学生的微观想像能力和逻辑推理能力 并渗透 统计物理 的思维方法 3 通过对宏观物理现象与微观粒子运动规律的分析 对学生渗透 透过现象看本质 的哲学思维方法 重点 难点分析1 用气体分子动理论来解释气体实验定律是本节课的重点 它是本节课的核心内容 2 气体压强的微观意义是本节课的难点 因为它需要学生对微观粒子复杂的运动状态有丰富的想像力 教具计算机控制的大屏幕显示仪 自制的显示气体压强微观解释的计算机软件 一 气体分子运动的特点 1 气体间的距离较大 分子间的相互作用力十分微弱 可以认为气体分子除相互碰撞及与器壁碰撞外不受力作用 每个分子都可以在空间自由移动 一定质量的气体的分子可以充满整个容器空间 无一定的形状和体积 2 分子间的碰撞频繁 这些碰撞及气体分子与器壁的碰撞都可看成是完全弹性碰撞 气体通过这种碰撞可传递能量 其中任何一个分子运动方向和速率大小都是不断变化的 这就是杂乱无章的气体分子热运动 3 从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等 因此对大量分子而言 在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的 4 大量气体分子的速率是按一定规律分布 呈 中间多 两头少 的分布规律 且这个分布状态与温度有关 温度升高时 平均速率会增大 二 气体压强微观解释 1 气体压强是大量分子频繁的碰撞容器壁而产生的 2 影响气体压强的两个因素 1 气体分子的平均动能 从宏观上看由气体的温度决定 对确定的气体而言 温度与分子运动的平均速率有关 温度越高 反映气体分子热运动的平均速率越大 2 单位体积内的分子数 分子密度 从宏观上看由气体的体积决定 对确定的一定质量的理想气体而言 分子总数n是一定的 当体积增大时 分子密度减小 三 用气体分子动理论解释实验三定律 1 解释玻意耳定律 一定质量 m 的理想气体 其分子总数 n 是一个定值 当温度 t 保持不变时 则分子的平均速率 v 也保持不变 当其体积 v 增大几倍时 则单位体积内的分子数 n 变为原来的几分之一 因此气体的压强也减为原来的几分之一 反之若体积减小为原来的几分之一