41气体实验定律学案5(鲁科版选修3

1、课标解读重点难点1. 知道描述气体状态的三个物理量.2. 掌握控制变量法探究气体实验定律.3. 会从图象上描述气体的状态变化.4. 掌握运用气体实验定律解题的基本思路.1. 描述气体的三个状态参量.（重点）2. 三个气体实验定律的条件、方法、应用.（重点）3. 分析处理实验数据.（难点）4. 学会用图象分析问题.（难点）斯自主导学第1节气体实验定律玻意耳定律1. 基本知识（1）状态参量研究气体的性质时，常用气体的压强、温度和体积描述气体的状态（2）探究方法控制变量法，控制其中1个量不变,研究另外2个量之间的变化关系（3）等温变化一定质量的气体,在温度保持不变的条件下，压强和体积的关系.探究等温

2、变化的规律实验装置（如图4-1-1所示）自主学 习| 乂 Ia.b.a.研究对象：针筒内被封闭的气体.气体初态压强和体积：从气压计上直接读出气体压强 实验方法缓慢地向前推或向后拉活塞 （保持气体温度不变）待气压计示数稳定后，记下气体的压强;从针筒刻度直接读岀气体体积.（）和体积.b.按步骤a中的方法，测岀几组对应的压强和体积值 处理数据：做，一机象. 探究结果：压强与体积成反比.（5）玻意耳定律 内容：一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，压强与体积成反比 公式：,8 土也可写作 矿2或”=恒量. 条件：气体的质量一定，温度保持不变(6)气体等温变化的图象(即等温线) 图象(如图4 1 2所

3、示)p-V图象上等温线应4-1-2 特点：一定质量的气体在温度不变时，由于压强与体积成反比，在为双曲线，在 p玄图象上等温线应为过原点的直线.2. 思考判断(1) 玻意耳定律的成立条件是一定质量的气体，温度保持不变.()(2) 气体的三个状态参量是指压强、温度和体积.(J)(3) 在P-V图象上，等温线为直线.(X)3. 探究交流处理实验数据时，为什么不直接画P-V图象，而是画 p 一$图象？【提示】P-V图象是曲线，不易直接判定气体的压强和体积的关系.而，-%图象是 直线，很容易判定其关系查理定律1 .基本知识等容变化一定质量的气体，在体积不变时，压强和温度的关系(2)探究等容变化的规律 实

4、验装置(如图4 1 3所示)a. 研究对象：烧瓶内被封闭的气体 .b. 压强和温度：从气压计上读出气体的压强，从温度计上读出气体的温度 实验方法a. 加热烧杯，待气压计示数稳定后，记下气体的压强和温度-b. 按步骤a的方法继续做实验，测岀几组对应的压强和温度值c. 处理数据，作pT图象. 探究结果：压强与热力学温度成正比(3)查理定律 内容：一定质量的气体，在体积保持不变的条件下，压强与热力学温度成正比 公式：BZ或祭=号.1 ,2条件：气体的质量一定，体积保持不变.热力学温度T鱼位是开尔文，简称为开，符号为 K.与摄氏温度r的关系：T=t+m.2.思考判断(1)在体积不变的条件下，压强与热力

5、学温度成正比.(X)热力学温度 7=f+273,且Ar=Af.(V)(3)定质量的气体，压强与摄氏度成正比.(X)3.探究交流如果横轴用摄氏温度，则等容变化的p f图象是怎样的?【提示】根据 T=t + 273 ,p = CT=C(t +273)但不通过坐标原点.当p = OH寸，t= - 273 C ,故p - /图 象为直盖？吕萨克定律1.基本知识(1) 等压变化一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积和温度的关系(2)探究等压变化的规律实验装置(如图4-1-4所示)温度计搅拌器图 4-1-4a. 研究对象：毛细管中被水银柱封闭的气体.b. 体积和温度：从温度计上直接读岀气体的温度，用空气

6、柱的长度表示气体的体积(毛细管的截面积不变)，由刻度尺直接读出. 实验方法a. 加热烧杯，待温度计示数稳定后，记下气体的温度和体积 .b. 按步骤a的方法继续做实验，求岀几组对应的温度和体积 .c. 处理数据，作V-T图象. 探究结果体积与热力学温度成正比.(3) 盖？吕萨克定律 内容：一定质量的气体，在压强保持不变的条件下，体积与热力学温度成正比. 公式:心丁或奈=号. 条件：气体的质量一定，压强保持不变 .(4) 理想气体的状态方程 实验定律的成立条件：压强不太大、温度不太低. 三个参量都变化时的关系：罕=62. 思考判断(1) 一定质量的气体，若压强保持不变，则体积与热力学温度成正比.(

7、J)(2) 定质量的气体，若压强和体积保持不变，温度可能会发生变化.(X)3. 探究交流等压线的斜率大小与气体体积大小之间有怎样的对应关系?V- 7坐标系中得到的是通 过坐标【提示】一定质量的气体在不同压强下做等压变化时，在 原点的一倾斜直线，直线的斜率越大，压强越小祥专互动探究被疑欢师生互动权.“知舵”封闭气体压强的计算方法【问题导思】1. 如何确定玻璃管内气体的压强？2. 如何确定气缸内气体的压强？1. 玻璃管水银柱模型(1) 直玻璃管中水银柱封闭气体的压强:设气体压强为 P，大气压强为po,水银柱长为Nh,则Ah團4-1-5p二肌+ hhp二问卩=內_酗形中封闭气体的压强图 4-1-6?

8、p=po+Ah ?p=pcAh2. 气缸活塞模型设活塞质量为乙重力加速度为g,活塞面积为S,气缸质量为则?P=POA图 4-1-7?P = P)+A(3) 气缸在光滑水平面上图 4-1-8F=(M+m)aFp-SmaMFp=(M+m)S特别提醒1 .水银柱和气缸静止时，用“平衡法”确定压强，水银柱和气缸有加速度时，用牛顿第二定律确定.2 在连通器中，同一种液体（中间液体不间断）的同一水平液面上的压强相等试求甲、乙、丙中各封闭气体的压强,1、P2、，3、P4.（已知大气压为Po,液体的度为P,其他已知条件标于图4-1-9坦均处于静止状态）甲乙图 4-1-9【审题指导】选取研究对象-受力分析一确定

9、封闭气体压强【解析】 法一由于各液体都处于平衡状态，对于密闭气体的压强，可用平衡条件进行求解.这类题常以封闭气体的液柱或固体为研究对象，封闭气体液柱受到内外气体压力和自身重力相平衡.图甲以液柱为对象，液柱受 3个力，即液柱受重力mg.上液面受到密闭气体向下的压力 piS、下液面受到大气向上的压力poS ,其中S是液柱的横截面积是液柱的质量（m = phS）.由平衡条件得 poS = piS + mg+ phSg则 P =Po - pgh.法二 以甲图中液柱的下液面为研究对象，因液柱静止不动，液面上下两侧的压强应相等.该液面下侧面受到大气向上的压强po,上侧面受到向下的两个压强，一是液柱因自身重

10、力产生的向下压强 g/7 ,另一是密闭气体压强列，被液体大小不变地传到下液面上，所以下液面的上侧面受到向下的压强为 pi+phg ,根据液面两侧压强相等可得Po Pi + pgh即，i = Po - Pgh同理可得乙图 P2 =Po + pgh丙图 P3 APo+pghi , 04 =P3 - pghz=Po - fl2 ）.【答案】甲图：Pi=Po pgh;乙图：P2=po+pgh;丙图：P3=Po+pgh, P4=popg（ h h?）.规律忌站 静止或匀速运动系统中压强的计算方法1. 参考液片法：选取假想的液体薄片（自身重力不计）为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程消去面积，得

11、到液片两侧压强相等，进而求得气体压强2 .平衡法：选与封闭气体接触的液柱（或活塞、气缸）为研究对象进行受力分析，由尸合=0列等式求气体压强.图 4 1 101. 如图4-1-10所示，一个壁厚可以不计、质量为M的气缸放在光滑的水平地面上，活塞的质量为m,面积为S,内部封有一定质量的气体 .活塞不漏气，摩擦不计，外界大气压强为po.若在活塞上加一水平向左的恒力F （不考虑气体温度的变化），求气缸和活塞以共同加速度运动时，缸内气体的压强多大？【解析】设稳定时气体和活塞共同以加速度a向左做匀加速运动，这时缸内气体的压强为p,由牛顿第二定律列方程气缸：pS - p0S = Ma ,活塞：古+ poS

12、- pS = ma，F将上述两式相加，可得系统加速度。二土7m + M将其代入式，化简即得封闭气体的压强为M FMFP =0 + SXM+mPo + (M+m)S,.MF【口 茶】Po+(M+m)s寐;究4正确理解气体实验三定律【问题导思】1. 气体实验定律具体内容是什么?2. 气体实验定律解题思路？1.定律玻意耳定律查理定律盖？吕萨克定律成立疋质量的气体，温度一定质量的气体，体积定质量的气体，压强条件不变不变不变内容 表述压强与体积成反比压强与热力学温度成正比体积与热力学温度成正比表达式，1， 1=P2A2 或 =虫或JT、 tatVi V 2AV L= m/ =TAT2. 应用气体实验定律

13、解题的一般步骤(1) 确定研究对象，即被圭寸闭的一定质量的气体(2) 分析气体状态变化过程中，哪一个物理量不变(3) 确定初、末状态的另外两个物理量(4) 选择合适的气体实验定律列方程求解(注意单位统一).(5) 注意分析题中隐含的已知条件，必要时结合其他知识列辅助方程(6) 分析验证所得的结果是否合理.特别提醒对一定质量的气体，三个量中至少有两个发生变化，气体的状态才发生变化；在三个量中不可能发生有两个量不变，而第三个量发生变化的情况例(2013?咸阳高二检测)一气象探测气球，在充有压强为 1.00 atm(即76.0cmHg)、 温度 为27.0 C的氢气时，体积为 3.50m3.在上升至

14、海拔 6.50 km高空的过程中，气球内氮气逐渐减小到此高度上的大气压 36.0 cmHg,气球内部因启动一持续加热过程而维持其温度不变.此后停止加热，保持高度不变.已知在这一海拔高度气温为一 48.0 C.求：(1) 氮气在停止加热前的体积；(2) 氮气在停止加热较长一段时间后的体积【审题指导I明确研究对象I-I明确不变量1-1选择定律列方程-I求解【解析】(1)在气球上升至海拔 6.50 km高空的过程中，气球内氨气经历一等温过程.根据玻意耳定律有 pxV=p2V2式中pi = 76.0 cmHg , Vi = 3.50 m3 , = 36.0 cmHg ,是在此等温过程末氨气的体积.由式

15、得A=7.39 n?在停止加热较长一段时间后，氨气的温度逐渐从Ti = 300 K下降到与外界气体温度相同，即0 = 225 K .这是一等压过程，根据盖？吕萨克定律有专=专式中，丫 3是在此等压过程末氨气的体积.由式得V3 = 5.54 m3【答案】(1)7.39 m3 (2)5.54 m 3规律忌结气体做等温变化时的分析方法1. 选取一定质量的气体为研究对象2. 确定气体的温度是否保持不变3 .确定气体的初、末状态的压强和体积.4. 根据玻意耳定律列方程求解.5 .注意初、末状态气体的状态参量的单位统一迁移应也2. 容积为2 L的烧瓶，在压强为I.OX 10 5 Pa时，用塞子塞住瓶口，此

16、时温度为27 当把它加热到127 时，塞子被弹开了，稍过一会儿，重新把塞子塞好，停止加热并使它逐渐降温到27 ,求：(1) 塞子弹开前的最大压强；(2) 27 C时剩余空气的压强.【解析】塞子弹开前，瓶内气体的状态变化为等容变化.塞子打开后，瓶内有部分气体会逸出，此后应选择瓶中剩余气体为研究对象，再利用查理定律求解(1) 塞子打开前，选瓶中气体为研究对象：初态:=1.0X10 5 Pa，幻=(273 + 27) K = 300 K末态：P2=? 7A = (273 + 127) K = 400 K?宋T2P1400 X I.OX 10 55由查理 /E 律可侍 P2=a=- 液- PaeI.3

17、3XI (y Pa.(2) 塞子塞紧后，选瓶中剩余气体为研究对象：初态：P = l.OX 10 5 Pa , T/ =400K末态：。2 丄?丁 2 =300K?木 土,曰,Tg PI 3OOX1.OX1O 55由查理定律可得 P2=戒-Pa?0.75X 10 5 Pa.【答案】(I)1.33X 10 5 Pa (2)0.75X 10 5 Pa三应|气体实验定律的图象及应用【问题导思】1. 三个实验定律的图线各有什么特点？2. p f图线纵轴的截距意义是什么？1. 气体实验定律三种图线的对比定律变化过程冋一气体的两条图线图线特点1玻意耳定律等温变化C卜PV Ap(1) 在p-V图中是双曲线，远

18、离原点的等温线温度越高，即TT.(2) 在p人中是通过原点的倾斜直线，0，AB十由牛一 C得p y，斜率大T大,TTi.查理定律等容变化)ire A7KZ1-Vi盖？吕萨克定律等压变化273.15Pi(1)在pf图中是通过t轴上一 273.15 C的直线，由于在同一温度 (如0 C)下同一气体的压强大时， 体积小，所以羽.(2)在pT图中是通过原点的倾斜 直线，由罕=。得可见体积T大时斜率小，所以V,V2.(1)在T f图中是通过f轴上一 273.15 C的直线，由于在同一温度 (如0 C)下同一气体的体积大时， 压强小，所以 P1P2-在一 7图中是通过原点的倾斜 直线，由罕=C得可见压强

19、p大时斜率小，所以 pipi-2. 在解决气体实验定律图象之间的转换问题时，可才判断横、纵坐标是哪个物理量，明确图象的意义和特点，特别注意温度轴是T还是t.(2) 根据所给图象判断气体状态的变化属于哪种变化(3) 确定气体各状态的状态参量，画岀相应图象例一定质量的气体，在状态变化过程中的P图象如图4-1-11所示，在/状态时的体积为为，试画岀对应的F T图象和P-V图象.，P027i t图 4-1-11【审题指导】明确状态参量-确定坐标一思考图线形状【解析】对气体由 A-B，根据玻意耳定律有 poVo = 3pM，则Vb = AV o.对气体由3-C ,根据盖 ?吕萨克定律有毕=为，-c =

20、3办=Vo由此可知/、B。三点的状态参量分别为：-迁 |ui S.3. 如图4-1-12甲是一定质量的气体由状态幺经过状态B变为状态C的T T图象.已 知气体在状态/时的压强是1.5X10 5 Pa.(1) 说岀A-B过程中压强变化的情形，并根据图象提供的信息，计算图中儿的温度值；(2) 请在图乙坐标系中，作岀由状态/经过状态3变化状态C的p T图象，并在图线相应位置上标岀字母/、B、C.如果需要计算才能确定有关坐标值，请写岀计算过程图 4-1-12压变化过【解析】(1)由图甲可以看岀，/与3的连线的延长线过原点0,所以A-B是一个等程，即 PA PB-根据盖一吕萨克定律可得：导=导，所以 7

21、A=% =杯X300K = 200 K.V B U.0(2)由图甲可知，由 B-C是等容变化，根据查理定律得：斧窄,所以PC = APB400 _4=300 PB = 3PS=|xi.5X10 5Pa=2.0X10 5 Pa ,则可画岀由状态 AAB-C的p-7图象如图所示【答案】（1）200 K见解析_气体状态参慣 汨度（丁） 体积S压强（P）气体实验定律_玻童耳定律 He等温变化）J杏理定律 （等容变化）盖-吕萨克定律第压变化）|卩一丁图象【备课资源】（教师用书独具）玻意耳玻意耳（1627-1691 ）是英国物理学家、化学豪，1627年1月25日生于爱尔兰的利斯莫尔.他在幼年时就显示岀惊人

22、的记忆力和语言才能.他八岁在伊顿公学读书，以后在瑞士、法国、意大利学习.1654年到牛津大学后开始从事系统的物理和化学的研究工作，积极参加了英国皇家学会的创建活动，1680年被选为皇家学会会长 .1691年12月30日在伦敦逝世.玻意耳曾在牛津大学建立了一个实验室，并在1659年利用胡克研制成的真空泵，开始对空气的性质进行研究，做了许多实验.他在助手的协助下，对一端封闭的弯管内气体体积随压强的变化做了实验研究，发现了气体体积与压强的反比关系，这是在力学运动以外的第一个自然定律.他于1662年发表了关于空气的弹性与重量学说的答辩一书，在书中介绍了他做的实验.1676年，法国物理学家马略特也独立总

23、结岀在温度恒定时气体的压强与体积成反比的定律，他的工作虽然比玻意耳晚14年，但在表述上更完整 .玻意耳在物理学上的成就还有：主张热是分子的运动，首先提出色光是白光的变种，观察到静电感应现象，指出化学发光现象是冷光等玻意耳是近代化学的开拓者之一.他主张物质的微粒学说，提出了接近于近代的化学元素的概念,区分了化合物和混合物.玻意耳强调实验的重要意义.他研究的面很广，在流体静力学、热学、声学、医学、生物学、生理学等方面也做过许多实验，为以后实验物理学的发展作出了贡献.当登双基达标 随主妹生生互动达双标夸胃订1 . 一定质量的气体发生等温变化时，若体积增大为原来的倍，则压强变为原来的（）?1 2A.

24、2 B. C.-D-;【解析】根据玻意耳定律 pV量，可知C正确.【答案】C图 4-1-132.如图4-1-13所示为一定质量的气体在不同温度下的两条一凋线.由图可知 （）A. 一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成正比B. 一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成反比C. TlT2D. TiT2【解析】一定质量的气体温度不变时,pV=常量，所以其p - 图线是过原点的直线,A错误,B正确；对同一部分气体来说，体积相同时，温度越高，压强越大，所以幻【答案】BD () X7.2 XS解得,0 = 75 cmHg.(2) 细玻璃管开口向上，则pj pg + A/z.JJI pV _

25、i2iZi (75-21)X101 技 P3 =75 + 21 cm = 5.625 cm【答案】(1)75 cmHg (2)5.625 cm10. 一定质量的气体，27。时体积为1.0X102m3,在压强不变的情况下，温度升高到100 C时体积为多少？【解析】初状态=1.0X10 2m3 ,Ti = (27 + 273)K = 300 K末状态：V, , 72 = (100 + 273)K = 373 KKT =* 人-|TXx l.OX 10 2m3A1.24X 10 2m3.2 1Ti 300【答案】1.24X10 2m311. （ 2010?上海商考）图 4 1 17如图4-1-17，