高中物理选修《气体的等容变化和等压变化》教学设计1

第2节气体的等容变化和等压变化新课标要求知识与技能过程与方法情感、态度和价值观1．知道什么是气体的等容变化过程；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；知道查理定律的适用条件。2．知道什么是气体的等压变化过程；掌握盖-吕萨克定律的内容、数学表达式；理解V-T图象的物理意义。根据查理定律和盖－吕萨克定律的内容理解p-T图象和V-T图象的物理意义1．培养运用图象这种数学语言表达物理规律的能力。2．领悟物理探索的基本思路，培养科学的价值观。教材分析与方法教学重点教学难点教学方法教学用具1．查理定律的内容、数学表达式及适用条件。2．盖-吕萨克定律的内容、数学表达式及适用条件。对p-T图象和V-T图象的物理意义的理解讲授法、电教法投影仪、多媒体复习预习引入教师活动学生活动玻意耳定律的内容和公式是什么？应用玻意耳定律求解问题的基本思路是什么？那么，当气体的体积保持不变时，气体的压强与温度的关系是怎样的呢？若气体的压强保持不变时，气体的体积与温度的关系又是怎样的呢？这节课我们学习气体的等容变化和等压变化。1.一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比。即常量或2.首先确定研究对象（一定质量的气体，温度不变），然后确定气体在两个不同状态下的压强和体积、，、，最后根据定律列式求解。知识探究过程一、气体的等容变化演示实验：滴液瓶中装有干燥的空气，用涂有少量润滑油的橡皮塞盖住瓶口，把瓶子放入热水中，会看到塞子飞出；把瓶子放在冰水混合物中，拔掉塞子时会比平时费力。问题分析：（1）实验说明了怎样的道理？这个实验告诉我们：一定质量的气体，保持体积不变，当温度升高时，气体的压强增大；当温度降低时，气体的压强减小。（2）一定质量的气体在体积不变时，压强随温度的变化叫做等容变化。在等容变化过程中，压强和温度有何定量关系呢？法国科学家查理通过实验发现，当气体的体积一定时，各种气体的压强与温度之间都有线性关系。我们把它叫做查理定律。总结规律：1.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。即2.公式：（C是比例常数）或3.注意：（1）上述规律，必须满足“一定质量的气体”。、、、分别表示气体在两个不同状态下的压强和热力学温度。（2）等容过程的图象：一定质量的气体，在等容过程中压强p与热力学温度T成正比，p-T图线为过原点的直线。等容过程的p-T图象称为等容线。二、气体的等压变化1.等压变化：一定质量的气体在压强不变时，体积随温度的变化叫做等压变化。2.盖－吕萨克定律：法国科学家盖－吕萨克通过实验发现，当气体的压强一定时，各种气体的体积与温度之间都有线性关系。我们把它叫做盖－吕萨克定律。（1）内容：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T成正比。（2）公式：（C是比例常数）或（3）注意：eq\o\ac(○,1)上述规律，必须满足“一定质量的气体”。、、、分别表示气体在两个不同状态下的体积和热力学温度。eq\o\ac(○,2)等压过程的图象：一定质量的气体，在等压过程中体积V与热力学温度T成正比，V-T图线为过原点的直线。等压过程的V-T图象称为等压线。能力创新思维例1．某个汽缸中有活塞封闭了一定质量的空气，它从状态A变化到状态B,其压强p和温度T的关系如图所示，则它的体积（）A．增大B.减小C.保持不变D.无法判断解析:由图可知,气体从A变化到B的过程中，AB连线过坐标原点，即压强p与热力学温度T成正比，所以是等容变化，体积一定保持不变。本题正确选项是:C。拓展：物理学中可以用图象来分析研究物理过程中物理量的变化关系,也可以用图象来描述物理量的变化关系,也就是说图象可以作为一种表达方式,本题中的图象给了我们信息,要学会从图中寻找已知条件.若p-T图象如图所示，则表明气体做等压变化，根据盖·吕萨克定律，气体压强不变时，温度升高，体积增大。答案为A。例2如图所示，有一根足够长的上端开口的玻璃细管，玻璃管中用h=10cm的水银柱封闭了一段气体，当温度为27℃时，气体的长度为l=20cm。现给气体加热，使水银柱上升5cm，求此时玻璃管中气体的温度。（设大气压强p0=76cmHg）解析：根据题意，玻璃管中的气体做等压变化。初状态：其中s为玻璃管横截面积根据盖·吕萨克定律有：，代入数据解得：T2=375K，即102℃拓展：确定研究对象，然后分析这部分气体状态变化的过程，确定变化过程的初、末状态参量，根据气体状态变化选择适当的定律建立各参量间的关系是解决有关气体状态变化问题的基本思路。若加热的同时不断注入水银，使气体的长度l保持不变，则温度上升到375K的过程中需要注入多少高度的水银？解析：此过程为等容变化。初状态：末状态：T2=375K根据查理定律有：，代入数据解得：h1=21.5cm例3．如图所示，两个容器A和B容积不同，内部装有气体，其间用细管相连，管中有一小段水银柱将两部分气体隔开。当A中气体温度为tA=27℃，B中气体温度为tB=7℃时，水银柱恰好在管的中央静止。若对两部分气体加热，使它们的温度都升高10℃，则水银柱是否移动？若要移动的话，将向哪个方向移动？解析：本题涉及到两部分气体，水银柱的移动由两部分气体的压强差决定。可以先假设水银柱不动，A、B两部分气体都做等容变化，分别研究它们的压强变化。对A有：得：（1）对B有：得：（2）比较（1）、（2）PA=PB，所以，水银柱向A侧移动拓展：如图两端封闭竖直放置的细管中有一段水银柱，将管中空气分隔成两部分，两部分气体温度相同，水银柱静止。现保持细管竖直，使两部分空气同时升高相同的温度。问：细管中的水银柱如何移动？解析：本题也可以假设水银柱不动，两部分气体都做等容变化，对A有：得：（1）对B有：得：（2）比较（1）、（2），，所以：，水银柱将向上移动。例4：一个敞口的瓶子，放在空气中，气温为27℃。现对瓶子加热，由于瓶子中空气受热膨胀，一部分空气被排出。当瓶子中空气温度上升到57℃时，瓶中剩余空气的质量是原来的几分之几？解析：本题看起来瓶子中空气的质量是变化的，但如果把排出瓶子外的气体一起考虑，仍然是一定质量的问题，仍可用气体定律求解。如图所示：过程中由于瓶子一直敞口，空气的压强不变。设瓶子的容积v0，加热后排出的空气体积为v，则：T1=27+273=300K，v1=v0；T2=57+273=330K，v2=v0+v根据等压变化盖·吕萨克定律有：，代入数据解得：，所以剩余在瓶子里的空气质量为原来的。能力提升训练课堂练习1．对于一定质量的气体，下列说法中正确的是（）A．如果保持温度不变，则体积越小，压强越大B．如果保持体积不变，则温度越高，压强越大C．如果保持压强不变，则体积越小，温度越高D．如果保持温度不变，则体积越小，内能越多2．封闭在贮气瓶中的某种气体,当温度升高时,下列说法中正确的是(容器的膨胀忽略不计)()A．密度不变,压强增大B.密度不变,压强减小C.压强不变,密度增大D.压强不变,密度减小3．如图所示，在气缸中用活塞封闭一定质量的气体，活塞与缸壁间的摩擦不计，且不漏气，将活塞用绳子悬挂在天花板上，使气缸悬空静止。若大气压不变，温度降低到某一值，则此时与原来相比较（）A．绳子张力不变B．缸内气体压强变小C．绳子张力变大D．缸内气体体积变小4．如图所示，用橡皮帽堵住注射器前端的小孔,用活塞封闭了一部分空气在注射器中,当把注射器竖直放入热水中后，不计摩擦，下列说法中正确的是A．气体压强不变B．气体温度升高C．气体压强增大D．活塞将向上移动5．下列各图中，p表示压强，v表示体积，T表示热力学温度，t表示摄氏温度，各图中正确描述一定质量气体等压变化规律的是（）6．如图所示，ac和bd为两条双曲线，是一定质量的同种理想气体的两条等温线，过（0，p1）点作横轴的平行线，过（V1，0）点作纵轴的平行线，与图线交于a，b，c，d四点，已知线段∶＝1∶2，则：（）A．Ta=3TbB．Tb=3TaC．Pd=3PcD．va=3vb7．家用白炽灯泡中充有氩气，设灯泡发光工作时灯泡中气体的平均温度为137℃，且灯泡中气压超过1.2大气压灯泡将炸裂，则常温下（可视作27课后练习水平放置，粗细均匀，两侧都封闭的细长玻璃管中，有一段水银柱将管中气体分为两部分如图所示，将玻璃管温度均匀升高的过程中，水银柱将（）向右移动B、向左移动始终不动D、以上三种情况都有可能如果左边气体温度比右边温度高，在此基础上两边升高相同的温度哪？灯泡内充有氮氩混合气体，如果要使灯泡内的混合气体在500℃时的压强不超过1atm，在20℃下充气，灯泡内气体的压强至多能充到多少？ACB如图所示，气缸Ａ中封闭有一定质量的气体，活塞B与A的接触是光滑的且不漏气，Ｂ上放一重物Ｃ，Ｂ与Ｃ的总量为Ｇ，大气压为Ｐ0。当气缸内气体温度是20℃时，活塞与气缸底部距离为h1；当气缸内气体温度是100ACB如图甲所示，是一定质量的气体由状态Ａ经过状态Ｂ变为状态Ｃ的Ｖ—Ｔ图象。已知气体在状态Ａ时的压强是１.５×１０５Ｐａ说出从Ａ到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ＴＡ的温度值。TABV/mTABV/m30.40.6O300400T/KAC0.5P/105PaT/K100200300400O1.51.02.0甲乙12．如图所示，圆管形容器抽成真空，顶板上拴一弹簧，弹簧下挂一活塞，活塞与器壁间摩擦不计，当活塞触及底部时，活塞的重力恰好跟弹簧的弹力平衡，给活塞下方充入温度为T1开的某种气体，气柱的高度为h米，若将气体温度升高到T2开时，气体的高度为h2=？(设整个过程弹簧均处于伸长状态)13．装在容器中的气体，体积为4×10-3m3，压强为2.0×105Pa，温度为300K。先让气体发生等容变化，压强增大为原来的2倍，然后让气体发生等温变化，压强又降低到原来的数值，求气体末状态时的体积和温度。14．有一真空容器，在温度为0℃时，容器内的气压为108帕。试估算该容器内1厘米3气体中的分子数。（估算取一位有效数字即可，1标准大气压=1×105帕，阿伏伽德罗常数N=6×1023摩1，标准状况下1摩尔气体的体积是22.4升）15．如图所示，盛水的烧杯固定在铁架台上，将带刻度的注射器中封闭一部分空气竖直地浸入盛在烧杯的水中，要使封闭着的空气始终没在水中，然后在