高三物理氣體壓強

1、氣體壓強、體積和溫度的關(guān)系一、教學目標1使學生明確理想氣體的狀態(tài)應由三個參量來決定，其中一個發(fā)生變化，至少還要有一個隨之變化，所以控制變量的方法是物理學研究問題的重要方法之2要求學生通過討論、分析，總結(jié)出決定氣體壓強的因素，重點掌握壓強的計算方法，使學生能夠靈活運用力學知識來解決熱學問題.二、教學重點、難點分析1. 一定質(zhì)量的某種理想氣體的狀態(tài)參量 p、V、T確定后，氣體的狀態(tài)便確定了， 在這里主要是氣體壓強的分析和計算是重點問題，在氣體實驗定律及運用氣態(tài)方程的解題過程中，多數(shù)的難點問題也是壓強的確定所以要求學生結(jié)合本專題的例題和同步練習，分析總結(jié)出一般性的解題方法和思路，使學生明確：壓強的分

2、析和計算，其實質(zhì)仍是力學問題，還是需要運用隔離法，進行受力分析，利用力學規(guī)律（如平衡）列方程求解2三個氣體實驗定律從實驗思想、內(nèi)容到解題的方法、步驟上均有很多相似之處，復習時不要全面鋪開，沒有重點應以玻- 馬定律為重點內(nèi)容，通過典型例題的分析，使學生學會抓共性，掌握一般的解題思路及方法，提高他們的科學素養(yǎng)三、教學過程設計（一）氣體的狀態(tài)參量一定質(zhì)量m的某種（摩爾質(zhì)量M一定）理想氣體可以用力學參量壓強（p）、 幾何參量體積（V）和熱學參量溫度（T）來描述它所處的狀態(tài)，當p、V T 一定 時， 氣體的狀態(tài)是確定的，當氣體狀態(tài)發(fā)生變化時，至少有兩個參量要發(fā)生變化1壓強（p）我們學過計算固彳壓強的公式

3、 p=F/S,計算液體由于自重產(chǎn)生的壓強用 p=p gh, 那么 （ 1） 對密閉在容器中的一定質(zhì)量的氣體的壓強能否用上述公式計算呢？（ 2）密閉氣體的壓強是如何產(chǎn)生的呢？和什么因素有關(guān)？（3）密閉氣體的壓強如何計算呢？通過下面的幾個例題來分析總結(jié)規(guī)律學生活動回答問題:1）不能(2)是由于大量的氣體分子頻繁的碰撞器壁而形成的，和單位時間內(nèi)、單 位面積上的分子的碰撞次數(shù)有關(guān)，次數(shù)越多，產(chǎn)生的壓強越大，而碰撞次數(shù)多， 需單位體積內(nèi)的分子數(shù)多，所以和單位體積內(nèi)的分子數(shù)有關(guān)；還和碰撞的強弱有 關(guān)，氣體的溫度越高，分子熱運動越劇烈，對器壁的撞擊越強.例1在一端封閉粗細均勻的豎直放置的 U形管內(nèi)，有密度為

4、p的液體封閉 著兩段氣柱A、B,大氣壓強為p0,各部分尺寸如圖2-1-1所示，求A B氣體的 壓強.圖 2-1-1學生討論例題1.讓學生在黑板上列出不同的解法，典型解法如下：解法1:取液柱h1為研究對象.設管的橫截面積為 S, h1受到向下的重力p gShi, A氣體向下的壓力pAS,大氣向上的壓力p0S,因為h1靜止，所以pAS+p gShi=poSpA=po- p gh1再取?柱h2為研究對象，由帕斯卡定律，h2上端受到A氣體通過液體傳遞過 來的向下的壓力pAS, B氣體向上的壓力pBS,液柱自身重力pgSh2,由于液柱靜 止，貝UpAS+p gSh2=pBSpB=p0- p gh1+ p

5、 gh2解法2：求pB時，由連通器的知識可知，同種液體在同一水平面上的壓強處 處相等，取同一水平面CD則pA=pBS- p gh2pB=p0- p gh1+ p gh2在教師的引導下同學們總結(jié)：（1）氣體自重產(chǎn)生的壓強很小，一般忽略不計；（2）對密閉氣體，帕斯卡定律仍適用；（3）當整個系統(tǒng)處于靜止或勻速運動中 時，氣體的壓強可以用力的平衡的方法求解， 也可以運用連通器的原理，找等壓 面的方法求解.例2如圖2-1-2所示，一圓形氣缸靜置于水平地面上，氣缸質(zhì)量為M活塞質(zhì)量為mi活塞面積為S,大氣壓強是po.現(xiàn)將活塞緩慢上提，求氣缸剛離開 地面時，氣缸內(nèi)氣體的壓強（不計摩擦）.此題涉及到活塞、氣缸、

6、密閉氣體，以誰為研究對象呢？活塞緩慢移動的含義是什么？ 氣缸剛離開地面是什么意思？對例題2學生討論大致有兩種觀點：1 .以活塞為研究對象，活塞受向上的外力 F、自身的重力mg大氣向下的 壓力poS、封閉氣體向上的壓力pS,因為活塞緩慢移動，所以可以認為活塞的每 個態(tài)均為平衡態(tài)，則 F+pS=mg+pS （1）F、p均是未知數(shù)，還需另立方程.再以整體為研究對象，受向上的外力F、自身的重力（M+m g、地面的支持力N.系統(tǒng)是否受大氣的壓力呢？討論結(jié)果：受，但是因為整個系統(tǒng)上下左右均受到大氣的 作用，所以分析受力時可不考慮.系統(tǒng)靜止，所以F+N=（M+m g當氣缸剛離開地面時，N=0,F=（M+m

7、g（2）將（2）代入（1）得 p=po-Mg/S2 .以氣缸為研究對象，氣缸受自身向下的重力 Mg封閉氣體向上的壓力pS、 地面的支持力N、大氣對氣缸底部向上的壓力 poS.（學生對氣缸上面是否受美 氣壓力產(chǎn)生疑問.經(jīng)過討論學生認識到氣缸上方和它作用的是封閉氣體，大氣是作用在活塞上的.）氣缸靜止，則Mg+pS=N+p oS當氣缸剛離開地面時，N=0,得 p=p0-Mg/S圖 2-1-3例3如圖2-1-3所示，粗細均勻開口向上的直玻璃管內(nèi)有一段長為 h、密 度為p的水銀柱，封閉了一段氣體，當整個裝置處于向下加速（加速度為 a）的 電梯中時，氣體的壓強是多少？若電梯向上加速呢？通過上面的三個例題，

8、請同學們歸納總結(jié)計算氣體壓強的一般思路和方法.學生解答例題3:以水銀柱為研究對象，受重力 pgSh大氣向下的壓力poS、 氣體向上的壓力pS,因為系統(tǒng)向下加速，由牛頓第二定律，p gSh+poS-pS=p Shap=po+ p （g-a） h討論：若a=g,即系統(tǒng)做自由落體運動時（完全失重），p=po同理，向下加速時， p=po+ p （g+a） h學生歸納一般解題思路：1 .確定研究對象：活塞、氣缸、液柱等.2 .進行正確的受力分析.3 .根據(jù)規(guī)律列方程，例如平衡條件、牛頓定律等.4 .解方程并對結(jié)果進行必要的討論.2 .體積（V）:氣體分子所能充滿的空間，若被裝入容器則氣體的體積=容器的容

9、積.3 .溫度（T）:溫標：一般有攝氏溫標和熱力學溫標，它們的關(guān)系是什么？T=t+273, -273 C=OK AT=At(二)氣體壓強、體積和溫度的關(guān)系提問：研究 氣體的三個參量的主要的思想是什么？答：控制變量的方法.對一定質(zhì)量的某種氣體，具狀態(tài)由 p、V、T三個參量 來決定，如果控制T不變，研究p-V間的關(guān)系；如果控制V不變，研究p-T間的 關(guān)系；如果控制p不變，研究V-T間的關(guān)系.1 .壓強和體積的關(guān)系(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變時，體積越大，壓強越??； 體積越小，壓強越大。(2)表達式：p oc1/v內(nèi)容是：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變時，壓強與體積成反比.微觀解釋：從

10、分子動理論的角度來說，氣體的壓強是大量氣體分子頻繁碰撞器壁的結(jié) 果。由于溫度不變，分子平均動能不變；體積減小，氣體分子密度增大，單位體積內(nèi)的分子 數(shù)越多，壓強就越大.2 .壓強和溫度的關(guān)系(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變時，溫度越高，壓強越大； 溫度越低，壓強越小。(2)表達式：pocT內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在壓強不變的情況下，它的體積和熱力學溫標成正 比.微觀解釋：從分子動理論的角度來說， 溫度越高，分子運動的平均分子動能越大，氣 體內(nèi)部壓強也就越大；反之，溫度越低， 分子運動的平均分子動能越小，氣體內(nèi)部的壓強也 就越小。3 .氣體壓強、體積和溫度的關(guān)系前面已經(jīng)學過，對于一定質(zhì)量的

11、理想氣體的狀態(tài)可用三個狀態(tài)參量p、V、T來描述，且知道這三個狀態(tài)參量中只有一個變而另外兩個參量保持不變的情況是 不會發(fā)生的。換句話說：若其中任意兩個參量確定之后， 第三個參量一定有唯一 確定的值。它們共同表征一定質(zhì)量理想氣體的唯一確定的一個狀態(tài)。根據(jù)這一思想，我們假定一定質(zhì)量的理想氣體在開始狀態(tài)時各狀態(tài)參量為(p Vi, Ti),經(jīng)過某變化過程，到末狀態(tài)時各狀態(tài)參量變?yōu)?p2, V2, T2),這中間的變化過 程可以是各種各樣的，現(xiàn)假設有兩種過程：第一種：從（pi, V, Ti）先等溫并使其體積變?yōu)?V,壓強隨之變?yōu)閜c,此中 問狀態(tài)為（佚，V, Ti）再等容并使其溫度變?yōu)槎?,則其壓強一定變?yōu)镻2,則末狀 態(tài)，V T2）。第二種：從（pi； Vi, Ti）先等容并使其溫度變?yōu)門2,則壓強隨之變?yōu)閜' c, 此中間狀態(tài)為（p' c, Vi, T2）,再等溫并使其體積變?yōu)閂則壓強也一定變?yōu)?p2,也到末狀態(tài)（p2, V, T2）,如投影片所示。（P1V1 =PcV2 Pl =_基本方法是工解聯(lián)立方程立或，一匕悄去中間狀上- T）M =p3V2態(tài)參量pc或p' c均可得到：pH p