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物理选择性必修 第三册第一节 气体实验定律（Ⅰ）教学课件ppt
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这是一份物理选择性必修 第三册第一节 气体实验定律（Ⅰ）教学课件ppt，共55页。PPT课件主要包含了课前•自主预习，注射器，橡胶塞，空气柱，压力表，刻度尺，微思考，pV＝c，p1V1＝p2V2，答案C等内容，欢迎下载使用。
①物理观念：通过对固体、液体和气体内容的学习，让学生了解固体、液体和气体的微观结构，完善学生对物质的认识，帮助学生形成相对完整、科学的物理观念．
②科学思维：能认识建构理想气体模型的必要性，能在一定条件下应用理想气体模型分析和研究实际气体的问题，能用等温、等压、等容的理想过程正确认识和分析现实生活中的气体状态变化．③科学探究：应通过观察生活现象和实验，探究气体等温、等压、等容变化过程中其他两个状态参量的变化规律，能选用合适的器材，获得数据；能分析数据，发现规律，形成结论．④科学态度与责任：能认识到固体、液体和气体知识在实际中的应用，能用气体实验定律解释生产、生活中的一些现象，解决一些实际问题．
本章重点 ①理解气体等温、等压、等容变化规律；②固体和液体的性质及微观结构．
本章难点 ①会用玻意耳定律、查理定律和盖吕萨克定律解决实际问题；②根据图像分析气体状态的变化；③学会用晶体的微观结构特点来解释晶体外形的规则性和物理性质的各向异性；④理解浸润和不浸润的概念，会分析其产生的原因．
第一节 气体实验定律(Ⅰ)
探究气体等温变化规律1．实验器材铁架台、________、________、压力表(气压计)等．注射器下端用橡胶塞密封，上端用活塞封闭一段空气柱，这段________是我们的研究对象．
2．数据收集空气柱的压强p由上方的________读出，体积V等于________读出的空气柱的长度l乘以空气柱的横截面积S．用手把活塞向下压或向上拉，读出体积与压强的几组值．
用注射器对封闭气体做等温变化实验，在改变封闭气体的体积时，为什么要缓慢进行？【答案】防止温度变化
在“探究气体等温变化规律”的实验中，下列四个因素对实验的准确性影响最小的是( )A．针筒封口处漏气B．采用横截面积较大的针筒C．针筒壁与活塞之间存在摩擦D．实验过程中用手去握针筒【答案】B
【解析】探究气体等温变化规律的实验前提是气体的质量和温度不变，针筒封口处漏气，则质量变小，用手握针筒，则温度升高，所以A、D错误；实验中我们只是测量空气柱的长度，不需测量针筒的横截面积，B正确；由于摩擦生热，会使气体温度升高，影响实验的准确性，C错误．
玻意耳定律1．内容一定质量的气体，在温度保持不变的情况下，其压强p与体积V成________．2．公式__________(常量)或______________．3．适用条件(1)气体质量不变、________不变．(2)气体温度不太低、压强不太大．
玻意耳定律适用于质量不变，温度不变的任何气体吗？【答案】还要压强不太大，温度不太低．
等温图像(p－V图像)1．等温过程气体在温度不变的情况下发生的状态变化过程．2．p－V图像等温变化中，一定质量气体的p－V图像为一条_________________，如图甲所示．
一定质量的气体，在p－V图像中，等温线上不同点与两坐标轴连线形成的不同矩形的面积有什么特点？【答案】相等．
(多选)如图所示为一定质量的气体在不同温度下的两条等温线，则下列说法正确的是 ( )A．从等温线可以看出，一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成反比
B．一定质量的气体，在不同温度下的等温线是不同的C．一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积的乘积越小D．由图可知T1＞T2
【答案】AB【解析】由等温线的物理意义可知，A、B正确；对于一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积乘积越大，等温线的位置越高，C、D错误．
一定质量的理想气体，在温度保持不变的情况下，压强p与V成反比，或压强p与体积V的乘积保持不变，即：pV＝常量．
例1 (1)在用注射器做“探究气体等温变化的规律”的实验中为了提高准确度，提出了如下几条措施：A．注射器必须竖直固定在铁架台上，活塞表面应抹上适量的润滑油B．实验时必须用手握住注射器以免晃动C．实验时让活塞缓慢移动，待活塞稳定后再读数D．计算时只需要将p、V单位分别统一，不必都化成国际制单位E．计算得到的p、V值可能保留多位小数其中不必要或不正确的是________．
(2)实验前，用适量的润滑油涂抹活塞，其目的是______________ ____________________________________________．检查润滑性的方法是______________________________________ ___________________________________________________________．检查气密性的方法是________________________________________ _____________________________________________________．
【答案】(1)B、E (2)密封和减小摩擦 拔去橡皮帽，注射器竖直放置时活塞自动下落 套上橡皮帽，封入一定量空气，拉压活塞释放后能自动复位【解析】实验时应保持温度不变，所以不能用手握住注射器．保留多个小数位数，误差会更大．
【答案】(1)在注射器活塞上涂一些润滑油 手不能握住注射器的封闭气体部分 缓慢推动活塞 (2)注射器与压强传感器连接处的气体体积
1．成立条件玻意耳定律p1V1＝p2V2是实验定律，只有在气体质量一定、温度不变的条件下才成立．2．理解玻意耳定律的数学表达式pV＝c中的常量c不是一个普适恒量，它与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该恒量c越大．
玻意耳定律的理解及应用
3．应用玻意耳定律的思路和方法(1)确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律成立的条件．(2)确定始末状态及状态参量(p1、V1；p2、V2)．(3)根据玻意耳定律列方程p1V1＝p2V2，代入数值求解(注意各状态参量要统一单位)．(4)注意分析题目中的隐含条件，必要时还应由力学或几何知识列出辅助方程．(5)有时要检验结果是否符合实际，对不符合实际的结果要删去．
例2 (2022年河北期末)水火箭可以演示反冲现象．如图所示，这是一个简易的水火箭，其容积V＝4 L，现装入V0＝1 L水后用一个打气筒给其充气．已知气筒每次能够将V0′＝0.5 L的一个大气压p0的空气打入其中，打气过程可以看成等温变化．
重力加速度大小g取10 m/s2，整个过程中不考虑火箭中水的蒸发．要使水火箭内的气压达到一个标准大气压的4倍，求需要打气的次数n．
【答案】n＝18【解析】设水火箭内气体体积为V1，则有V1＝V－V0，由玻意耳定律有p0(nV0′＋V1)＝4p0V1，解得n＝18．
变式2 (2022年上海师大附中检测)如图所示，一端开口，一端封闭的玻璃管，封闭端有一定质量的气体，开口端置于水银槽中，用弹簧测力计拉着玻璃试管而平衡，此时管内外水银面高度差为h1，弹簧测力计示数为F1，若在水银槽中缓慢地倒入部分水银，使槽内水银面升高一些，稳定后管内外水银面高度差为h2，弹簧测力计示数为F2，则 ( )A．h2＝h1, F2＝F1B．h2＜h1, F2＜F1C．h2＜h1, F2＞F1D．h2＞h1, F2＜F1【答案】B
【解析】管内气体压强为p＝p0－ρgh，测力计拉力为F＝G玻＋(p0－p)S，加入部分水银后，液面升高，h减小，p增大，F减小，即满足h2＜h1，F2＜F1，B正确．
应用玻意耳定律的注意事项1．压强的判断：应用玻意耳定律解题时，确定气体的压强是解题的关键，无论是液柱、活塞、汽缸，还是封闭在液面下的气柱，都不要忘记大气压强产生的影响．2．统一单位：列方程时，由于等式两边是对应的，因此各物理量的单位可以不是国际单位，但等式两边必须统一．例如，体积可以都用L，压强可以都用cmHg．
对气体等温变化的图像的理解
例3 (多选)如图所示是一定质量的某种气体状态变化的p－V图像，气体由状态A变化到状态B的过程中，下列关于气体的温度和分子平均速率的变化情况的说法，错误的是 ( )A．都一直保持不变B．温度先升高后降低C．温度先降低后升高D．平均速率先增大后减小【答案】AC
【解析】由图像可知，pAVA＝pBVB，所以A、B两状态的温度相等，在同一等温线上，可在p－V图上作出几条等温线，如图所示．由于离原点越远的等温线温度越高，所以从状态A到状态B温度应先升高后降低，分子平均速率先增大后减小．故A、C错误，B、D正确．
变式3 (多选)如图所示是一定质量的某气体状态变化的p－V图像，则下列说法正确的是( )A．气体做的是等温变化B．气体的压强从A到B一直减小C．气体的体积从A到B一直增大D．气体的三个状态参量一直都在变【答案】BCD
【解析】一定质量的气体的等温过程的p－V图像即等温线是双曲线中的一支，显然题图所示AB图线不是等温线，AB过程不是等温变化过程，A错误；从AB图线可知气体从A状态变为B状态的过程中，压强p在逐渐减小，体积V在不断增大，B、C正确；又因为该过程不是等温变化过程，所以气体的三个状态参量一直都在变化，D正确．
1．不同的等温线温度不同，越靠近原点的等温线温度越低，越远离原点的等温线温度越高．2．由不同等温线的分布情况可以判断温度的高低．
1．(多选)一定质量的气体，在等温变化的过程中，下列物理量一定不发生变化的是( )A．分子的平均速率B．单位体积内的分子数C．气体的压强D．分子总数【答案】AD【解析】由于气体等温变化，温度不变，分子的平均动能不变，分子的平均速率不发生变化，A正确；由于是针对一定质量的气体，所以气体的分子总数不变，D正确；在等温变化中，p和V在发生变化，单位体积内的分子数由于体积V的变化而变化，故B、C错误．
2．(2022年上海师大附中检测)如图所示，开口向下并插入水银槽中的粗细均匀的玻璃管内封闭着长为H的空气柱，管内水银柱高于水银槽h，若将玻璃管向右旋转一定的角度(管下端未离开槽内水银面)，环境温度保持不变，则H和h的变化情况为( )A．H减小，h增大 B．H增大，h减小C．H和h都增大 D．H和h都减小【答案】D
【解析】设大气压为p0，封闭气体压强p＝p0－ρgh，玻璃管偏离竖直方向一定角度，假设H不变，则水银柱的有效高度h变小，封闭气体压强变大，根据玻意耳定律可知，封闭气体体积减小，故水银柱会升高，即H要减小；同理假设h不变，则H会减小，根据玻意耳定律，封闭气体压强会增加，h也要减小；D正确，A、B、C错误．
3．(多选)如图所示是一定质量气体的两条等温线，则下列关于各状态温度的说法中正确的是(A、B、C、D为四种状态)( )A．tA＝tB B．tB＝tCC．tC＞tD D．tD＞tA【答案】AD【解析】根据图像的变化规律可知tC＝tD＞tA＝tB．故A、D正确．
4．如图，竖直放置、开口向下的试管内用水银封闭一段气体，若试管自由下落，则管内气体( )A．压强增大，体积增大B．压强增大，体积减小C．压强减小，体积增大D．压强减小，体积减小【答案】B【解析】试管竖直放置时，封闭的气体压强为p＝p0－ρgh；试管自由下落时，封闭的气体压强为p＝p0，根据玻意耳定律pV＝c，压强增大，则体积减小，故B正确．
5．(多选)如图所示，在一个恒温池中，一串串气泡由池底慢慢升到水面，有趣的是气泡在上升过程中，体积逐渐变大，下列对气泡内气体分子的描述正确的有( )A．气体分子的平均速率不变B．气体分子数密度增加C．气体分子数密度不变D．气体分子对气泡壁单位面积的平均作用力减小【答案】AD
【解析】在气泡缓慢浮起时，温度不变，而压强减小，气体分子对气泡壁单位面积的平均作用力减小，D正确．由玻意耳定律知，体积增大，所以分子数密度减小，B、C错误．温度不变时，分子的平均动能不变，A正确．
6．如图所示，在一根一端封闭且粗细均匀的长玻璃管中，用长为h＝10 cm的水银柱将管内一部分空气密封，当管开口向上竖直放置时，管内空气柱的长度L1＝0.3 m；若温度保持不变，玻璃管开口向下放置，水银没有溢出．待水银柱稳定后，空气柱的长度L2为多少？(大气压强p0＝76 cmHg，计算结果保留2位有效数字)
①物理观念：通过对固体、液体和气体内容的学习，让学生了解固体、液体和气体的微观结构，完善学生对物质的认识，帮助学生形成相对完整、科学的物理观念．
②科学思维：能认识建构理想气体模型的必要性，能在一定条件下应用理想气体模型分析和研究实际气体的问题，能用等温、等压、等容的理想过程正确认识和分析现实生活中的气体状态变化．③科学探究：应通过观察生活现象和实验，探究气体等温、等压、等容变化过程中其他两个状态参量的变化规律，能选用合适的器材，获得数据；能分析数据，发现规律，形成结论．④科学态度与责任：能认识到固体、液体和气体知识在实际中的应用，能用气体实验定律解释生产、生活中的一些现象，解决一些实际问题．
本章重点 ①理解气体等温、等压、等容变化规律；②固体和液体的性质及微观结构．
本章难点 ①会用玻意耳定律、查理定律和盖吕萨克定律解决实际问题；②根据图像分析气体状态的变化；③学会用晶体的微观结构特点来解释晶体外形的规则性和物理性质的各向异性；④理解浸润和不浸润的概念，会分析其产生的原因．
第一节 气体实验定律(Ⅰ)
探究气体等温变化规律1．实验器材铁架台、________、________、压力表(气压计)等．注射器下端用橡胶塞密封，上端用活塞封闭一段空气柱，这段________是我们的研究对象．
2．数据收集空气柱的压强p由上方的________读出，体积V等于________读出的空气柱的长度l乘以空气柱的横截面积S．用手把活塞向下压或向上拉，读出体积与压强的几组值．
用注射器对封闭气体做等温变化实验，在改变封闭气体的体积时，为什么要缓慢进行？【答案】防止温度变化
在“探究气体等温变化规律”的实验中，下列四个因素对实验的准确性影响最小的是( )A．针筒封口处漏气B．采用横截面积较大的针筒C．针筒壁与活塞之间存在摩擦D．实验过程中用手去握针筒【答案】B
【解析】探究气体等温变化规律的实验前提是气体的质量和温度不变，针筒封口处漏气，则质量变小，用手握针筒，则温度升高，所以A、D错误；实验中我们只是测量空气柱的长度，不需测量针筒的横截面积，B正确；由于摩擦生热，会使气体温度升高，影响实验的准确性，C错误．
玻意耳定律1．内容一定质量的气体，在温度保持不变的情况下，其压强p与体积V成________．2．公式__________(常量)或______________．3．适用条件(1)气体质量不变、________不变．(2)气体温度不太低、压强不太大．
玻意耳定律适用于质量不变，温度不变的任何气体吗？【答案】还要压强不太大，温度不太低．
等温图像(p－V图像)1．等温过程气体在温度不变的情况下发生的状态变化过程．2．p－V图像等温变化中，一定质量气体的p－V图像为一条_________________，如图甲所示．
一定质量的气体，在p－V图像中，等温线上不同点与两坐标轴连线形成的不同矩形的面积有什么特点？【答案】相等．
(多选)如图所示为一定质量的气体在不同温度下的两条等温线，则下列说法正确的是 ( )A．从等温线可以看出，一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成反比
B．一定质量的气体，在不同温度下的等温线是不同的C．一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积的乘积越小D．由图可知T1＞T2
【答案】AB【解析】由等温线的物理意义可知，A、B正确；对于一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积乘积越大，等温线的位置越高，C、D错误．
一定质量的理想气体，在温度保持不变的情况下，压强p与V成反比，或压强p与体积V的乘积保持不变，即：pV＝常量．
例1 (1)在用注射器做“探究气体等温变化的规律”的实验中为了提高准确度，提出了如下几条措施：A．注射器必须竖直固定在铁架台上，活塞表面应抹上适量的润滑油B．实验时必须用手握住注射器以免晃动C．实验时让活塞缓慢移动，待活塞稳定后再读数D．计算时只需要将p、V单位分别统一，不必都化成国际制单位E．计算得到的p、V值可能保留多位小数其中不必要或不正确的是________．
(2)实验前，用适量的润滑油涂抹活塞，其目的是______________ ____________________________________________．检查润滑性的方法是______________________________________ ___________________________________________________________．检查气密性的方法是________________________________________ _____________________________________________________．
【答案】(1)B、E (2)密封和减小摩擦 拔去橡皮帽，注射器竖直放置时活塞自动下落 套上橡皮帽，封入一定量空气，拉压活塞释放后能自动复位【解析】实验时应保持温度不变，所以不能用手握住注射器．保留多个小数位数，误差会更大．
【答案】(1)在注射器活塞上涂一些润滑油 手不能握住注射器的封闭气体部分 缓慢推动活塞 (2)注射器与压强传感器连接处的气体体积
1．成立条件玻意耳定律p1V1＝p2V2是实验定律，只有在气体质量一定、温度不变的条件下才成立．2．理解玻意耳定律的数学表达式pV＝c中的常量c不是一个普适恒量，它与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该恒量c越大．
玻意耳定律的理解及应用
3．应用玻意耳定律的思路和方法(1)确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律成立的条件．(2)确定始末状态及状态参量(p1、V1；p2、V2)．(3)根据玻意耳定律列方程p1V1＝p2V2，代入数值求解(注意各状态参量要统一单位)．(4)注意分析题目中的隐含条件，必要时还应由力学或几何知识列出辅助方程．(5)有时要检验结果是否符合实际，对不符合实际的结果要删去．
例2 (2022年河北期末)水火箭可以演示反冲现象．如图所示，这是一个简易的水火箭，其容积V＝4 L，现装入V0＝1 L水后用一个打气筒给其充气．已知气筒每次能够将V0′＝0.5 L的一个大气压p0的空气打入其中，打气过程可以看成等温变化．
重力加速度大小g取10 m/s2，整个过程中不考虑火箭中水的蒸发．要使水火箭内的气压达到一个标准大气压的4倍，求需要打气的次数n．
【答案】n＝18【解析】设水火箭内气体体积为V1，则有V1＝V－V0，由玻意耳定律有p0(nV0′＋V1)＝4p0V1，解得n＝18．
变式2 (2022年上海师大附中检测)如图所示，一端开口，一端封闭的玻璃管，封闭端有一定质量的气体，开口端置于水银槽中，用弹簧测力计拉着玻璃试管而平衡，此时管内外水银面高度差为h1，弹簧测力计示数为F1，若在水银槽中缓慢地倒入部分水银，使槽内水银面升高一些，稳定后管内外水银面高度差为h2，弹簧测力计示数为F2，则 ( )A．h2＝h1, F2＝F1B．h2＜h1, F2＜F1C．h2＜h1, F2＞F1D．h2＞h1, F2＜F1【答案】B
【解析】管内气体压强为p＝p0－ρgh，测力计拉力为F＝G玻＋(p0－p)S，加入部分水银后，液面升高，h减小，p增大，F减小，即满足h2＜h1，F2＜F1，B正确．
应用玻意耳定律的注意事项1．压强的判断：应用玻意耳定律解题时，确定气体的压强是解题的关键，无论是液柱、活塞、汽缸，还是封闭在液面下的气柱，都不要忘记大气压强产生的影响．2．统一单位：列方程时，由于等式两边是对应的，因此各物理量的单位可以不是国际单位，但等式两边必须统一．例如，体积可以都用L，压强可以都用cmHg．
对气体等温变化的图像的理解
例3 (多选)如图所示是一定质量的某种气体状态变化的p－V图像，气体由状态A变化到状态B的过程中，下列关于气体的温度和分子平均速率的变化情况的说法，错误的是 ( )A．都一直保持不变B．温度先升高后降低C．温度先降低后升高D．平均速率先增大后减小【答案】AC
【解析】由图像可知，pAVA＝pBVB，所以A、B两状态的温度相等，在同一等温线上，可在p－V图上作出几条等温线，如图所示．由于离原点越远的等温线温度越高，所以从状态A到状态B温度应先升高后降低，分子平均速率先增大后减小．故A、C错误，B、D正确．
变式3 (多选)如图所示是一定质量的某气体状态变化的p－V图像，则下列说法正确的是( )A．气体做的是等温变化B．气体的压强从A到B一直减小C．气体的体积从A到B一直增大D．气体的三个状态参量一直都在变【答案】BCD
【解析】一定质量的气体的等温过程的p－V图像即等温线是双曲线中的一支，显然题图所示AB图线不是等温线，AB过程不是等温变化过程，A错误；从AB图线可知气体从A状态变为B状态的过程中，压强p在逐渐减小，体积V在不断增大，B、C正确；又因为该过程不是等温变化过程，所以气体的三个状态参量一直都在变化，D正确．
1．不同的等温线温度不同，越靠近原点的等温线温度越低，越远离原点的等温线温度越高．2．由不同等温线的分布情况可以判断温度的高低．
1．(多选)一定质量的气体，在等温变化的过程中，下列物理量一定不发生变化的是( )A．分子的平均速率B．单位体积内的分子数C．气体的压强D．分子总数【答案】AD【解析】由于气体等温变化，温度不变，分子的平均动能不变，分子的平均速率不发生变化，A正确；由于是针对一定质量的气体，所以气体的分子总数不变，D正确；在等温变化中，p和V在发生变化，单位体积内的分子数由于体积V的变化而变化，故B、C错误．
2．(2022年上海师大附中检测)如图所示，开口向下并插入水银槽中的粗细均匀的玻璃管内封闭着长为H的空气柱，管内水银柱高于水银槽h，若将玻璃管向右旋转一定的角度(管下端未离开槽内水银面)，环境温度保持不变，则H和h的变化情况为( )A．H减小，h增大 B．H增大，h减小C．H和h都增大 D．H和h都减小【答案】D
【解析】设大气压为p0，封闭气体压强p＝p0－ρgh，玻璃管偏离竖直方向一定角度，假设H不变，则水银柱的有效高度h变小，封闭气体压强变大，根据玻意耳定律可知，封闭气体体积减小，故水银柱会升高，即H要减小；同理假设h不变，则H会减小，根据玻意耳定律，封闭气体压强会增加，h也要减小；D正确，A、B、C错误．
3．(多选)如图所示是一定质量气体的两条等温线，则下列关于各状态温度的说法中正确的是(A、B、C、D为四种状态)( )A．tA＝tB B．tB＝tCC．tC＞tD D．tD＞tA【答案】AD【解析】根据图像的变化规律可知tC＝tD＞tA＝tB．故A、D正确．
4．如图，竖直放置、开口向下的试管内用水银封闭一段气体，若试管自由下落，则管内气体( )A．压强增大，体积增大B．压强增大，体积减小C．压强减小，体积增大D．压强减小，体积减小【答案】B【解析】试管竖直放置时，封闭的气体压强为p＝p0－ρgh；试管自由下落时，封闭的气体压强为p＝p0，根据玻意耳定律pV＝c，压强增大，则体积减小，故B正确．
5．(多选)如图所示，在一个恒温池中，一串串气泡由池底慢慢升到水面，有趣的是气泡在上升过程中，体积逐渐变大，下列对气泡内气体分子的描述正确的有( )A．气体分子的平均速率不变B．气体分子数密度增加C．气体分子数密度不变D．气体分子对气泡壁单位面积的平均作用力减小【答案】AD
【解析】在气泡缓慢浮起时，温度不变，而压强减小，气体分子对气泡壁单位面积的平均作用力减小，D正确．由玻意耳定律知，体积增大，所以分子数密度减小，B、C错误．温度不变时，分子的平均动能不变，A正确．
6．如图所示，在一根一端封闭且粗细均匀的长玻璃管中，用长为h＝10 cm的水银柱将管内一部分空气密封，当管开口向上竖直放置时，管内空气柱的长度L1＝0.3 m；若温度保持不变，玻璃管开口向下放置，水银没有溢出．待水银柱稳定后，空气柱的长度L2为多少？(大气压强p0＝76 cmHg，计算结果保留2位有效数字)
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