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第四节 科学探究：气体压强与体积的关系
教学课件
Teaching Courseware
20XX.XX.XX
第一章 分子动理论与气体实验定律
高中物理鲁科版（2019）选择性必修第三册
PART.1
PART.2
PART.3
PART.4
素养目标
新课讲解
新课导入
经典例题
目录
CONTENTS
PART.2
PART.4
课堂练习
课堂小结
1.运用控制变量法设计实验，通过实验探究一定质量的气体在温度不变时压强和体积的关系。
2.通过实验培养学生观察、分析和归纳能力。
3.激发学生对物理实验探究的兴趣，培养学生科学探究精神和团队合作意识。
素养目标
新课导入
在生产生活中，有许多现象与气体的状态及其变化有关。
氦气球升空时，随着高度的增加，球内气体的压强、温度和体积都在变化。
新课讲解
New lesson explanation
新课讲解
一、气体的状态参量
对一定质量的气体，其宏观状态通常可用体积V、温度T和压强p 这三个物理量来描述，这些描述系统状态的物理量称为系统的状态参量。
（1）气体的体积
气体的体积是指气体分子能够到达的空间，气体具有很强的流动性，它总能充满整个容器，因此，气体的体积通常就等于容器的容积。
（2）气体的温度
温度是描述物体冷热程度的物理量，也是物体内分子平均动能的标志。
新课讲解
①气体温度的高低，取决于气体分子无规则运动的剧烈程度。
气体分子无规则运动加剧，分子平均动能增大，气体温度升高；
气体分子无规则运动减弱，分子平均动能减小，气体温度降低。
②温度的标定方法。
摄氏温度：
标准大气压下冰水混合物的温度标定为 0 0C ，水的沸腾温度标定为 100 0C ，把 0-100 0C之间划分为 100 等份，每一等份表示 1 0C并以此比例往 0 0C以下和 100 0C以上扩展。
用摄氏温标表示的温度称为摄氏温度，用符号 t 表示，单位是摄氏度，符号为0C。
新课讲解
热力学温度：
温度的国际单位是热力学温度的单位开尔文，符号为K。
热力学温度与摄氏温度的关系是
T=t+273.15
（3）气体的压强
1.定义：气体内部各个方向都存在压强，这种压强称为气体压强，简称气压。
2.气体压强产生的原因：大量气体分子的频繁撞击，会使容器壁受到一个稳定的压力，从而产生压强。
3.气体压强大小的决定因素：气体的压强与气体温度和单位体积的分子数有关，温度越高，单位体积内的分子数越多，气体的压强越大。
新课讲解
二、气体压强的解释
模拟气压的产生
如图所示，在玻璃筒内装入一些塑料小球代表气体分子，在小球上面放一轻质活塞，用电动机带动振动器使小球运动。当电动机启动后，活塞受小球的撞击，悬浮在一定的高度。改变电动机的转速，观察活塞高度的变化。保持电动机的转速不变，增加塑料小球的数目再观察活塞高度的变化。
气体内部各个方向都存在压强，这种压强称为气体压强，简称气压。
新课讲解
容器中的气体分子在做无规则运动时，容器壁受到分子的频繁撞击。每个分子撞击容器壁产生的力是短暂的、不连续的，但大量分子的频繁撞击，就会使容器壁受到一个稳定的压力，从而产生压强。
①活塞悬浮一定的高度
②电机转速变大，小球速率增加、活塞高度越高
③小球数量越多，小球撞击越频繁、活塞高度越高
气体分子的运动是无规则的，气体分子向各个方向运动的概率相同，对容器壁各处的撞击效果也相同，因此,气体对容器壁的压强处处相等。
新课讲解
当气体温度升高时，高速率的气体分子数增多，整体上分子运动更加剧烈，分子对容器壁的撞击力加大且撞击更加频繁，使得气体的压强增大 [ 图 ( a )]若单位体积内的分子数增加，气体分子撞击容器壁也会更加频繁，使得气体的压强增大[ 图 ( b )]
结论：气体的压强与气体温度和单位体积的分子数有关，温度越高， 单位体积内的分子数越多，气体的压强越大。
新课讲解
大气压强p0=76cmHg=1.01×105Pa ，封闭气体压强为p=？
（以下二图都是平衡状态）
h
mg
pS
p0·S
对液柱进行受力分析：
如果p0=76cmHg，则p=76-h cmHg：
新课讲解
三、探究气体压强与体积的关系
（一）实验目的
1、探究一定质量的气体在温度不变的条件下压强与体积的关系。
2、学习气体压强的测量方法。
（二）实验器材
探究气体压强与体积关系的实验装置（气压计、玻璃管、 铁架台、活塞等）。
（三）实验原理与设计
如图所示，以玻璃管内封闭的气体为研究对象，可由气压计读出管内气体的压强，从玻璃管的刻度上直接读出管内气体的体积。在保持气体温度不变的情况下，改变气体的体积，测量多组数据即可研究气体压强与体积之间的关系。
新课讲解
（四）实验步骤
1、密封气体：用橡胶套在注射器中密封一定质量的气体(气体的体积大约是注射器容积的一半)，或者在活塞上均匀地抹上一层轻质润滑油。
2、把带有压力表的注射器固定在铁架台上。
3、收集实验数据：空气柱的压强 p 可以从仪器上方的指针读出，空气柱的长度 l 可以在玻璃管侧的刻度尺上读出，空气柱的长度 l 与横截面积 S 的乘积就是它的体积 V。
新课讲解
序号 1 2 3 4 5
V/m3
V－1/m－3
p/×105 Pa
5、完成实验，拆下仪器并放回原处。
4、用手缓慢地把柱塞向下压或向上拉，此时玻璃管中的气体就是我们的实验研究对象，其压强为1.0×105 Pa，把体积、压强的初始数据记录下来；
新课讲解
（五） 实验数据及处理
O
V
p
O
V
p
T1
T2
O
1/V
p
O
1/V
p
T1
T2
以压强p为纵坐标，以体积的倒数(1/V)为横坐标作出p- 1/V 图像。
结论：一定质量的气体，在温度不变的条件下，压强与体积成反比。
新课讲解
（六）注意事项
1．气体质量一定：玻璃管要密封好，活塞上涂好润滑油，防止漏气。
2．温度要保持不变，推拉活塞要缓慢，手不能握住玻璃管。
3．改变气体的体积时，要缓慢进行，等稳定后再读数。
4．不需要测气柱的横截面积。
5．作p－V-1图像时，应使尽量多的实验数据点落在直线上。
新课讲解
系统误差：
（1）不能保证不漏气；
（2）不能保证气体温度不变
偶然误差
读数误差，气体的压强和体积的读取时存在误差；
作图误差：描点作图时存在误差
（七）误差分析
经典例题
Classic Example
经典例题
1.判断对错
(1) 热力学温度升高1 K与摄氏温度升高1 ℃是等效的。( )
(2)气体的压强是由于大量气体分子频繁撞击器壁产生的。( )
(3) 当温度升高时，气体压强一定变大。( )
√
√
×
经典例题
2.夜间由于气温降低，汽车轮胎内的气体压强变低。与白天相比，夜间轮胎内的气体( )
A.分子的平均动能更小
B.单位体积内分子的个数更少
C.所有分子的运动速率都更小
D.分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大
经典例题
2.答案：A
解析：AC.夜间气温低，分子的平均动能更小，但不是所有分子的运动速率都更小，故A正确、C错误；
BD.由于汽车轮胎内的气体压强变低，轮胎会略微被压瘪，则单位体积内分子的个数更多，分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更小，BD错误。故选A。
经典例题
3.用豆粒模拟气体分子，可以模拟气体压强产生的原理。如图所示，从距秤盘80 cm高度把1000粒的豆粒连续均匀地倒在秤盘上，持续作用时间为1 s，豆粒弹起时竖直方向的速度变为碰前的一半。若每个豆粒只与秤盘碰撞一次，且碰撞时间极短（在豆粒与秤盘碰撞极短时间内，碰撞力远大于豆粒受到的重力），已知1000粒的豆粒的总质量为100 g。则在碰撞过程中秤盘受到的压力大小约为( )
A.0.2 N B.0.6 N C.1.0 N D.1.6 N
经典例题
课堂练习
Classroom Practice
课堂练习
课堂练习
课堂练习
课堂练习
2.一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为( )
A.气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大
B.单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多
C.气体分子的总数增加
D.分子的平均速率增加
课堂练习
2.答案：B
解析：AD.等温压缩过程中气体的温度不变，则气体分子的平均速率不变，气体分子每次碰撞器壁的平均冲力也不变，故A、D错误；BC.压缩过程中气体分子的总数不变，单位体积内的分子数增多，所以单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多，从而使气体的压强增大，故B正确、C错误。故选B。
课堂练习
课堂练习
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