1、第一节气体实验定律()核心素养明目标核心素养学习目标物理观念知道描述气体状态的三个参量和等温变化，熟记玻意耳定律及公式，能解释等温变化相关的现象科学思维理解等温变化和玻意耳定律的内容和公式，会应用公式和图像解决等温变化相关的题目科学探究通过两个实验的探究，学会用控制变量法处理问题，与他人合作交流，并能修改实验中的问题，提高实验的精确度，减小误差，提高动手、动脑能力科学态度与责任体验科学探索的艰辛和科学方法对我们的指导作用，培养学科学、用科学、探索科学的积极态度知识点一玻意耳定律1状态参量：描述一定质量气体状态的量：有体积、压强和温度三个2等温变化：一定质量的气体，在温度不变时，其压强大小与体积
2、大小的变化关系3玻意耳定律(1)内容：一定质量的气体，在温度不变的情况下，其压强与体积成反比(2)公式：p1V1p2V2.(3)适用条件：气体质量不变，温度不变气体温度不太低，压强不太大保持气体的质量不变是研究等温变化的条件知识点二等温图像1p V图像：一定质量的气体的p V图像为一条双曲线，如图甲所示甲乙2p图像：一定质量的气体的p图像为过原点的倾斜直线，如图乙所示可利用图像判断气体与外界的做功情况，若气体体积增大，则气体对外做功1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)一定质量的气体压强跟体积成反比()(2)一定质量的气体压强跟体积成正比()(3)玻意耳定律适用于质量不变、温度变化的任
3、何气体()(4)pV图像描述了一定质量的气体等温变化的关系()答案(1)(2)(3)(4)2(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T1T2AB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3一端封闭的玻璃管倒插入水银槽中，管竖直放置时，管内水银面比管外高h cm，上端空气柱长为L cm，如图所示，已知大气压强
4、为H cmHg，此时封闭气体的压强是_cmHg.解析取等压面法，选管外水银面为等压面，则由p气php0，得p气p0ph，即p气(Hh) cmHg.答案Hh 考点1封闭气体压强的计算(1)如图所示，C、D液面水平且等高，液体密度为，重力加速度为g，其他条件已标于图上，试求封闭气体A的压强(2)在图中，气缸置于水平地面上，气缸横截面积为S，活塞质量为m，设大气压强为p0，重力加速度为g，试求封闭气体的压强提示(1)同一水平液面C、D处压强相同，可得pAp0gh.(2)以活塞为研究对象，受力分析如图，由平衡条件得mgp0SpS，则pp0.1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
5、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，建立受力平衡方程消去面积，得到液片两侧压强相等，进而求得气体压强例如，图中粗细均匀的U形管中封闭了一定质量的气体A，在其最低处取一液片B，由其两侧受力平衡可知(pAph0)S(p0phph0)S，即pAp0ph.(2)力平衡法：选取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F合0列式求气体压强(3)连通器原理：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，如图中同一液面C、D处压强相等，pAp0ph.2容器加速运动时封闭气体压强的计算当容器加速运动时，通常选与气体相关联的液柱、气缸或活塞为研究
6、对象，并对其进行受力分析，然后由牛顿第二定律列方程，求出封闭气体的压强如图，当竖直放置的玻璃管向上加速运动时，对液柱受力分析有：pSp0Smgma，得pp0.【典例1】如图所示，一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置，金属圆板的上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为，圆板的质量为m，不计圆板与容器内壁的摩擦若大气压强为p0，则被圆板封闭在容器中的气体的压强等于()ABCp0Dp0思路点拨(1)对圆板正确的受力分析，共点力平衡(2)由压强定义：FpS.D为求气体的压强，应以封闭气体的圆板为研究对象，分析其受力，如图所示由物体的平衡条件得在竖直方向上，pcos p0Smg，解得：pp
7、0，所以正确选项为D1求图中被封闭气体A的压强，图中的玻璃管内都灌有水银大气压强p076 cmHg.(p01.01105 Pa，g取10 m/s2)(1) (2)(3)解析(1)pAp0ph76 cmHg10 cmHg66 cmHg.(2)pAp0ph76 cmHg10sin 30 cmHg71 cmHg.(3)pBp0ph276 cmHg10 cmHg86 cmHg，pApBph186 cmHg5 cmHg81 cmHg.答案(1)66 cmHg(2)71 cmHg(3)81 cmHg 考点2探究气体实验定律一、实验原理与方法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
8、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二、实验器材气压计、玻璃管、铁架台、活塞等三、实验步骤1密封一定质量的气体2改变气体的体积，记录气体长度和该状态下压强的大小四、数据处理次数12345压强/105Pa体积/L压强体积五、实验结论在误差允许的范围内，温度不变时，一定质量的气体压强p和体积V成反比六、误差分析1体积测量引起的误差2不能保持温度不变3有漏气现象七、注意事项1为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是注射器活塞上涂润滑油2为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是移动活塞要缓慢和不能
9、用手握住注射器封闭气体部分【典例2】如图为“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”实验装置图(1)图中，实验器材A是_(2)一同学在两次实验中测得不同的(p、V)数据，发现p和V的乘积明显不同若此同学的实验操作均正确，则造成此结果的可能原因是：_；_.(3)为了保持注射器内气体的温度不变，实验中采取的主要措施有：避免用手握住注射器封闭有气体的部分；_.思路点拨实验成功的关键是：(1)气体的质量不变化(2)气体的温度不变化解析(1)本实验需要测量气体的体积和压强，体积由注射器的刻度直接读出，而实验器材A是压强传感器，可测出压强(2)p和V的乘积明显不同，可能是由于环境温度不同
10、，导致气体的温度T不同造成的，也可能是由于注射器内气体的质量不同造成的(3)为了保持注射器内气体的温度不变，推拉活塞要缓慢答案(1)压强传感器(2)环境温度不同注射器内气体的质量不同(3)推拉活塞要缓慢2用DIS研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图甲所示，实验步骤如下：甲乙把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一链接；移动活塞，记录注射器的刻度值V，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p；用V图像处理实验数据，得出如图乙所示图线，(1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是_(2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主
11、要措施是_和_(3)如果实验操作规范正确，但如图所示的V图线不过原点，则V0代表_解析(1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是在注射器活塞上涂润滑油这样可以保持气密性(2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是移动活塞要缓慢；不能用手握住注射器封闭气体部分这样能保证装置与外界温度一样(3)体积读数值比实际值大V0.根据p(VV0)C，C为定值，则VV0.如果实验操作规范正确，则V0代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积答案(1)在注射器活塞上涂润滑油(2)移动活塞要缓慢；不能用手握住注射器封闭气体部分(3)注射器与压强传感器连接部位的气体体积 考点3玻意耳定律与等
12、温图像在一个恒温池中，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，到水面时就会破裂请思考：1上升过程中，气泡内气体的温度发生改变吗？2上升过程中，气泡内气体的压强怎么改变？3气泡在上升过程中体积为何会变大？提示1因为在恒温池中，所以气泡内气体的温度保持不变2变小3由玻意耳定律pVC可知，压强变小，气体的体积增大1成立条件：玻意耳定律p1V1p2V2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玻意耳定律的数学表达式pVC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，该常量C越大3等温线(1)p V图像意义：反映了一定
13、质量的气体在等温变化中，压强p与体积V成反比图像：双曲线特点：温度越高，常量C越大，等温线离坐标轴越远(2)p图像意义：反映了一定质量的气体在等温变化中，压强p与成正比图像：倾斜直线特点：斜率越大，气体的温度越高【典例3】如图所示，一个上下都与大气相通的直圆筒，内部横截面积为S0.01 m2，中间用两个活塞A和B封住一定质量的气体A、B都可沿圆筒无摩擦地上下滑动，且不漏气A的质量不计，B的质量为M，并与一劲度系数为k5103 N/m的较长的弹簧相连已知大气压p01105 Pa，平衡时两活塞之间的距离l00.6 m，现用力压A，使之缓慢向下移动一段距离后，保持平衡此时用于压A的力F500 N，求
14、活塞A下移的距离思路点拨(1)由胡克定律知：Fkx.(2)是等温变化，适用玻意耳定律解析设活塞A下移距离为l，活塞B下移的距离为x，对圆筒中的气体：初状态：p1p0，V1l0S，末状态：p2p0，V2(l0xl)S，由玻意耳定律得：p1V1p2V2，即p0l0Sp0(l0xl)S，根据胡克定律，x，代入数据解得：l0.3 m.答案0.3 m应用玻意耳定律解题时的两个误区误区1：误认为在任何情况下玻意耳定律都成立只有一定质量的气体在温度不变时，定律成立误区2：误认为气体的质量变化时，一定不能用玻意耳定律进行分析当气体经历多个质量发生变化的过程时，可以分段应用玻意耳定律进行列方程，也可以把发生变化
15、的所有气体作为研究对象，应用玻意耳定律列方程3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h10 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L10.3 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为多少米？(大气压强p076 cmHg)解析以管内封闭的气体为研究对象玻璃管开口向上时，管内的压强p1p0h，气体的体积V1L1S(S为玻璃管的横截面积)当玻璃管开口向下时，管内的压强p2p0h，这时气体的体积V2L2S.温度不变，由玻意耳定律得：(p0h)L1S(p0h)L2S所以L2L10.3 m0.39 m.答案0
16、.39 m1物理观念：气体的状态参量、等温变化、玻意耳定律及pV图像2科学思维：能应用玻意耳定律及pV图像处理相关问题3科学方法：理想法、控制变量法、实验法、图像法等1在探究气体等温变化的规律实验中，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B探究气体等温变化的规律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，所以选项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，选项B正确；活塞与筒壁的摩擦对结果没有影响的前提是不考虑摩擦产生的热，但实际上由于
17、摩擦生热，会使气体温度升高，影响实验的准确性，选项C错误2如图所示，活塞的质量为m，缸套的质量为m0，通过弹簧吊在天花板上，气缸内封住一定质量的气体，缸套和活塞间无摩擦，活塞面积为S，大气压强为p0，则封闭气体的压强p为()App0Bpp0Cpp0DpC以缸套为研究对象，根据受力平衡有pSm0gp0S，所以封闭气体的压强pp0，故应选C3(2020湖北省高二期中)如图所示，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，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B设大气压为p0，试管内封闭气体压强为p1，水银重力为G，试管横截面积
18、为S，根据平衡条件有p0Sp1SG，自由下落时，水银处于完全失重状态，对下表面没有压力，根据受力平衡有p0Sp2S，对比可得p2p1.因温度不变，由玻意耳定律pVC知气体压强增大，故体积减小选项B正确4一定质量的气体由状态A变到状态B的过程如图所示，A、B位于同一双曲线上，则此变化过程中，温度将()A一直下降B先上升后下降C先下降后上升D一直上升BA、B处于同一双曲线上，由气体的等温线可知A、B处于同一温度而A、B中间某点位于双曲线的外侧，在双曲线之上，如图所示，当体积是V0时，等温线上一点和等温线以上一点，对应的压强不同，越往上压强越大，由pVC可知，压强和体积的乘积越大对应的温度越高，说明
19、中间过程某点温度高于A、B两点的温度故正确答案为B5如图所示，在用DIS验证“玻意耳定律”的实验中，用一个带刻度的注射器及计算机辅助系统来探究气体的压强和体积关系(1)实验中应保持不变的状态参量是_；(2)实验过程中，下列说法正确的_A推拉活塞时，动作要快，以免气体进入或漏出B推拉活塞时，手不可以握住整个注射器C必须测量所封闭气体的质量D在活塞上涂上润滑油，保持良好的密封性解析(1)实验研究的对象是注射器内密闭的气体，实验中应保持不变的参量是气体温度(2)推拉活塞时，动作要慢，使其温度与环境保持一致，故A错误；推拉活塞时，手不能握住注射器，防止手对其起加热作用，从而保证气体的温度不变，故B正确；本实验只要保证质量和温度一定即可，研究的是压强和体积关系，故无需测量封闭气体的质量，故C错误；活塞与针筒之间要保持润滑，可以减小摩擦及不漏气，可以保证气体质量一定，故D正确答案(1)温度(2)BD
