高三物理氣體壓強(qiáng)

1、氣體壓強(qiáng)、體積和溫度的關(guān)系一、教學(xué)目標(biāo)1使學(xué)生明確理想氣體的狀態(tài)應(yīng)由三個(gè)參量來決定，其中一個(gè)發(fā)生變化，至少還要有一個(gè)隨之變化，所以控制變量的方法是物理學(xué)研究問題的重要方法之2要求學(xué)生通過討論、分析，總結(jié)出決定氣體壓強(qiáng)的因素，重點(diǎn)掌握壓強(qiáng)的計(jì)算方法，使學(xué)生能夠靈活運(yùn)用力學(xué)知識(shí)來解決熱學(xué)問題.二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)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(qiáng)的分析和計(jì)算是重點(diǎn)問題，在氣體實(shí)驗(yàn)定律及運(yùn)用氣態(tài)方程的解題過程中，多數(shù)的難點(diǎn)問題也是壓強(qiáng)的確定所以要求學(xué)生結(jié)合本專題的例題和同步練習(xí)，分析總結(jié)出一般性的解題方法和思路，使學(xué)生明確：壓強(qiáng)的分

2、析和計(jì)算，其實(shí)質(zhì)仍是力學(xué)問題，還是需要運(yùn)用隔離法，進(jìn)行受力分析，利用力學(xué)規(guī)律（如平衡）列方程求解2三個(gè)氣體實(shí)驗(yàn)定律從實(shí)驗(yàn)思想、內(nèi)容到解題的方法、步驟上均有很多相似之處，復(fù)習(xí)時(shí)不要全面鋪開，沒有重點(diǎn)應(yīng)以玻- 馬定律為重點(diǎn)內(nèi)容，通過典型例題的分析，使學(xué)生學(xué)會(huì)抓共性，掌握一般的解題思路及方法，提高他們的科學(xué)素養(yǎng)三、教學(xué)過程設(shè)計(jì)（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(xué)參量壓強(qiáng)（p）、 幾何參量體積（V）和熱學(xué)參量溫度（T）來描述它所處的狀態(tài)，當(dāng)p、V T 一定 時(shí)， 氣體的狀態(tài)是確定的，當(dāng)氣體狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，至少有兩個(gè)參量要發(fā)生變化1壓強(qiáng)（p）我們學(xué)過計(jì)算固彳壓強(qiáng)的公式

3、 p=F/S,計(jì)算液體由于自重產(chǎn)生的壓強(qiáng)用 p=p gh, 那么 （ 1） 對(duì)密閉在容器中的一定質(zhì)量的氣體的壓強(qiáng)能否用上述公式計(jì)算呢？（ 2）密閉氣體的壓強(qiáng)是如何產(chǎn)生的呢？和什么因素有關(guān)？（3）密閉氣體的壓強(qiáng)如何計(jì)算呢？通過下面的幾個(gè)例題來分析總結(jié)規(guī)律學(xué)生活動(dòng)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(shí)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(qiáng)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(qiáng)弱有 關(guān)，氣體的溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，對(duì)器壁的撞擊越強(qiáng).例1在一端封閉粗細(xì)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(qiáng)為p0,各部分尺寸如圖2-1-1所示，求A B氣體的 壓強(qiáng).圖 2-1-1學(xué)生討論例題1.讓學(xué)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(duì)象.設(shè)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?yàn)閔1靜止，所以pAS+p gShi=poSpA=po- p gh1再取?柱h2為研究對(duì)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(shí)，由連通器的知識(shí)可知，同種液體在同一水平面上的壓強(qiáng)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(dǎo)下同學(xué)們總結(jié)：（1）氣體自重產(chǎn)生的壓強(qiáng)很小，一般忽略不計(jì)；（2）對(duì)密閉氣體，帕斯卡定律仍適用；（3）當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)處于靜止或勻速運(yùn)動(dòng)中 時(shí)，氣體的壓強(qiáng)可以用力的平衡的方法求解， 也可以運(yùn)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(qiáng)是po.現(xiàn)將活塞緩慢上提，求氣缸剛離開 地面時(shí)，氣缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)（不計(jì)摩擦）.此題涉及到活塞、氣缸、

6、密閉氣體，以誰為研究對(duì)象呢？活塞緩慢移動(dòng)的含義是什么？ 氣缸剛離開地面是什么意思？對(duì)例題2學(xué)生討論大致有兩種觀點(diǎn)：1 .以活塞為研究對(duì)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?yàn)榛钊徛苿?dòng)，所以可以認(rèn)為活塞的每 個(gè)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(duì)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?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)上下左右均受到大氣的 作用，所以分析受力時(shí)可不考慮.系統(tǒng)靜止，所以F+N=（M+m g當(dāng)氣缸剛離開地面時(shí)，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(duì)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(duì)氣缸底部向上的壓力 poS.（學(xué)生對(duì)氣缸上面是否受美 氣壓力產(chǎn)生疑問.經(jīng)過討論學(xué)生認(rèn)識(shí)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(dāng)氣缸剛離開地面時(shí)，N=0,得 p=p0-Mg/S圖 2-1-3例3如圖2-1-3所示，粗細(xì)均勻開口向上的直玻璃管內(nèi)有一段長(zhǎng)為 h、密 度為p的水銀柱，封閉了一段氣體，當(dāng)整個(gè)裝置處于向下加速（加速度為 a）的 電梯中時(shí)，氣體的壓強(qiáng)是多少？若電梯向上加速呢？通過上面的三個(gè)例題，

8、請(qǐng)同學(xué)們歸納總結(jié)計(jì)算氣體壓強(qiáng)的一般思路和方法.學(xué)生解答例題3:以水銀柱為研究對(duì)象，受重力 pgSh大氣向下的壓力poS、 氣體向上的壓力pS,因?yàn)橄到y(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(yùn)動(dòng)時(shí)（完全失重），p=po同理，向下加速時(shí)， p=po+ p （g+a） h學(xué)生歸納一般解題思路：1 .確定研究對(duì)象：活塞、氣缸、液柱等.2 .進(jìn)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(duì)結(jié)果進(jìn)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(biāo)：一般有攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)，它們的關(guān)系是什么？T=t+273, -273 C=OK AT=At(二)氣體壓強(qiáng)、體積和溫度的關(guān)系提問：研究 氣體的三個(gè)參量的主要的思想是什么？答：控制變量的方法.對(duì)一定質(zhì)量的某種氣體，具狀態(tài)由 p、V、T三個(gè)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(qiáng)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(shí)，體積越大，壓強(qiáng)越小； 體積越小，壓強(qiáng)越大。(2)表達(dá)式：p oc1/v內(nèi)容是：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)與體積成反比.微觀解釋：從

10、分子動(dòng)理論的角度來說，氣體的壓強(qiáng)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(dòng)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(qiáng)就越大.2 .壓強(qiáng)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(shí)，溫度越高，壓強(qiáng)越大； 溫度越低，壓強(qiáng)越小。(2)表達(dá)式：pocT內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，它的體積和熱力學(xué)溫標(biāo)成正 比.微觀解釋：從分子動(dòng)理論的角度來說， 溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)的平均分子動(dòng)能越大，氣 體內(nèi)部壓強(qiáng)也就越大；反之，溫度越低， 分子運(yùn)動(dòng)的平均分子動(dòng)能越小，氣體內(nèi)部的壓強(qiáng)也 就越小。3 .氣體壓強(qiáng)、體積和溫度的關(guān)系前面已經(jīng)學(xué)過，對(duì)于一定質(zhì)量的

11、理想氣體的狀態(tài)可用三個(gè)狀態(tài)參量p、V、T來描述，且知道這三個(gè)狀態(tài)參量中只有一個(gè)變而另外兩個(gè)參量保持不變的情況是 不會(huì)發(fā)生的。換句話說：若其中任意兩個(gè)參量確定之后， 第三個(gè)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(gè)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(shí)各狀態(tài)參量為(p Vi, Ti),經(jīng)過某變化過程，到末狀態(tài)時(shí)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(shè)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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