高中物理人教版选修33教案 4气体Word格式文档下载.docx
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过程与方法
1.通过演示实验、学生实验培养学生观察能力、动手操作能力
2.通过具体例题的分析,培养学生解决问题的能力和理论联系实际的能力。
情感态度与价值观
培养学生的爱国的民族精神、合作精神、团队精神、实事求是精神。
重点难点
重难点:
通过实验探究,掌握气体的三个实验定律。
通过一些贴近生活的实例,例如:
用气球做实验,打气筒给自行车打气的生活实例等介绍气体的三个状态参量,压强、体积、温度,能够粗略掌握三个状态参量的确定方法。
通过前置补偿的手段,复习掌握控制变量法,引导学习复习牛顿运动定律中对a、F、m三个参量分析的方法,学习P、V、T三个参量之间的关系,得出等温变化、等容变化、等压变化着三个气体实验定律。
对探究实验的教学,要尽量用学生实验,让学生自主探究,重视实验过程,培养学生设计实验,独立进行实验,收集和处理实验数据的能力。
教材并部要求学生应用实验定律进行定量计算,所以只要求定性分析是关键。
在定性分析的时候,根据图像进行教学,体会图像在处理物理问题中的作用和方法。
课时建议
1课时
情境设计
标题:
吹不起来的气球
在一个空饮料瓶中放一个气球,用气球口覆盖住饮料瓶口,试一试用嘴吹气球,看能不能把气球吹起来;
问题导引:
同样的气球为什么一次吹不起来,而另一次能吹起来?
点拨提示:
资料备选
汤姆孙
英国著名物理学家、热力学的奠基人。
曾求学于剑桥大学,后赴巴黎大学从事实验工作,在格拉斯哥大学任自然哲学教授达53年之久。
1892年被封为开尔文勋爵,开尔文的名字由此开始。
开尔文在热力学的发展中做出了重大贡献。
他根据盖·
吕萨克、卡诺等人的理论,他于1848年创立了热力学温标,明确指出:
这个温标的特点是它完全不依赖于任何物质的物理性质。
他于1851年提出了热力学第二定律,是热力学第二定律的两个主要奠基人之一。
他于1852年与焦耳合作,进行了气体膨胀的多孔塞实验,发现了焦耳——汤姆孙效应,这一发现成为获得低温的主要方法之一。
1856年他从理论上预言了一种新温差电效应。
除了在热学方面,开尔文在电磁学、光学、流体力学、地球物理、数学和工程应用等方面都做出了突出的贡献。
一生发表了600多篇论文,取得了70多种发明专利,在科学界享有极高的声望。
为了纪念他,国际计量大会把热力学温标称为开氏温标,热力学温度以开尔文为单位,是国际单位制中七个基本单位之一。
自主学习与问题发现
阅读与积累
气体
开尔文
T=t+273℃
容积
温度
反
体积
正
压强
问题与思考
1.一个瘪了的兵乓球,只有外皮没损坏,我们还有办法把它修复,请问有什么办法?
如何用气体实验定律来解释?
提示:
把瘪了的乒乓球,投入热水中,乒乓球会复原。
一定质量的气体,在温度升高时,如果体积不变,就会使压强增大,内部气体较大的压强会使乒乓球的外壳受到向外的力作用而恢复原状,这个过程中是温度升高,压强增大,体积增大。
2.一个气泡从水库的底部升到水面,会发生什么变化,试用热力学定律来解释。
一般情况下,水库里面的水是越往上温度越高、压强也随水深度变小而变小,由理想气体状态方程可知,气泡里面的气体体积增大。
合作学习与问题探究
难点·
疑点·
方法
一、一定质量的气体,怎样用状态参量来描述?
解答:
一定质量的气体,可以用三个状态参量来描述:
温度、体积和压强。
名师讲析:
在研究气体的热学性质时,要用几个物理量来描述气体的状态,它们就是气体的温度、体积和压强,我们把这些物理量叫做气体的状态参量。
温度温度是表示物体冷热程度的物理量.用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度,用t表示,单位是摄氏度,符号是℃.在国际单位制中,以热力学温标表示温度,叫做热力学温标(或绝对温标).用热力学温标表示的温度,叫做热力学温度(或绝对温度)。
热力学温度用T表示.热力学温度的单位是开尔文,简称为开,符号是K,它是国际单位制中七个基本单位之一。
热力学温度的零度是-273.15℃,叫做绝对零度.就每一度的大小来说,热力学温度和摄氏温度是相同的,所以热力学温度跟摄氏温度间的关系为T=t+273.15K.为了简化,可以取-273℃为绝对零度,这样就有T=t+273K.
体积由于气体分子之间的距离比较大,分子间的相互作用力十分微弱,所以气体很容易扩散.气体的体积就是指气体分子所能达到的空间,也就是气体所充满的容器的容积,一定质量的气体,体积越小.气体分子的密度就越大.气体的体积用V表示.在国际单位制中,体积的单位有m3、dm3、cm3等.在日常生活和生产中,也常用升(符号是L)作单位.1L=10-3m3=1dm3.
压强压强用p来表示.在国际单位制中,压强的单位是帕斯卡,简称帕,符号是Pa.1Pa=1N/m2.。
气体的压强还常用标准大气压和毫米汞柱作单位。
1标准大气压=760mmHg=1.013×
105Pa,1mmHg=133.3Pa。
二、一定质量的气体,在温度不变的情况下,压强与体积有什么关系?
一定质量的气体,在温度不变的情况下,压强与体积成反比,这就是玻意耳定律。
B
A
乙
使用玻意耳定律要注意这两个条件,即质量一定、温度不变。
用公式表示玻意耳定律,即:
p∝
或pV=C(常数)。
用图像来表述的玻意耳定律,即p—V图像(如图甲)和p—
图像(如图乙)。
在p—V图像中,等温线是双曲线中在第一象限中的一只,图线上的点和横轴纵轴的连线所围成的面积应该是相等的,因此某一点和横轴与纵轴连线的面积就反映了气体的温度,图中B点的温度大于A点的温度。
在p—
图像中,等温线应该是一条倾斜的过原点的一条直线,图线的斜率反映气体的温度,因此斜率越大,温度越高。
三、一定质量的气体,在体积不变的情况下,压强与温度有什么关系?
O
一定质量的气体,在体积不变的情况下,压强与热力学温度成正比,这就是查理定律。
使用查理定律要注意的两个条件,即质量一定、体积不变。
用公式表示查理定律,有p∝T或
=C(常数)。
在使用的时候,尤其是要注意所说的温度是热力学温度,而不是摄氏温度。
如果用图像描述,在p—T图像中,等容线是一条过原点的倾斜的直线,图线的斜率反映了气体的体积,斜率越大,体积越小。
四、一定质量的气体,在压强不变的情况下,体积与温度有什么关系?
T
一定质量的气体,在压强不变的情况下,体积与热力学温度成正比,这就是盖·
吕萨克定律。
使用盖·
吕萨克定律要注意的两个条件,即质量一定、压强不变。
用公式表示盖·
吕萨克定律,有V∝T或
如果用图像描述,在V—T图像中,等压线是一条过原点的倾斜的直线,图线的斜率反映了气体的压强,斜率越大,压强越小。
五、理想气体状态方程的内容是什么?
如何用图像描述气体的不同的变化过程?
一定质量气体,它的三个状态参量P、V和T之间满足的关系是
。
式中C是常数,与气体的种类和质量有关。
四种图像都能描述气体的三个过程,即等温,等容,等压过程。
利用控制变量法,根据查理定律可知,一定质量的气体,在体积不变时,压强与热力学温度成正比,p∝T,根据盖·
吕萨克定律可知,一定质量的气体,在压强不变的情况下,体积与热力学温度成正比,V∝T,综合以上两个结论,有pV∝T,即
下面列出在三种图像中气体状态变化的不同过程。
图像中从A→B是等温过程,从B→C是等容过程,从C→A是等压过程。
V
思维激活
新理念典题探究
题型一:
气体状态参量的考查
例1(改编题)关于气体的状态参量,下列说法正确的是
A、气体的体积与气体的质量成正比
B、气体的体积与气体的密度成正比
C、气体的体积就是所有分子体积的总和
D、气体的体积与气体的质量、密度和分子体积无关,只决定于容器的容积
审题指导:
该类型的题目审题应该注意题目中关于状态参量的描述,尤其是当描述到温度时,特别注意到是摄氏温度还是热力学温度。
解:
D
引申拓展:
压强是考查的一个重点,但考纲中降低了对这一部分的要求,甚至没有提到气体的状态参量,但考查气体实验定律,不可能不考虑气体的状态参量,这里要强调的是压强一般包括两种情况:
玻璃管类和活塞类,这两类问题都是和力学知识联系在一起的。
训练时要避开这一类题目。
变式备选1:
下列有关热力学温度与摄氏温度的关系的说法中,正确的是
A.10℃用热力学温度表示是10K
B.10℃用热力学温度表示是283K
C.升高10℃用热力学温度表示是升高10K
D.升高10℃用热力学温度表示是升高283K
答案:
BC
点拨:
热力学温度与摄氏温度只是起点不同,它们的分度值还是相同的,即Δ1℃=Δ1K。
题型二:
气体实验定律的应用
例2(课本变式)下列说法正确的是
A.一定质量的气体被压缩时,气体的压强不一定增大
B.一定质量的气体温度不变压强增大时,其体积也增大
C.一定质量的气体体积不变压强增大时,温度也增大
D.一定质量的气体体积不变压强增大时,温度却减小
该类型的题目要注意气体实验定律的条件,即一定质量的气体和某一状态参量不变,变化的状态参量怎么变是审题的关键点和敏感点。
AC
方法点拨:
写出气体实验定律的方程表达式,通过“↑”“↓”符号来表示气体状态参量的变化情况,而不是通过脑子想的方法,就能有效的避免出错。
变式备选2:
一定质量的气体,被封闭在一个可以传热的容器中,在对容器加热时,下列物理量中变化情况正确的是
A.气体的压强升高
B.气体的压强减小
C.气体分子的密度增大
D.气体的温度升高
答:
AD
被封闭在一个容器中,说明体积不变,可以传热,则对气体加热,就能使温度升高,而体积不变时,温度升高,压强升高。
题型三:
理想气体状态方程的应用
例3(创新题)用活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸内,当气体温度降低的同时减小它的体积,那么气缸内气体的压强将如何变化?
A.增大B.减小C.不变D.无法确定
理想气体状态方程的应用时要注意一定质量是条件,三个状态参量中题目中描述了几个,这几个是如何变化的?
由理想气体状态方程可知,温度降低,体积减小,
=C(常数),由此可以看出,p增大或减小都可以保证C这个常数保持不变,所以答案选D。
理想气体状态方程实际上和气体实验定律使用是一样的,从理想气体状态方程可以得到气体的三个实验定律。
因此在使用时的方法是一样的,即写出气体的状态方程,然后用“↑”“↓”符号来表示状态参量的变化情况,看如何变化才能保证常数保持不变。
题型四:
图像问题
例4(创新题)如图所示的四个图象中,有一个是表示一定质量的某种理想气体从状态a等压膨胀到状态b的过程.这个图象是
图
该类题审题时要首先要读取坐标轴,掌握它是什么图像,只有先掌握各种不同图像中各种不同的变化是通过什么图像来表示的,其次注意图像上的箭头指向。
A中是体积不变,温度升高,压强增大;
B中是压强不变,温度降低,体积减小;
C中是等压变化,温度升高,体积增大;
D中体积增大,压强增大,温度升高。
故C正确。
误区警示:
需要注意的是,在p—T图像和V—T图像中,图像的延长线必须是过原点的情况下,才能反映等容变化和等压变化。
在图像中实线表示的气体状态变化的过程,虚线是辅助线,为表示它们的状态变化需要而引入的。
这些图像中如果三个状态参量都发生变化的话,要注意坐标轴没有的另一个物理量是如何表示的。
关于这一方面的知识已经在前面的难点疑点和方法栏目中进行了阐述。
变式备选3:
一定质量的理想气体经历如图所示的一系列变化过程,ab、bc、cd和da这四个过程中在P—T图上都是直线段,其中ab的延长线通过坐标原点O,bc垂直于ab而cd平行于ab,由图可以判断
A.ab过程中气体体积不断增大
B.bc过程中气体体积不断减小
C.cd过程中气体体积不断增大
D.da过程中气体体积不断减小
p—T图中p和T都可以从坐标轴上直接看出来,另一个物理量要通过改点和坐标原点的连线的斜率来反映,如果该斜率增大,则体积减小,反之,体积增大。
从图中可以看出,ab过程斜率不变,ab的延长线过原点,所以该过程是体积不变的过程;
bc过程线上的点和原点的连线斜率逐渐增大,所以体积减小,B正确;
cd过程线上的点和原点的连线斜率逐渐减小,所以体积增大,C正确;
da过程线上的点和原点的连线斜率逐渐减小,所以体积增大,D错误。
思维创新
综合·
探究·
实践
探究课题:
运用盖·
吕萨克定律研究摄氏温标与绝对温标的关系
实验器材:
试管,带阀门的管塞,保温瓶,温度计,量筒和水槽。
实验时,在保温瓶中装入接近沸腾的水,再把内装温度计的试管(管口用带阀门的管塞封闭)插入保温瓶的水中,试管与保温瓶口之间应装有绝热的塞子,打开试管口的阀门S,待接近热平衡(至少10分钟)后关闭阀门,测出试管内气体的温度t1,如图(a)所示。
再把试管取出,倒置于水槽的水中,打开阀门,待试管内的温度接近室温时,使试管内的水面与水槽内的水面相平,如图(b)所示。
关闭阀门后,取出试管并用量筒测出进入试管中的水的体积V水。
再测出整个试管的容积V1,则室温时气体的体积V2=V1-V水,测出室温t2。
以后,改变保温瓶中热水的温度,重复上述实验步骤,再做两次实验,将实验数据填入下表中:
第一次
第二次
第三次
t1(℃)
V1(cm3)
t2(℃)
V2(cm3)
在V-t图象坐标系中,根据每次实验标上的两个坐标点,连成一条直线,共描出三条直线。
算出图线截距的平均值。
根据实验结果请做下面的分析:
1.你实验的误差有多大?
误差产生的原因是哪些?
2.图线的斜率与什么因素有关?
提示:
该实验误差的主要来源:
(1)试管中的温度难于保持恒定,读数有一定的误差。
(2)将试管倒置于水中以后,水的饱和汽压将有一定的影响。
(3)由V-t图线所示,可以看出,体积的测量稍有一点误差,将引起与t轴截距的较大的变化,因此,使绝对零度的误差加大。
由气态方程:
PV=(M/μ)RT得V/T=MR/Μp
可以看出,V-T的斜率与气体的质量有关(在μ、P不变的情况下),本实验中是通过控制热水的温度来调节占有试管空间V1的气体的质量的。
反思学习与课时测控
【思维误区警示】
使用气体实验定律时要注意实验定律使用的条件和状态参量的确定。
例题:
一定质量的理想气体的三个状态在V—T图上用A、B、C三个点表示,如图所示。
试比较气体在这三个状态时的压强pA、pB、pC的大小关系有
A.pC>pB>pA
B.pA<pC<pB
C.pC>pA>pB
D.无法判断。
典型误解:
错解一:
因为一定质量的理想气体压强与温度成正比,哪个状态对应的温度高,在哪个状态时,气体的压强就大,即TC>TA>TB,所以有pC>pA>pB,应选C。
错解二:
因为一定质量的理想气体的压强与体积成反比,体积越大,压强越小,从图上可以看出:
VA>VC>VB,所以pA<pC<pB,应选B。
走出误区:
以上两种错解,从分析思路上讲都错了,都没有了解到气体状态的三个参量(p,V,T)之间两定量关系是有条件的。
如压强与温度(当然应为热力学温度T)成正比的条件是体积不变,而压强与体积成反比的条件应是温度不变。
如果不考虑第三个参量,而单纯只讲两个参量之间的关系,显然只能导致错误的结果,同时也培养了错误的思考问题方式,是不可取的。
当第三个参量不是定量时,三者之间的关系只能是:
,要综合分析考虑。
正确解答:
因为所给的是V—T图,A,B,C三点的温度体积都不一样,要想比较三个状态的压强,可以利用V—T图上的等压线辅助分析。
在V—T图上,等压线是一条延长线过原点的直线,可以通过A、B、C三点做三条等压线分别表示三个等压过程,如图所示。
一定质量的理想气体在等压过程中压强保持不变,体积与温度成正比,为了比较三个等压线所代表的压强的大小,可以做一条等温线(亦可作一条等容线,方法大同小异,以下略),使一个等温过程与三个等压过程联系起来,等温线(温度为T'
)与等压线分别交于A'
,B'
,C'
,在等温过程中,压强与体积成反比(玻意耳定律),从图上可以看出:
VA'
>VB'
>VC'
,所以可以得出结论:
pA'
<pB'
<pC,而A与A'
,B与B'
,C与C分别在各自的等压线上,即pA=pA'
,pB=pB'
,pC=pC'
,所以可以得出结论,即pA<pB<pC,所以正确答案为A。
【课时标准测控】
(40分钟,50分)
共同基础
1(4分).封闭在贮气瓶中的某种理想气体,当温度升高时,下面哪个说法是正确的(容器的膨胀忽略不计)
A.密度不变,压强增大B.密度不变,压强减小
C.压强不变,密度增大D.压强不变,密度减小
一定质量的气体,气体的体积不变,所以密度保持不变,由等容变化的查理定律知,当温度升高时,压强增大。
2(4分).在冬季,当剩有半瓶热水的暖水瓶经过一个夜晚后,第二天拔瓶口的软木塞时觉得很紧不易拔出,其主要原因是
A.白天时气温升高,大气压强变大
B.软木塞受潮膨胀,体积增大
C.暖水瓶的瓶口因温度降低而收缩变小
D.瓶内气体因温度降低而压强减小,软木塞受到瓶外大气压的作用而不易拔出
在热水瓶中封闭了半瓶一定质量的气体,气体的体积保持不变,冬季时间一长温度降低,则瓶内压强减小,外部压强大于内部压强,软木塞受到瓶外大气压的作用而不易拔出。
3(4分).一定质量的理想气体,在等压变化过程中,为使体积逐渐减小,需将温度逐渐_________(填“升高”或“降低”)。
降低
一定质量的气体,等压变化时,根据盖·
吕萨克定律可知,体积减小,温度降低。
能力训练
4(4分).让气体先进行一次等容变化,然后再进行一次等温变化来推导理想气体的气态方程.
见点拨。
一定质量的气体,等容变化,有p∝T,当等温变化时,有p∝
,联立两个式子,可以得到p∝
,即
5(4分).对一定质量的气体,下列说法中正确的是
A.温度升高,压强一定增大
B.温度升高,分子热运动的平均动能一定增大
C.压强增大,体积一定减小
D.吸收热量,可能使分子热运动加剧、气体体积增大
BD
一定质量的气体,在使用气体实验定律来解决问题时,要注意使用的条件,A中没有说明体积这个状态参量,所以A错误;
B选项根据分子动理论中温度是分子平均动能的标志判断是正确的;
C选项中没有描述温度这个状态参量,故C错误;
D选项中状态的变化只是其中一种可能性,所以D正确。
6(4分).被活塞封闭在气缸中的一定质量的理想气体温度升高,压强保持不变,则
A.气缸中每个气体分子的速率都增大
B.气缸中单位体积内气体分子数减少
C.气缸中的气体吸收的热量等于气体内能的增加量
D.气缸中的气体吸收的热量大于气体内能的增加量
一定质量的气体在压强保持不变的情况下,温度升高,体积增大,所以密度减小,B正确,体积增大,对外做功,而内能增大,所以吸收的热量大于气体内能的增加量。
7(4分).一定质量的气体,处于平衡状态I,现设法使其温度降低而压强增大,达到平衡状态II,则
A.状态I时气体的密度比状态II时的大
B.状态I时分子的平均动能比状态II时的大
C.状态I时分子间的平均距离比状态II时的大
D.状态I时每个分子的动能都比状态II时的分子的平均动能大
一定质量的气体,根据理想气体状态方程,知温度降低,压强增大,体积一定减小,所以状态I时气体的密度比状态II时的小,A错误而C正确;
温度降低,温度是分子平均动能的标志,所以状态I时分子的平均动能比状态II时的大,但不是所有分子的动能都大,B正确D错误。
8(4分).下列说法中正确的是
A.气体的温度升高时,分子的热运动变得剧烈,分子的平均动能增大,撞击器壁时对器壁的作用力增大,从而气体的压强一定增大
B.气体的体积变小时,单位体积的分子数增多,单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多,从而气体的压强一定增大
C.压缩一定量的气体,气体的内能一定增加
D.分子a从远处趋近固定不动的分子b,当a到达受b的作用力为零处时,a的动能一定最大
气体的温度升高时,分子的热运动变得剧烈,分子的平均动能增大,虽然撞击器壁时对器壁的作用力增大,但如果气体的体积增大,单
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