气体实验定律物理教案
实验五气体三定律及气态方程的验证
实验五气体三定律及气态方程的验证在物理学的领域中，气体的性质一直是研究的重要课题之一。
其中，气体三定律以及气态方程为我们理解和描述气体的行为提供了有力的工具。
本次实验的目的就是要通过实际操作和数据测量，来验证这些定律和方程的准确性。
实验前，我们首先需要了解一下所要验证的气体三定律及气态方程的具体内容。
波义耳定律指出，在温度不变的情况下，一定质量气体的压强与体积成反比。
也就是说，当气体的温度保持恒定，如果对气体进行压缩，使其体积减小，那么气体的压强就会增大；反之，如果气体的体积增大，压强则会减小。
查理定律表明，在压强不变的条件下，一定质量气体的体积与热力学温度成正比。
这意味着当气体所受压强恒定，随着温度的升高，气体的体积会增大；温度降低时，体积则会减小。
盖吕萨克定律则说的是，在体积不变时，一定质量气体的压强与热力学温度成正比。
即当气体的体积固定不变，温度上升，压强增大；温度下降，压强减小。
而综合这三个定律，我们可以得到理想气体状态方程，即 PV ＝nRT ，其中 P 是气体压强，V 是气体体积，n 是气体的物质的量，R 是理想气体常数，T 是热力学温度。
为了进行这个实验，我们准备了以下实验器材：一个带有刻度的注射器、一个气压计、一个温度计、一个恒温箱以及一些必要的连接装置。
实验开始，首先验证波义耳定律。
我们在室温下，将一定量的气体吸入注射器中，记录此时的体积和压强。
然后，通过缓慢推动注射器的活塞，逐渐减小气体的体积，并同时记录相应的压强值。
经过多次测量，我们得到了一系列体积和压强的数据。
将这些数据绘制成图表，可以清晰地看到，在温度不变的情况下，压强与体积的乘积基本保持恒定，从而验证了波义耳定律。
接下来验证查理定律。
我们将注射器放入恒温箱中，设置不同的温度，保持压强不变，测量并记录不同温度下气体的体积。
同样，将这些数据进行整理和分析，结果表明，在压强不变时，气体的体积与温度呈线性关系，符合查理定律的描述。
2024-2025学年高中物理第三章气体1气体实验定律教案3教科版选修3-3
- 听讲并思考：认真听讲，积极思考老师提出的问题。
- 参与课堂活动：积极参与小组讨论、角色扮演、实验等活动，体验气体实验定律的应用。
- 提问与讨论：针对不懂的问题或新的想法，勇敢提问并参与讨论。
教学方法/手段/资源：
- 讲授法：通过详细讲解，帮助学生理解气体实验定律知识点。
- 实践活动法：设计实践活动，让学生在实践中掌握气体实验技能。
（2）请学生根据查理定律，计算在一定压强下，气体的温度和体积的关系。
（3）请学生根据盖·吕萨克定律，计算在一定温度下，气体的压强和体积的关系。
（4）请学生运用理想气体状态方程，计算一定温度和压强下，气体的体积和摩尔数的关系。
学具准备
多媒体
课型
新授课
教法学法
讲授法
课时
第一课时
步骤
师生互动设计
二次备课
教学方法与策略
为了达到本节课的教学目标，我将采用多种教学方法和策略，以适应学生的学习特点和提高教学效果。
1. 教学方法：
- 讲授法：在课堂上，我将通过讲解气体的实验定律和相关概念，引导学生理解气体的性质和行为。
- 讨论法：组织学生进行小组讨论，分享对实验现象的观察和理解，促进学生之间的交流和合作。
答案：波义耳-马略特定律、查理定律和盖·吕萨克定律之间的关系可以通过理想气体状态方程来联系。理想气体状态方程是 PV=nRT，其中 P 是压强，V 是体积，n 是气体摩尔数，R 是理想气体常数，T 是温度。波义耳-马略特定律指出压强和体积成反比，查理定律指出温度和体积成正比，盖·吕萨克定律指出体积和压强成正比。这些定律可以通过理想气体状态方程相互联系，并可以用来ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ述和预测气体的行为。
2. 请解释查理定律的内容，并给出一个实例来展示如何使用这个定律。
高中物理第1章分子动理论与气体实验定律第3节气体分子速率分布的统计规律学案鲁科版选择性3
第3节气体分子速率分布的统计规律学习目标:1．[物理观念］初步了解什么是“统计规律”．2．[科学思维］理解气体分子速率分布规律．一、偶然中的必然1．随机性必然事件：在一定条件下，必然出现的事件．不可能事件：在一定条件下,不可能出现的事件．随机事件：在一定条件下，可能出现，也可能不出现的事件．2．统计规律:大量的随机事件表现出的整体规律．二、气体分子速率分布规律1．气体分子速率的分布规律(1）图象如图所示．（1)规律：在一定温度下，不管个别分子怎样运动,气体的多数分子的速率都在某个数值附近,表现出“中间多、两头少”的分布规律．当温度升高时，“中间多、两头少”的分布规律不变，气体分子的速率增大，分布曲线的峰值向速率大的一方移动．2．气体温度的微观意义(1)温度越高,分子的热运动越剧烈．（2)理想气体的热力学温度T与分子的平均动能错误!k成正比，即T＝a E k，表明温度是分子平均动能的标志．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1）大多数气体分子的速率处于中间值，少数分子的速率较大或较小．(√)（2）温度越高,分子的热运动越激烈,是指温度升高时，所有分子运动的速率都增大了．（×)（3）气体内部所有分子的动能都随温度的升高而增大．（×)(4）当温度发生变化时，气体分子的速率不再是“中间多、两头少”．（×)(5）某一时刻一个分子的速度大小和方向是偶然的．(√）（6）温度相同时,各种气体分子的平均速度都相同．（×）2．(多选)关于气体分子的运动情况,下列说法不正确的是(）A．某一时刻具有某一速率的分子数目是相等的B．某一时刻一个分子速度的大小和方向是偶然的C．某一温度下,大多数气体分子的速率不会发生变化D．分子的速率分布毫无规律ACD[具有某一速率的分子数目并不是相等的，呈“中间多、两头少”的统计规律分布,故A、D项错误;由于分子之间频繁地碰撞，分子随时都会改变自己的运动情况，因此在某一时刻，一个分子速度的大小和方向完全是偶然的，故B项正确;某一温度下，每个分子的速率仍然是随时变化的，只是分子运动的平均速率不变，故C项错误．］3．下面的表格是某地区1～7月气温与气压的对照表:7月与1月相比较，正确的是()A．空气分子无规则热运动的情况几乎不变B．空气分子无规则运动减弱了C．单位时间内空气分子对单位面积地面的撞击次数增多了D．单位时间内空气分子对单位面积地面撞击次数减少了D[由表中数据知，7月份与1月份相比，温度升高,压强减小,温度升高使气体分子热运动更加剧烈，空气分子与地面撞击一次对地面的冲量增大，而压强减小，单位时间内空气分子对单位面积地面的冲量减小．所以单位时间内空气分子对单位面积地面的撞击次数减少了，因而只有D项正确．］统计规律与气体分子运动特点(1)抛掷一枚硬币时，其正面有时向上，有时向下,抛掷次数较少和次数很多时，会有什么规律？（2）温度不变时，每个分子的速率都相同吗？温度升高,所有分子运动速率都增大吗？提示：(1)抛掷次数较少时，正面向上或向下完全是偶然的，但次数很多时，正面向上或向下的概率是相等的．(2)分子在做无规则运动,造成其速率有大有小．温度升高时，所有分子热运动的平均速率增大,即大部分分子的速率增大了，1．对统计规律的理解（1)个别事件的出现具有偶然因素,但大量事件出现的机会，却遵从一定的统计规律．（2）从微观角度看,由于气体是由数量极多的分子组成的，这些分子并没有统一的运动步调，单独来看，各个分子的运动都是不规则的，带有偶然性，但从总体来看，大量分子的运动却具有一定的规律．2．如何正确理解气体分子运动的特点（1)气体分子距离大（约为分子直径的10倍），分子力非常小(可忽略），可以自由运动，所以气体没有一定的体积和形状．(2)分子间的碰撞十分频繁，频繁的碰撞使每个分子速度的大小和方向频繁地发生改变,造成气体分子做杂乱无章的热运动，因此气体分子沿各个方向运动的机会(概率)相等．（3)大量气体分子的速率分布呈现中间多(占有分子数目多)、两头少（速率大或小的分子数目少）的规律．(4)当温度升高时，“中间多”的这一“高峰”向速率大的一方移动，即速度大的分子数目增多，速率小的分子数目减小，分子的平均速率增大，分子的热运动剧烈，定量的分析表明理想气体的热力学温度T与分子的平均动能错误!k成正比，即T＝a错误!k，因此说，温度是分子平均动能的标志．【例】(多选)根据气体分子动理论，气体分子运动的剧烈程度与温度有关，下列表格中的数据是研究氧气分子速率分布规律而列出的．依据表格内容，以下四位同学所总结的规律正确的是（)A．不论温度多高，速率很大和很小的分子总是少数B．温度变化，表现出“中间多、两头少”的分布规律要改变C．某一温度下,速率都在某一数值附近,离开这个数值越远，分子越少D．温度增加时，速率小的分子数减少了ACD［温度变化,表现出“中间多、两头少”的分布规律是不会改变的,选项B错误；由气体分子运动的特点和统计规律可知，选项A、C、D描述正确．]气体分子速率分布规律(1）不同的气体在不同的温度下,该曲线是不同的,即使对同一种气体,由于温度不同，曲线也不相同，并且温度升高，速率大的分子所占的比率增加，速率小的分子所占的比率减小．(2）温度升高，气体分子的平均速率变大，但具体到某一个气体分子,速率可能变大也可能变小，无法确定．[跟进训练](多选)如图所示是氧气在0 ℃和100 ℃两种不同温度下，各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子的速率间的关系．由图可知下列说法正确的是（）A．100 ℃的氧气，速率大的分子比例较多B．具有最大比例的速率区间，0 ℃时对应的速率大C．温度越高，分子的平均速率越大D．在0 ℃时，也有一部分分子的速率比较大，说明气体内部有温度较高的区域AC［同一温度下，中等速率大的氧气分子数所占的比例大．温度升高时，速率大的氧气分子数增加，使得氧气分子的平均速率增大,100 ℃的氧气，速率大的分子比例较多，由图像可知，0 ℃时的最大比例值大，但对应的分子速率小于100 ℃时的情况，A正确，B错误；温度升高，分子的运动加剧，使得氧气分子的平均速率增大,C正确；温度是分子平均动能的标志，与个别分子速率大小无关，气体内部温度相同,D错误．］1．某种气体在不同温度下的分子速率分布曲线如图所示，f （v）表示分子速率v附近单位速率区间内的分子数百分率。
2.3气体的等压变化和等容变化 教案
2.3气体的等压变化和等容变化〖教材分析〗本课知识主要分为四部分，其中气体的等压、等容变化与前面学习的等温变化，合为气体的三变化。
学生可能遇到的问题是气体变化规律解决实际问题，产生这一问题的原因是不会判断气体变化是等温、等容还是等压变化。
解决这一问题的方法就是多练，使学生掌握每一种变化情况。
结合三个规律的局限性，建立了理想气体模型，进而从微观上解释了气体实验定律。
〖教学目标与核心素养〗物理观念∶能建立等压过程、等容过程的物理观念，理解这两个过程状态参量的变化。
科学思维∶知道理想气体是一种理想化的物理模型，现实中并不存在，具有建构“理想化的物理模型”的意识。
科学探究：具有与他人交流成果，讨论问题的意识。
科学态度与责任∶理解物理概念的建立的过程和规律；感悟自然界的统一、和谐美；认识到气体实验的规律可以从微观解释，也可以从宏观来感受。
〖教学重难点〗教学重点：盖—吕萨克和查理定律的理解和计算。
教学难点：盖—吕萨克和查理定律的理解和计算，以及图像问题。
〖教学准备〗多媒体课件等。
〖教学过程〗一、新课引入烧瓶上通过橡胶塞连接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱。
用手捂住烧瓶，会观察到水柱缓慢向外移动，这说明了什么?实验表明：温度升高时，为了保持气体的压强不变的情况下，气体的体积要随温度的升高而增大。
二、新课教学（一）气体的等压变化1.等压变化的概念温度，压强和体积是气体的三个状态参量，对于一定质量的某种气体，让温度不变，研究压强与体积的变化关系，就是之前学习的等温变化，那如果换成压强不变，研究体积随温度的变化，那就是等压变化。
即一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度变化的过程叫作气体的等压变化。
实验表面，在V —T 图像中，等压线是一条过原点的直线。
对于一定质量的气体，温度不变时，压强越大，体积就越小。
2.盖—吕萨克定律法国科学家盖—吕萨克通过研究发现这一线性关系。
得出结论：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比。
物理教案(人教版选修3-3)8.3 气体 理想气体的状态方程
8.3 气体理想气体的状态方程三维教学目标1、知识与技能（1）初步理解“理想气体”的概念；（2）掌握运用玻意耳定律和查理定律推导理想气体状态方程的过程，熟记理想气体状态方程的数学表达式，并能正确运用理想气体状态方程解答有关简单问题；（3）熟记盖·吕萨克定律及数学表达式，并能正确用它来解答气体等压变化的有关问题。
2、过程与方法：通过推导理想气体状态方程及由理想气体状态方程推导盖·吕萨克定律的过程，培养学生严密的逻辑思维能力。
3、情感、态度与价值观：通过用实验验证盖·吕萨克定律的教学过程，使学生学会用实验来验证成正比关系的物理定律的一种方法，并对学生进行“实践是检验真理唯一的标准”的教育。
教学重点：理想气体的状态方程是本节课的重点，因为它不仅是本节课的核心内容，还是中学阶段解答气体问题所遵循的最重要的规律之一；教学难点：对“理想气体”这一概念的理解是本节课的一个难点，因为这一概念对中学生来讲十分抽象，而且在本节只能从宏观现象对“理想气体”给出初步概念定义，只有到后两节从微观的气体分子动理论方面才能对“理想气体”给予进一步的论述。
另外在推导气体状态方程的过程中用状态参量来表示气体状态的变化也很抽象，学生理解上也有一定难度。
教学教具：气体定律实验器、烧杯、温度计等。
教学过程：第三节气体·理想气体的状态方程（一）引入新课前面我们学习的玻意耳定律是一定质量的气体在温度不变时，压强与体积变化所遵循的规律，而查理定律是一定质量的气体在体积不变时，压强与温度变化时所遵循的规律，即这两个定律都是一定质量的气体的体积、压强、温度三个状态参量中都有一个参量不变，而另外两个参量变化所遵循的规律，若三个状态参量都发生变化时，应遵循什么样的规律呢？这就是我们今天这节课要学习的主要问题。
（二）新课教学1、关于“理想气体”概念的教学提问：（1）玻意耳定律和查理定律是如何得出的？即它们是物理理论推导出来的还是由实验总结归纳得出来的？（由实验总结归纳得出的）（2）这两个定律是在什么条件下通过实验得到的？（温度不太低（与常温比较）和压强不太大（与大气压强相比）的条件得出的）在初中我们就学过使常温常压下呈气态的物质（如氧气、氢气等）液化的方法是降低温度和增大压强。
高中物理第二章固体液体和气体习题课理想气体状态方程与气体实验定律的应用教学案.doc
习题课 理想气体状态方程与气体实验定律的应用[目标定位] 1.掌握理想气体状态方程，并能利用它分析解决实际问题.2.会巧妙地选择研究对象，使变质量问题转化为一定质量的气体问题.3.理解液柱移动问题的分析方法．一、变质量问题分析变质量问题时，可以通过巧妙选择合适的研究对象，使这类问题转化为定质量的气体问题，从而用气体实验定律或理想气体状态方程解决．以常见的两类问题举例说明： 1．打气问题向球、轮胎中充气是一个典型的气体变质量的问题．只要选择球内原有气体和即将打入的气体作为研究对象，就可以把充气过程中的气体质量变化的问题转化为定质量的气体状态变化问题． 2．抽气问题从容器内抽气的过程中，容器内的气体质量不断减小，这属于变质量问题．分析时，将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，质量不变，故抽气过程可看作是气体膨胀的过程．例1 一只两用活塞气筒的原理如图1所示(打气时如图甲所示，抽气时如图乙所示)，其筒内体积为V 0，现将它与另一只容积为V 的容器相连接，容器内的空气压强为p 0，当分别作为打气筒和抽气筒时，活塞工作n 次后，在上述两种情况下，容器内的气体压强分别为(大气压强为p 0)( )图1A ．np 0，1np 0B.nV 0V p 0，V 0nVp 0C ．(1＋V 0V)np 0，(1＋V 0V)np 0 D ．(1＋nV 0V )p 0，(V V ＋V 0)np 0 答案 D解析 打气时，活塞每推动一次，把体积为V 0，压强为p 0的气体推入容器内，若活塞工作n 次，就是把压强为p 0，体积为nV 0的气体压入容器内，容器内原来有压强为p 0，体积为V 的气体，根据玻意耳定律得：p 0(V ＋nV 0)＝p ′V .所以p ′＝V ＋nV 0V p 0＝(1＋n V 0V)p 0. 抽气时，活塞每拉动一次，把容器中的气体的体积从V 膨胀为V ＋V 0，而容器的气体压强就要减小，活塞推动时，将抽气筒中的V 0气体排出，而再次拉动活塞时，将容器中剩余的气体从V 又膨胀到V ＋V 0，容器内的压强继续减小，根据玻意耳定律得： 第一次抽气p 0V ＝p 1(V ＋V 0)，p 1＝VV ＋V 0p 0.活塞工作n 次，则有：p n ＝(VV ＋V 0)np 0.故正确答案为D.二、液柱移动问题液柱移动问题常使用假设推理法：根据题设条件，假设液柱不动，运用相应的物理规律及有关知识进行严谨的推理，得出正确的答案． 常用推论有两个：(1)查理定律的分比形式：Δp ΔT ＝p T 或Δp ＝ΔTT p .(2)盖·吕萨克定律的分比形式：ΔV ΔT ＝V T 或ΔV ＝ΔTTV .例2 两个容器A 、B ，用截面均匀的水平细玻璃管连通，如图2所示，A 、B 所装气体的温度分别为17 ℃和27 ℃，水银柱在管中央平衡，如果两边温度都升高10 ℃，则水银柱将 ( )图2A ．向右移动B ．向左移动C ．不动D ．条件不足，不能确定答案 A解析 假设水银柱不动，A 、B 气体都做等容变化：由Δp ＝ΔT T p 知Δp ∝1T，因为T A ＜T B ，所以Δp A ＞Δp B ，所以水银柱向右移动．三、理想气体状态方程 1．理想气体的状态方程一定质量的某种理想气体，由初状态(p 1、V 1、T 1)变化到末状态(p 2、V 2、T 2)时，各量满足：p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2. 2．气体的三个实验定律是理想气体状态方程的特例 (1)当T 1＝T 2时，p 1V 1＝p 2V 2(玻意耳定律)． (2)当V 1＝V 2时，p 1T 1＝p 2T 2(查理定律)． (3)当p 1＝p 2时，V 1T 1＝V 2T 2(盖·吕萨克定律)． 3．应用理想气体状态方程解题的一般思路(1)确定研究对象(某一部分气体)，明确气体所处系统的力学状态(是否具有加速度)． (2)弄清气体状态的变化过程．(3)确定气体的初、末状态及其状态参量，并注意单位的统一． (4)根据题意，选用适当的气体状态方程求解． (5)分析讨论所得结果的合理性及其物理意义．例3 如图3所示，粗细均匀一端封闭一端开口的U 形玻璃管，当t 1＝31 ℃，大气压强p 0＝76 cmHg 时，两管水银面相平，这时左管被封闭的气柱长L 1＝8 cm ，则当温度t 2是多少时，左管气柱L 2为9 cm?图3答案 78 ℃解析 初状态：p 1＝p 0＝76 cmHg ，V 1＝L 1·S ＝8 cm·S ，T 1＝304 K ；末状态：p 2＝p 0＋2 cmHg ＝78 cmHg ，V 2＝L 2·S ＝9 cm·S ，T 2＝？根据理想气体状态方程p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2代入数据得：76 cmHg×8 cm·S 304 K ＝78 cmHg×9 cm·ST 2解得：T 2＝351 K ，则t 2＝(351－273) ℃＝78 ℃.例4 如图4甲所示,一导热性能良好、内壁光滑的气缸水平放置，横截面积为S ＝2×10－3m 2、质量为m ＝4 kg 、厚度不计的活塞与气缸底部之间封闭了一部分理想气体，此时活塞与气缸底部之间的距离为24 cm ，在活塞的右侧12 cm 处有一对与气缸固定连接的卡环，气体的温度为300 K ，大气压强p 0＝1.0×105Pa.现将气缸竖直放置，如图乙所示，取g ＝10 m/s 2.求：图4(1)活塞与气缸底部之间的距离； (2)加热到675 K 时封闭气体的压强． 答案 (1)20 cm (2)1.5×105Pa 解析 (1)p 1＝p 0＝1×105PaT 1＝300 K ，V 1＝24 cm×S p 2＝p 0＋mgS ＝1.2×105 PaT 1＝T 2，V 2＝HS由p 1V 1＝p 2V 2 解得H ＝20 cm.(2)假设活塞能到达卡环处，则T 3＝675 K ，V 3＝36 cm×S由p 2V 2T 2＝p 3V 3T 3得p 3＝1.5×105Pa>p 2＝1.2×105Pa所以活塞到达卡环处，气体压强为1.5×105Pa.1．(变质量问题)某种喷雾器的贮液筒的总容积为7.5 L ，如图5所示，装入6 L 的药液后再用密封盖将贮液筒密封，与贮液筒相连的活塞式打气筒每次能压入300 cm 3、1 atm 的空气，设整个过程温度保持不变，求：(1)要使贮液筒中空气的压强达到4 atm ，打气筒应打压几次？(2)在贮液筒中空气的压强达到4 atm 时，打开喷嘴使其喷雾，直到内外气体压强相等，这时筒内还剩多少药液？图5答案 (1)15 (2)1.5 L解析 (1)设每打一次气，贮液筒内增加的压强为p由玻意耳定律得：1 atm×300 cm 3＝1.5×103cm 3×p ，p ＝0.2 atm 需打气次数n ＝4－10.2＝15(2)设停止喷雾时贮液筒内气体体积为V 由玻意耳定律得：4 atm×1.5 L＝1 atm ×VV ＝6 L故还剩药液7.5 L －6 L ＝1.5 L.2．(液柱移动问题)如图6所示，两端封闭、粗细均匀、竖直放置的玻璃管内，有一长为h 的水银柱，将管内气体分为两部分．已知l 2＝2l 1.若使两部分气体同时升高相同的温度，管内水银柱将如何移动？(原来温度相同)图6答案 向上移动 解析 (1)假设法假设升温后水银柱不动，两部分气体都做等容变化，分别对两部分气体应用查理定律： 上段：p 2T 2＝p 2′T 2′，所以p 2′＝T 2′T 2p 2.Δp 2＝p 2′－p 2＝⎝⎛⎭⎪⎫T 2′T 2－1p 2＝ΔT 2T 2p 2.同理，下段：Δp 1＝ΔT 1T 1p 1.又因为ΔT 2＝ΔT 1，T 1＝T 2，p 1＝p 2＋h cmHg ＞p 2， 所以Δp 1＞Δp 2，即水银柱向上移动．(2)图象法在同一p －T 图象上画出两段气柱的等容线，如图所示．因在温度相同时，p 1＞p 2，得气柱l 1等容线的斜率较大．当两气柱升高相同的温度ΔT 时，其压强的增量Δp 1＞Δp 2，所以水银柱向上移动．3．(理想气体状态方程)钢筒内装有3 kg 气体，温度是－23 ℃，压强为4 atm ，如果用掉1 kg 后温度升高到27 ℃，求筒内气体压强． 答案 3.2 atm解析 将筒内气体看作理想气体，以2 kg 气体为研究对象，设钢筒的容积为V ， 初状态：p 1＝4 atm ，V 1＝2V3，T 1＝250 K ，末状态：V 2＝V ，T 2＝300 K ， 由理想气体状态方程得：p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2， 筒内压强：p 2＝p 1V 1T 2V 2T 1＝4×23×300250atm ＝3.2 atm.4．(理想气体状态方程的综合应用)如图7所示，一气缸竖直放置，横截面积S ＝50 cm 2、质量m ＝10 kg 的活塞将一定质量的气体封闭在缸内，气体柱长h 0＝15 cm ，活塞用销子销住，缸内气体的压强p 1＝2.4×105Pa ，温度177 ℃.现拔去活塞销s (不漏气)，不计活塞与气缸壁的摩擦．当活塞速度达到最大时，缸内气体的温度为57 ℃，外界大气压为1.0×105Pa.求：此时气体柱的长度h .图7答案 22 cm解析 当活塞速度达到最大时，活塞受力平衡p 2＝p 0＋mg S ＝(1.0×105＋10×1050×10－4) Pa ＝1.2×105Pa根据理想气体状态方程：p 1V 1T 1＝p 2V 2T 22.4×105×15177＋273＝1.2×105×h57＋273解得h ＝22 cm.题组一 变质量问题1．空气压缩机的储气罐中储有1.0 atm 的空气6.0 L ，现再充入1.0 atm 的空气9.0 L ．设充气过程为等温过程，则充气后储气罐中气体压强为( ) A ．2.5 atm B ．2.0 atm C ．1.5 atm D ．1.0 atm答案 A解析 初状态：p 1＝1.0 atm ，V 1＝(6.0＋9.0) L ＝15.0 L 末状态：p 2，V 2＝6.0 L 根据玻意耳定律p 1V 1＝p 2V 2得p 2＝p 1V 1V 2，代入数据得p 2＝2.5 atm ，故A 项正确，B 、C 、D 项均错．2．某自行车轮胎的容积为V ，里面已有压强为p 0的空气，现在要使轮胎内的气压增大到p ，设充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，轮胎容积保持不变，则还要向轮胎充入温度相同、压强也是p 0的空气的体积为( ) A.p 0pV B.p p 0V C ．(p p 0－1)V D ．(p p 0＋1)V答案 C解析 取充入空气后的轮胎内的空气为研究对象，设充入空气的体积为V ′，则初态p 1＝p 0，V 1＝V ＋V ′；末态p 2＝p ，V 2＝V ，由玻意耳定律可得：p 0(V ＋V ′)＝pV ， 解得：V ′＝(pp 0－1)V ，故选项C 正确．3．容积为20 L 的钢瓶内，贮有压强为1.5×107Pa 的氧气．打开钢瓶的阀门，将氧气分装到容积为5 L 的氧气袋中(袋都是真空的)，充气后的钢瓶和氧气袋中氧气的压强都是1.0×106Pa ，设充气过程不漏气，环境温度不变，则这瓶氧气最多可分装 ( ) A ．60袋B ．56袋C ．50袋D ．40袋答案 B解析 设可分装n 袋，取全部气体研究，据玻意耳定律有：p 1V ＝p 2V ＋np 2V 0 1．5×107Pa×20 L＝1.0×106Pa×20 L＋n ×1.0×106Pa×5 L， 解得n ＝56，B 选项正确．4．用打气筒将压强为1 atm 的空气打进自行车胎内，如果打气筒容积ΔV ＝500 cm 3，轮胎容积V ＝3 L ，原来压强p ＝1.5 atm.现要使轮胎内压强变为p ′＝4 atm ，问用这个打气筒要打气几次(设打气过程中空气的温度不变)( ) A ．5次 B ．10次 C ．15次 D ．20次答案 C解析 因为温度不变，可应用玻意耳定律的分态气态方程求解．pV ＋np 1ΔV ＝p ′V ，代入数据得1．5 atm×3 L＋n ×1 atm×0.5 L＝4 atm×3 L，解得n ＝15. 题组二 液柱移动问题5.两端封闭、内径均匀的直玻璃管水平放置，如图1所示．V 左<V 右，温度均为20 ℃，现将右端空气柱温度降为0 ℃，左端空气柱温度降为10 ℃，则管中水银柱将( )图1A ．不动B ．向左移动C ．向右移动D ．无法确定是否移动答案 C解析 设降温后水银柱不动，则两段空气柱均为等容变化，初始状态左右压强相等，即p 左＝p 右＝p对左端空气柱Δp 左ΔT 左＝p 左T 左，则Δp 左＝ΔT 左T 左p 左＝10293p同理右端空气柱Δp 右＝20293p所以Δp 右>Δp 左，即右侧压强降低得比左侧多，故水银柱向右移动，选项C 正确． 6.如图2所示，玻璃管内封闭了一段气体，气柱长度为l ，管内外水银面高度差为h ，若温度保持不变，把玻璃管稍向上提起一段距离，则 ( )图2A ．h 、l 均变大B ．h 、l 均变小C ．h 变大，l 变小D ．h 变小，l 变大 答案 A题组三 理想气体状态方程7．一定质量的理想气体，在某一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p 1、V 1、T 1，在另一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p 2、V 2、T 2，下列关系正确的是( ) A ．p 1＝p 2，V 1＝2V 2，T 1＝12T 2B ．p 1＝p 2，V 1＝12V 2，T 1＝2T 2C ．p 1＝2p 2，V 1＝2V 2，T 1＝2T 2D ．p 1＝2p 2，V 1＝V 2，T 1＝2T 2 答案 D解析 由理想气体状态方程p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2可判断，只有D 项正确． 8．(多选)一定质量的理想气体，初始状态为p 、V 、T .经过一系列状态变化后，压强仍为p ，则下列过程中可以实现的是( ) A ．先等温膨胀，再等容降温 B ．先等温压缩，再等容降温 C ．先等容升温，再等温压缩 D ．先等容降温，再等温压缩 答案 BD解析 质量一定的理想气体状态无论怎样变化，其pV /T 的值都不改变．A 项中，T 不变，V 增大，则压强p 减小；之后V 不变，T 降低，则压强p 减小；压强降了再降，不可能回到初态压强，A 项不可能实现．B 项中，T 不变，V 减小，则压强p 增大；之后V 不变，T 降低，则压强p 减小；压强先增后减，可能会回到初态压强，即B 项正确．C 项中，V 不变，T 升高，则压强p 增大；之后T 不变，V 减小，则压强p 增大；压强增了再增，末态压强必大于初态压强，C 项不可能实现．D 项中，V 不变，T 降低，则p 减小；之后T 不变，V 减小，则压强p 增大；压强先减后增，末态压强可能等于初态压强，D 项正确．9.一定质量的理想气体，经历了如图3所示的状态变化1→2→3过程，则三个状态的温度之比是( )图3A ．1∶3∶5B ．3∶6∶5C ．3∶2∶1D ．5∶6∶3 答案 B解析 由pV T＝C 得T 1∶T 2∶T 3＝3∶6∶5，故选项B 正确．10．一定质量的理想气体由状态A 变为状态D ，其有关数据如图4甲所示，若气体在状态D 的压强是2×104Pa.图4(1)求状态A 的压强；(2)请在乙图中画出该状态变化过程的p －T 图象，并分别标出A 、B 、C 、D 各个状态． 答案 (1)4×104Pa (2)见解析 解析 (1)根据理想气体状态方程：p A V A T A ＝p D V DT D则p A ＝p D V D T A V A T D ＝2×104×4×2×1021×4×102Pa ＝4×104 Pa. (2)A →B 是等容变化 由查理定律p A T A ＝p BT B得p B ＝T B T A p A ＝8×1022×102×4×104 Pa ＝1.6×105PaB →C 是等温变化由玻意耳定律p B V B ＝p C V C 得p C ＝p B V B V C ＝1.6×105×14Pa ＝4×104 Pa C →D 是等容变化p D ＝2×104 Pa T D ＝4×102 Kp －T 图象及A 、B 、C 、D 各个状态如图所示．题组四 理想气体状态方程的综合应用11.如图5所示，竖直放置在水平面上的气缸，其缸体质量M ＝10 kg ，活塞质量m ＝5 kg ，横截面积S ＝2×10－3 m 2，活塞上部的气缸里封闭一部分理想气体，下部有气孔a 与外界相通，大气压强p 0＝1.0×105 Pa ，活塞的下端与劲度系数k ＝2×103 N/m 的弹簧相连．当气缸内气体温度为127 ℃时，弹簧的弹力恰好为零，此时缸内气柱长为L ＝20 cm.求当缸内气体温度升高到多少时，气缸对地面的压力为零．(g 取10 m/s 2，活塞不漏气且与气缸壁无摩擦)图5答案 827 ℃解析 缸内气体初态：V 1＝LS ＝20S ，p 1＝p 0－mg S＝7.5×104 Pa ， T 1＝(273＋127) K ＝400 K.末态：p 2＝p 0＋Mg S ＝1.5×105 Pa.气缸和活塞整体受力平衡：kx ＝(m ＋M )g ，则x ＝(m ＋M )g k＝0.075 m ＝7.5 cm. 缸内气体体积V 2＝(L ＋x )S ＝27.5S ，对缸内气体根据理想气体状态方程有p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2，即7.5×104 Pa×20S 400 K ＝1.5×105Pa×27.5S T 2， 解得：T 2＝1 100 K ，即t ＝827 ℃12．如图6甲所示，水平放置的气缸内壁光滑，活塞厚度不计，在A 、B 两处设有限制装置，使活塞只能在A 、B 之间运动，B 左面气缸的容积为V 0，A 、B 之间的容积为0.1V 0.开始时活塞在B 处，缸内气体的压强为0.9p 0(p 0为大气压强)，温度为297 K ，现缓慢加热气缸内的气体，直至达到399.3 K ．求：甲 乙图6(1)活塞刚离开B 处时的温度T B ；(2)缸内气体最后的压强p ；(3)在图乙中画出整个过程的p －V 图象．答案 (1)330 K (2)1.1p 0 (3)见解析图 解析 (1)气缸内的气体初态时p 1＝0.9p 0，V 1＝V 0，T 1＝297 K ．当活塞刚离开B 处时，气体的状态参量p 2＝p 0，V 2＝V 0，T 2＝T B .根据p 1T 1＝p 2T 2，得0.9p 0297＝p 0T B，所以T B ＝330 K. (2)随着温度不断升高，活塞最后停在A 处，此时气体的状态参量p 4＝p ，V 4＝1.1V 0，T 4＝399.3 K ．根据p 1V 1T 1＝p 4V 4T 4，得0.9p 0V 0297＝1.1pV 0399.3，解得p ＝1.1p 0. (3)随着温度的升高，当活塞恰好停在A 处时，气体的状态参量p 3＝p 0，V 3＝1.1V 0，T 3＝T A ，由p 1V 1T 1＝p 3V 3T 3得0.9p 0V 0297＝1.1p 0V 0T A，解得T A ＝363 K ．综上可知，气体在温度由297 K 升高到330 K 过程中，气体做等容变化；由330 K 升高到363 K 过程中，气体做等压变化；由363 K 升高到399.3 K 过程中，气体做等容变化．故整个过程的p －V 图象如图所示．。
新高二物理【3～4】气体的实验定律
新高二物理【3～4】气体的实验定律 2011.7一、概念和规律1. 气体的状态和状态参量.我们在研究气体的热学性质时，所研究的对象是盛放在容器中的一定质量的气体.当气体的体积、压强、温度这三个物理量都被确定时，一定质量的气体的状态也就是确定的.如果气体的体积、压强、温度这三个量发生了变化，就会使气体从一个平衡状态变化到另一个平衡状态.气体的体积、压强和温度这三个物理量是用来描述气体物理状态的，叫做气体的状态参量.2. 气体的三个实验定律(1) 玻意耳定律(等温过程)：一定质量的气体，保持温度不变，则在状态变化时其压强和体积的乘积保持不变.当ΔT ＝0时，p 1V 1＝p 2V 2.(2) 查理定律(等容过程)：一定质量的气体，保持体积不变，则在状态变化时其压强与热力学温度成正比.当ΔV ＝0时，2211T p T p =. 推论： 11P P T T ∆=∆ 1273t o t p p ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭(3) 盖·吕萨克定律(等压过程)：一定质量的气体，保持压强不变，则在状态变化时其体积与热力学温度成正比.当Δp ＝0时，2211T V T V =. 推论： 11V V T T ∆=∆ 1273t o t V V ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭二、练习题（g ＝10m ／s 2） （一）三个状态参量的计算1．（多选题）关于热力学温标的说法，正确的是 ( )A ．热力学温标的零度是－273℃，叫做绝对零度B ．气体温度趋近于绝对零度时，其体积为零C ．热力学温度的每1度大小跟摄氏温度的每1度大小相同D ．热力学温度的每1度大于摄氏温度的每1度2. （单选题）关于气体的体积,下列说法中正确的是 ( ) 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反比 C. 气体的体积就是所有气体分子体积的总和 D. 气体的体积是指气体分子所能达到的空间3．（单选题）将一支质量可忽略的薄玻璃试管的开口端竖直地插入液体中，在压力F 的作用下试管保持静止，这时管内外液面高度差是H ，如图所示．那么H 值的大小跟下列物理量无关的是 ( ) A ．管子的半径r B ．大气压强p 0C ．液体密度ρoD ．压力F4. （单选题）如图所示，一端封闭的竖直放置的U 形管，封闭端A 有一段空气柱，开端B 汞柱内有一段空气柱h 2cm ，压强p B ，管中各段汞柱高度均以厘米为单位。
高中物理—气体实验定律
一、玻意耳定律（等温变化）一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积成______；其数学表达式为_______________ 【答案】反比；p 1V 1＝p 2V 2二、查理定律（等容变化）1、采用热力学温标时，表述为：一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强与热力学温度成______．其数学表达式为____________．2、采用摄氏温标时，表述为：一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度每升高（或降低）1℃，增加（或减少）的压强等于它在___________． 【答案】正比；1212p p T T =；0℃时压强的1/273；三、盖·吕萨克定律（等压变化）1、采用热力学温标时，可表述为：一定质量的气体，在压强不变的情况下，它的体积与热力学温度成______．其数学表达式为____________． 【答案】正比；1212V V T T =；四、理想气体能够严格遵守________________________的气体叫做理想气体．在___________、__________时，实际气体可看作理想气体．【答案】气体实验定律；压强不太大、温度不太低知识点回顾气体实验定律一、一定质量的理想气体的等温变化——玻意耳定律1、气体实验定律使用条件：压强不太大，温度不太低的气体。
2、一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比（压强跟体积的乘积不变）。
公式为：2211VpVp=或者CpV=（C为一与温度有关的定值）微观解释：一定质量的气体，温度一定时，分子的平均动能不变，若体积减小，单位体积内的分子数增加，气体的压强就增大了。
3、气体等温变化的图像说明：①等温线在Vp-图像中是反比例函数的一支；在Vp1-图像中是正比例函数图像。
②一定质量的理想气体：不同的等温线表示的温度不同，在Vp-图像中，12TT>，在Vp1-图像中12TT>③在Vp-图像中等温线上每点与两坐标轴围成的矩形的面积相等。
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气体实验定律物理教案
知识目标
1、知道什么是等温变化，知道玻意耳定律的实验装置和实验过程，掌握玻意耳定律的内容与公式表达.
2、知道什么是等容变化，了解查理定律的实验装置和实验过程，掌握查理定律的内容与公式表达.
3、掌握三种基本图像，并能通过图像得到相关的物理信息.
能力目标
通过实验培养学生的观察能力和实验能力以及分析实验结果得出结论的能力.
情感目标
通过实验，培养学生分析问题和解决问题的能力，同时树立理论联系实际的观点.
教学建议
教材分析
本节的内容涉及三个实验定律：玻意耳定律、查理定律和盖·吕萨克定律.研究压强、体积和温度之间的变化关系，教材深透了一般物理研究方法——“控制变量法”：在研究两个以上变量的关系时，往往是先研究其中两个变量间的关系，保持其它量不变，然后综合起来得到所要研究的几个量之间的关系，在牛顿第二定律、力矩的平衡、单摆周期确定等教学中，我们曾经几次采用这种方法.
教法建议
通过演示实验，及设定变量的方法得到两个实验定律;注意定律成立的条件.提高学生对图像的分析能力.
教学设计方案
教学用具：验证玻意耳定律和查理定律的实验装置各一套.
教学主要过程设计：在教师指导下学生认识实验并帮助记录数据，在教师启发下学生自己分析总结、推理归纳实验规律.。