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(共33張PPT)
第四節 科學探究：氣體壓強與體積的關系
教學課件
Teaching Courseware
20XX.XX.XX
第一章 分子動理論與氣體實驗定律
高中物理魯科版（2019）選擇性必修第三冊
PART.1
PART.2
PART.3
PART.4
素養目標
新課講解
新課導入
經典例題
目錄
CONTENTS
PART.2
PART.4
課堂練習
課堂小結
1.運用控制變量法設計實驗，通過實驗探究一定質量的氣體在溫度不變時壓強和體積的關系。
2.通過實驗培養學生觀察、分析和歸納能力。
3.激發學生對物理實驗探究的興趣，培養學生科學探究精神和團隊合作意識。
素養目標
新課導入
在生產生活中，有許多現象與氣體的狀態及其變化有關。
氦氣球升空時，隨著高度的增加，球內氣體的壓強、溫度和體積都在變化。
新課講解
New lesson explanation
新課講解
一、氣體的狀態參量
對一定質量的氣體，其宏觀狀態通常可用體積V、溫度T和壓強p 這三個物理量來描述，這些描述系統狀態的物理量稱為系統的狀態參量。
（1）氣體的體積
氣體的體積是指氣體分子能夠到達的空間，氣體具有很強的流動性，它總能充滿整個容器，因此，氣體的體積通常就等于容器的容積。
（2）氣體的溫度
溫度是描述物體冷熱程度的物理量，也是物體內分子平均動能的標志。
新課講解
①氣體溫度的高低，取決于氣體分子無規則運動的劇烈程度。
氣體分子無規則運動加劇，分子平均動能增大，氣體溫度升高；
氣體分子無規則運動減弱，分子平均動能減小，氣體溫度降低。
②溫度的標定方法。
攝氏溫度：
標準大氣壓下冰水混合物的溫度標定為 0 0C ，水的沸騰溫度標定為 100 0C ，把 0-100 0C之間劃分為 100 等份，每一等份表示 1 0C并以此比例往 0 0C以下和 100 0C以上擴展。
用攝氏溫標表示的溫度稱為攝氏溫度，用符號 t 表示，單位是攝氏度，符號為0C。
新課講解
熱力學溫度：
溫度的國際單位是熱力學溫度的單位開爾文，符號為K。
熱力學溫度與攝氏溫度的關系是
T=t+273.15
（3）氣體的壓強
1.定義：氣體內部各個方向都存在壓強，這種壓強稱為氣體壓強，簡稱氣壓。
2.氣體壓強產生的原因：大量氣體分子的頻繁撞擊，會使容器壁受到一個穩定的壓力，從而產生壓強。
3.氣體壓強大小的決定因素：氣體的壓強與氣體溫度和單位體積的分子數有關，溫度越高，單位體積內的分子數越多，氣體的壓強越大。
新課講解
二、氣體壓強的解釋
模擬氣壓的產生
如圖所示，在玻璃筒內裝入一些塑料小球代表氣體分子，在小球上面放一輕質活塞，用電動機帶動振動器使小球運動。當電動機啟動后，活塞受小球的撞擊，懸浮在一定的高度。改變電動機的轉速，觀察活塞高度的變化。保持電動機的轉速不變，增加塑料小球的數目再觀察活塞高度的變化。
氣體內部各個方向都存在壓強，這種壓強稱為氣體壓強，簡稱氣壓。
新課講解
容器中的氣體分子在做無規則運動時，容器壁受到分子的頻繁撞擊。每個分子撞擊容器壁產生的力是短暫的、不連續的，但大量分子的頻繁撞擊，就會使容器壁受到一個穩定的壓力，從而產生壓強。
①活塞懸浮一定的高度
②電機轉速變大，小球速率增加、活塞高度越高
③小球數量越多，小球撞擊越頻繁、活塞高度越高
氣體分子的運動是無規則的，氣體分子向各個方向運動的概率相同，對容器壁各處的撞擊效果也相同，因此,氣體對容器壁的壓強處處相等。
新課講解
當氣體溫度升高時，高速率的氣體分子數增多，整體上分子運動更加劇烈，分子對容器壁的撞擊力加大且撞擊更加頻繁，使得氣體的壓強增大 [ 圖 ( a )]若單位體積內的分子數增加，氣體分子撞擊容器壁也會更加頻繁，使得氣體的壓強增大[ 圖 ( b )]
結論：氣體的壓強與氣體溫度和單位體積的分子數有關，溫度越高， 單位體積內的分子數越多，氣體的壓強越大。
新課講解
大氣壓強p0=76cmHg=1.01×105Pa ，封閉氣體壓強為p=？
（以下二圖都是平衡狀態）
h
mg
pS
p0·S
對液柱進行受力分析：
如果p0=76cmHg，則p=76-h cmHg：
新課講解
三、探究氣體壓強與體積的關系
（一）實驗目的
1、探究一定質量的氣體在溫度不變的條件下壓強與體積的關系。
2、學習氣體壓強的測量方法。
（二）實驗器材
探究氣體壓強與體積關系的實驗裝置（氣壓計、玻璃管、 鐵架臺、活塞等）。
（三）實驗原理與設計
如圖所示，以玻璃管內封閉的氣體為研究對象，可由氣壓計讀出管內氣體的壓強，從玻璃管的刻度上直接讀出管內氣體的體積。在保持氣體溫度不變的情況下，改變氣體的體積，測量多組數據即可研究氣體壓強與體積之間的關系。
新課講解
（四）實驗步驟
1、密封氣體：用橡膠套在注射器中密封一定質量的氣體(氣體的體積大約是注射器容積的一半)，或者在活塞上均勻地抹上一層輕質潤滑油。
2、把帶有壓力表的注射器固定在鐵架臺上。
3、收集實驗數據：空氣柱的壓強 p 可以從儀器上方的指針讀出，空氣柱的長度 l 可以在玻璃管側的刻度尺上讀出，空氣柱的長度 l 與橫截面積 S 的乘積就是它的體積 V。
新課講解
序號 1 2 3 4 5
V/m3
V－1/m－3
p/×105 Pa
5、完成實驗，拆下儀器并放回原處。
4、用手緩慢地把柱塞向下壓或向上拉，此時玻璃管中的氣體就是我們的實驗研究對象，其壓強為1.0×105 Pa，把體積、壓強的初始數據記錄下來；
新課講解
（五） 實驗數據及處理
O
V
p
O
V
p
T1
T2
O
1/V
p
O
1/V
p
T1
T2
以壓強p為縱坐標，以體積的倒數(1/V)為橫坐標作出p- 1/V 圖像。
結論：一定質量的氣體，在溫度不變的條件下，壓強與體積成反比。
新課講解
（六）注意事項
1．氣體質量一定：玻璃管要密封好，活塞上涂好潤滑油，防止漏氣。
2．溫度要保持不變，推拉活塞要緩慢，手不能握住玻璃管。
3．改變氣體的體積時，要緩慢進行，等穩定后再讀數。
4．不需要測氣柱的橫截面積。
5．作p－V-1圖像時，應使盡量多的實驗數據點落在直線上。
新課講解
系統誤差：
（1）不能保證不漏氣；
（2）不能保證氣體溫度不變
偶然誤差
讀數誤差，氣體的壓強和體積的讀取時存在誤差；
作圖誤差：描點作圖時存在誤差
（七）誤差分析
經典例題
Classic Example
經典例題
1.判斷對錯
(1) 熱力學溫度升高1 K與攝氏溫度升高1 ℃是等效的。( )
(2)氣體的壓強是由于大量氣體分子頻繁撞擊器壁產生的。( )
(3) 當溫度升高時，氣體壓強一定變大。( )
√
√
×
經典例題
2.夜間由于氣溫降低，汽車輪胎內的氣體壓強變低。與白天相比，夜間輪胎內的氣體( )
A.分子的平均動能更小
B.單位體積內分子的個數更少
C.所有分子的運動速率都更小
D.分子對輪胎內壁單位面積的平均作用力更大
經典例題
2.答案：A
解析：AC.夜間氣溫低，分子的平均動能更小，但不是所有分子的運動速率都更小，故A正確、C錯誤；
BD.由于汽車輪胎內的氣體壓強變低，輪胎會略微被壓癟，則單位體積內分子的個數更多，分子對輪胎內壁單位面積的平均作用力更小，BD錯誤。故選A。
經典例題
3.用豆粒模擬氣體分子，可以模擬氣體壓強產生的原理。如圖所示，從距秤盤80 cm高度把1000粒的豆粒連續均勻地倒在秤盤上，持續作用時間為1 s，豆粒彈起時豎直方向的速度變為碰前的一半。若每個豆粒只與秤盤碰撞一次，且碰撞時間極短（在豆粒與秤盤碰撞極短時間內，碰撞力遠大于豆粒受到的重力），已知1000粒的豆粒的總質量為100 g。則在碰撞過程中秤盤受到的壓力大小約為( )
A.0.2 N B.0.6 N C.1.0 N D.1.6 N
經典例題
課堂練習
Classroom Practice
課堂練習
課堂練習
課堂練習
課堂練習
2.一定質量的理想氣體，經等溫壓縮，氣體的壓強增大，用分子動理論的觀點分析，這是因為( )
A.氣體分子每次碰撞器壁的平均沖力增大
B.單位時間內單位面積器壁上受到氣體分子碰撞的次數增多
C.氣體分子的總數增加
D.分子的平均速率增加
課堂練習
2.答案：B
解析：AD.等溫壓縮過程中氣體的溫度不變，則氣體分子的平均速率不變，氣體分子每次碰撞器壁的平均沖力也不變，故A、D錯誤；BC.壓縮過程中氣體分子的總數不變，單位體積內的分子數增多，所以單位時間內單位面積器壁上受到氣體分子碰撞的次數增多，從而使氣體的壓強增大，故B正確、C錯誤。故選B。
課堂練習
課堂練習
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