－魯科版選修33 4.1 氣體實(shí)驗(yàn)定律 教案.docVIP

第1節(jié) 氣體實(shí)驗(yàn)定律 教案一、三維目標(biāo)了解氣體實(shí)驗(yàn)定律的實(shí)驗(yàn)條件、過(guò)程，學(xué)會(huì)研究物理問(wèn)題的重要方法控制變量（單因素）法，明確氣體實(shí)驗(yàn)定律表達(dá)式中各個(gè)字母的含意，引導(dǎo)學(xué)生抓住三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律的共性，使復(fù)習(xí)能夠事半功倍二、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(wèn)題，在氣體實(shí)驗(yàn)定律及運(yùn)用氣態(tài)方程的解題過(guò)程中，多數(shù)的難點(diǎn)問(wèn)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)的分析和計(jì)算，其實(shí)質(zhì)仍是力學(xué)問(wèn)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）列方程求解三、教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)（一）氣體的實(shí)驗(yàn)定律提問(wèn)：（1）氣體的三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律成立的條件是什么？（2）主要的實(shí)驗(yàn)思想是什么？很好，我們要會(huì)用文字、公式、圖線三種方式表述出氣體實(shí)驗(yàn)定律，更要注意定律成立的條件（1）一定質(zhì)量的氣體，壓強(qiáng)不太大，溫度不太高時(shí)（2）控制變量的方法對(duì)一定質(zhì)量的某種氣體，其狀態(tài)由p、v、t三個(gè)參量決定，如果控制t不變，研究p-v間的關(guān)系，即得到波意耳定律；如果控制v不變，研究p-t間的關(guān)系，即得到查理定律；如果控制p不變，研究v-t間的關(guān)系，即得到蓋呂薩克定律1等溫過(guò)程波意耳定律（1）內(nèi)容：（2）表達(dá)式： p1v1=p2v2（3）圖象波意耳定律的內(nèi)容是：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)和體積的乘積是恒量討論：上面的p-v圖中，a、b表示一定質(zhì)量的某種氣體的兩條等溫線，則ta tb（填、=、），試說(shuō)明理由說(shuō)明原因的過(guò)程中，學(xué)生討論后漸趨明朗有學(xué)生回答：從分子動(dòng)理論的角度說(shuō)，氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁碰撞器壁的結(jié)果，單位體積內(nèi)的分子數(shù)越多、分子運(yùn)動(dòng)的平均速率越大，壓強(qiáng)就越大在p-v圖象的兩條等溫線上，取體積相同的兩點(diǎn)c、d，因?yàn)槭且欢ㄙ|(zhì)量的氣體，所以單位體積內(nèi)的分子數(shù)相同；又從圖象上可知，pcpd，所以tdtc，則tbta小結(jié)：一定質(zhì)量的某種氣體的p-v圖象上的等溫線越向右上方，溫度越高，即pv的乘積越大例1m長(zhǎng)的粗細(xì)均勻的直玻璃管一端封閉，把它開(kāi)口向下豎直插入水中，管的一半露在水面外，大氣壓為76cmhg，求水進(jìn)入管中的高度引導(dǎo)學(xué)生討論：（1）此過(guò)程可視為等溫過(guò)程，應(yīng)用波意耳定律，那么如何確定一定質(zhì)量的氣體呢？（2）研究對(duì)象的初末態(tài)如何確定？（3）管插入水中一半時(shí)，管內(nèi)水面的高度應(yīng)是圖2-1-5中a、b、c的哪個(gè)位置？為什么解答：設(shè)玻璃管的橫截面積為s初態(tài)：玻璃管口和水面接觸但還沒(méi)有插入之時(shí)，此后管內(nèi)氣體為一定質(zhì)量的氣體p1=p0，v1=1s末態(tài)：管插入水中一半時(shí)，如圖2-1-5所示，位置c是合理的因?yàn)楣懿迦胨?，溫度一定，氣體體積減小，壓強(qiáng)增大，只有pcp0，所以c位置合理設(shè)進(jìn)入管內(nèi)的水柱的高度是x，則p2=p0+g（0.5-x），v2=（1-x）s，根據(jù)波意耳定律：p1v1=p2v2，所以p01s=p0+g（0.5-x）（1-x）s，得x=0.05m例一根長(zhǎng)度為1m，一端封閉的內(nèi)徑均勻的細(xì)直玻璃管，管內(nèi)用20cm長(zhǎng)的水銀柱封住一部分空氣當(dāng)管口向上豎直放置時(shí)，被封住的空氣柱長(zhǎng)49cm問(wèn)緩慢將玻璃旋轉(zhuǎn)，當(dāng)管口向下倒置時(shí)，被封住的空氣柱長(zhǎng)度是多少？假設(shè)p0=76cmhg，氣體溫度不變對(duì)例題5大多數(shù)學(xué)生做出如下解答：p1=p0+h=76+20=96（cmhg）v1=49sp2=p0-h=76-20=56（cmhg）v2=hsp1v1=p2v2所以h=84（cm）解答到此，有部分同學(xué)意識(shí)到此時(shí)空氣柱加水銀柱的長(zhǎng)度h+h=84+20=104（cm）已大于玻璃管的長(zhǎng)度1m了，說(shuō)明水銀早已經(jīng)溢出！所以，管倒置后，p2=p0-hv2=hs，h+h=l所以h=18.5（cm），h=81.5（cm）例內(nèi)徑均勻的u形管中裝入水銀，兩管中水銀面與管口的距離均為l=10cm，大氣壓強(qiáng)p0=75.8cmhg時(shí)，將右管口密封，如圖2-1-6所示，然后從左側(cè)管口處將一活塞緩慢向下推入管中，直到左右兩側(cè)水銀面高度差h=6cm時(shí)為止求活塞在管內(nèi)移動(dòng)的距離提問(wèn)：（1）緩慢向下推是什么意思？（2）本題中有左右兩部分定質(zhì)量的氣體，能分別寫(xiě)出它們初、末態(tài)的狀態(tài)參量嗎？（3）兩部分氣體間有什么聯(lián)系？畫(huà)出示意圖解答：緩慢壓縮的含意是整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)保持溫度不變，且水銀柱處于平衡態(tài)設(shè)管的橫截面積為s，則：左管氣體：初態(tài)：pa0=p0，va0=ls=10s末態(tài)：pa=？，va=？右管氣體：初態(tài)；pb0=p0，vb0=ls=10s末態(tài)：pb=？，vb=？畫(huà)出變化前后的示意圖，如圖2-1-7所示：一般認(rèn)為液體不易壓縮，u形管中，左管液面下降l，右管液面必上升l，則兩管液面的高度差為2l，在本題中2l=h從上面的示意圖中可知：pa=pb+h，va=（l-x+h/2）svb=（l-h/2）分別對(duì)左右管內(nèi)的氣體應(yīng)用玻馬定律，代入數(shù)據(jù)，得：x=6.4cm2等容過(guò)程查理定律（1）內(nèi)容：提問(wèn)：法國(guó)科學(xué)家查理通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)的定律的表述內(nèi)容是什么？把查理定律“外推”到零壓強(qiáng)而引入熱力學(xué)溫標(biāo)后，查理定律的表述內(nèi)容又是什么？?jī)?nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的情況下，溫度每升高（或降低） 1，增加（或減少）的壓強(qiáng)等于它0時(shí)壓強(qiáng)的1/273一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的情況下，它的壓強(qiáng)和熱力學(xué)溫標(biāo)成正比 3等壓變化蓋呂薩克定律（1）內(nèi)容：（2）表達(dá)式：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)成正比數(shù)學(xué)表達(dá)式是：例一個(gè)質(zhì)量不計(jì)的活塞將一定量的理想氣體封閉在上端開(kāi)口的直立筒形氣缸內(nèi)，活塞上堆放著鐵砂，如圖2-1-8所示最初活塞擱置在氣缸內(nèi)壁的卡環(huán)上，氣柱的高度h0，壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng)p0現(xiàn)對(duì)氣體緩慢加熱，當(dāng)氣體溫度升高了t=60k時(shí)，活塞（及鐵砂）開(kāi)始離開(kāi)卡環(huán)而上升繼續(xù)加熱，直到氣柱高度h1=1.5h0此后在維持溫度不變的條件下逐漸取走鐵砂，直到鐵砂被全部取走時(shí)，氣柱高度變?yōu)閔2=1.8h0求此時(shí)氣體的溫度（不計(jì)氣缸和活塞間的摩擦）分析：以封閉在氣缸內(nèi)的一定質(zhì)量的理想氣體為研究對(duì)象，（1）從最初活塞擱置在氣缸內(nèi)壁的卡環(huán)上，到當(dāng)氣體溫度升高了t=60k時(shí)，活塞（及鐵砂）開(kāi)始離開(kāi)卡環(huán)這一過(guò)程氣體的哪個(gè)狀態(tài)參量沒(méi)有發(fā)生變化？（2）從當(dāng)氣體溫度升高了t=60k時(shí)，活塞（及鐵砂）開(kāi)始離開(kāi)卡環(huán)而上升，直到氣柱高度h1=1.5h0這一過(guò)程氣體的哪個(gè)狀態(tài)參量沒(méi)有發(fā)生變化？（3）此后的過(guò)程氣體的哪個(gè)狀態(tài)參量沒(méi)有發(fā)生變化？回答完上面的三個(gè)問(wèn)題后，相信同學(xué)們能夠自己解答出此題了學(xué)生回答提問(wèn)：（1）體積不變，所以此過(guò)程為等容變化（2）壓強(qiáng)不變，所以此過(guò)程為等壓變化（3）溫度不變，所以此過(guò)程為等溫變化學(xué)生的兩種解法：解法一：以封閉在氣缸內(nèi)的一定質(zhì)量的理想氣體為研究對(duì)象，設(shè)最初活塞擱置在氣缸內(nèi)壁的卡環(huán)上時(shí)，氣體的溫度為t0，氣體的壓強(qiáng)為p0，體積為v0=h0s，則活塞（及鐵砂）開(kāi)始離開(kāi)卡環(huán)時(shí)的溫度t1=t0+t，氣體的壓強(qiáng)為p1，體積為v1，因?yàn)榈热葑兓?，v1=v0，根據(jù)查理定律，, (1)設(shè)氣柱高度為h1時(shí)，氣體溫度為t2，體積為v2=h1s，壓強(qiáng)為p2，因?yàn)槭堑葔鹤兓?，p2=p1，根據(jù)蓋呂薩克定律,， (2)設(shè)氣柱高度為h2時(shí)，氣體溫度為t3，體積為v3=h2s，壓強(qiáng)為p3，因?yàn)殍F砂全部取走時(shí)p3=p0，又因?yàn)槭堑葴刈兓?，t3=t2，根據(jù)波意耳定律，p3v3=p2v2，p0h0=p1h1 （3）由（1）、（3）兩式解得： (4) (5)由（2）、（4）兩式解得： (6)由（5）、（6）兩式解得：=540k解法二：以封閉在氣缸內(nèi)的一定質(zhì)量的理想氣體為研究對(duì)象，設(shè)最s初活塞擱置在氣缸內(nèi)壁的卡環(huán)上時(shí)，氣體的溫度為t0，則活塞（及鐵砂）開(kāi)始離開(kāi)卡環(huán)