8.1气体的等温变化

普通高中课程标准实验教科书—物理选修3－3[人教版]

第八章 气体 1.气体的等温变化

李建军 新汶中学

教学目标： 1.知识与技能

（1）知道什么是等温变化

（2）掌握玻意耳定律的内容和公式，并能进行简单的应用 （3）理解气体等温变化的p－v图像的物理意义 （4）会用等温变化规律解释有关的物理现象。 2.过程与方法

（1）让学生经历探究过程，应用科学探究的方法研究物理规律 （2）培养学生运用数学工具分析实验数据得出物理规律 3.情感态度价值观

（1）培养学生对物理科学的好奇心和求知欲，体验探索自然规律的艰辛和喜悦 （2）培养学生主动与他人合作的精神

教学重点:通过实验引导学生仔细观察实验现象和正确处理实验数据，分析得出并理解气体等温变化规律。 教学难点：数据分析

教学方法：实验法，问题情景式 教学用具:气体定律演示器

复习回顾：

我们第七章的第4节中学习了几个描述系统状态的物理量，都有那些？ 引入新课：

1、初中学习过热胀冷缩，实际上就是温度和体积的变化关系。

2、夏天，打足气的自行车在烈日下暴晒会爆胎，让学生回答为什么？

总结：温度升高，体积增大，压强增大。这几个物理现象都告诉我们温度、体积、压强之间存在着一定的关系，我们今天就是要研究这三个物理量的关系。 研究三个物理量的变化关系我们一般使用控制变量法。今天我们控制温度不变，研究压强与体积的变化关系。

出示课题：一定量的气体，温度不变，体积和压强发生变化的过程叫等温变化。 本节我们探讨等温变化的规律 新授过程 一、实验探究

（一）猜想与假设：

1、定性关系：一定量的气体，温度不变时，体积减小或增大时，压强如何变化？

实验验证：用注射器封闭气体，通过推拉活塞改变体积，与气体相通的气压计显示气体的压强。结果表明，T一定时，体积减小，压强增大；体积增大，压强减小。 2、定量关系：体积与压强可能成什么关系？

体积与压强成反比；体积与压强的平方成反比；体积与压强的平方根成反比等。 （二）制定计划与设定实验

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1、实验设计：

问题1：如何选取一定质量的气体；怎样改变压强和体积？

研究对象：用注射器封闭的一定量气体，推拉活塞改变体积和压强。 问题2：如何测量体积和压强？ 体积——由注射器刻度读出。 压强——由气压计读出。 问题3：怎样控制实验条件？

一定质量———活塞涂润滑油增加密闭性。

温度不变———禁止用手握注射器；缓慢推拉活塞，以防摩擦生热使温度升高；稳定后再计数。

2、设计表格：

次数 压强（×510pa） 体积（ml） 1 2 3 4 5 （三）实验与收集数据 实验操作：老师推拉活塞，学生读取并记录数据。 (四) 分析与论证

问题1：若压强与体积是否成反比，怎样处理上述数据才能验证？（学生讨论） 比值法；图象法等。

问题2：若P—V图象为一双曲线，则说明P与V成反比，但如何鉴定是否为双曲线？（还是猜测） 提示：（1）若P—V图象为一双曲线，那么P—1/V图象是什么样子？（过原点的一条直线）

（2）做哪条图象好？（P—1/V图象）

处理数据：学生描绘图象（提示：坐标原点的建立要灵活处理）得出结论。 总结提问：各小组是如何处理数据的，结论如何？ （五）误差分析：

1、测量体积时误差主要出在哪里？ 2、还有没有其它产生误差的地方？ （六）实验结论：

在误差允许的范围内，一定质量的气体在温度不变的条件下压强与体积成反比。

以上结论若经得起多次实践检验则成为定律，早在17世纪，英国科学家玻意耳和法国科学家马略特分别通过更严谨的实验研究提出了这个结论，被称为玻意耳定律。 二、 归纳玻意耳定律

1、 内容：一定质量的某种气体，在温度不变的条件下压强P与体积V成反比。 2、 公式：PV=C（常量）或P1V1=P2V2 强调：（1）“C是一个常量”，意思是当P、V变化时C的值不变。但是对于温度不同、质量不同、种类不同的气体，C的数值未必一样。

（2）P1、V1和 P2、V2分别为气体在两个状态下的压强和体积 3、条件：一定质量的气体，温度不变

4、 图象：P—1/V图象：过原点的直线——等温线

P—V图象：双曲线的一支——等温线

问题1：图线上一个点的物理意义？一段线的物理意义？

一个点表示气体的一个状态，一条线表示气体状态变化的一个过程。

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问题2：取同一部分气体，若在不同温度的环境下，做出的P—V图象是否一样？ 结论：不一样。温度较高时，PV乘积较大，P—V图象较高，P—1/V图象斜率较大。 三、应用

题1：氢气球放飞后,升到高空会自然破裂,为什么（不考虑温度变化）?

解释：温度不变，随着位置的升高，大气压强逐渐减小，由玻意耳定律知，球内气体压强减小体积增大，致使气球膨胀破裂

题2: 将一端封闭的均匀直玻璃管开口向下，竖直插入水银中，当管顶距槽中水银面8cm时，管内水银面比管外水银面低2cm．要使管内水银面比管外水银面高2cm，应将玻璃管竖直向上提起多少厘米？已知大气压强p0支持76cmHg，设温度不变．

分析：均匀直玻璃管、U形玻璃管、汽缸活塞中封闭气体的等温过程是三种基本物理模型，所以在复习中必须到位．在确定初始条件时，无论是压强还是体积的计算，都离不开几何关系的分析，那么，画好始末状态的图形，对解题便会有很大作用．本题主要目的就是怎样去画始末状态的图形以找到几何关系，来确定状态参量．

图1

解：根据题意，由图1：

p1=p0+2＝78cmHg，V1=(8+2)S=10S，

p2=p0-2=74cmHg，V2=[(8+x)-1]·S=(6+x)S． 根据玻意耳定律：P1×V1=P2×V2 代入数据：78×10=74×（6+X） X≈4.54cm

归纳:用气体定律解题的步骤

1．确定研究对象．被封闭的气体(满足质量不变的条件)；

2．用一定的数字或表达式写出气体状态的初始条件(p1，V1，T1，p2，V2，T2)；

3．根据气体状态变化过程的特点，列出相应的气体公式(本节课中就是玻意耳定律公式)； 4．将各初始条件代入气体公式中，求解未知量； 5．对结果的物理意义进行讨论． 四、总结回顾

1．同学们体验了对自然规律的探讨过程：猜想和假设→设计实验→进行实验和收集数据→分析论证得出结论。

2．玻意耳定律:内容、公式、条件、图像、解题方法。 3．学会合作 五、布置作业：

完成教材P20“问题与练习”的题目。 教学说明： 1、《气体的等温变化》是高中物理热学部分的重点内容，教学一般分两课时，本课时为新授课，故侧重于方法、侧重于探究过程。

2、物理是一门实验科学，本节课有很好的实验方法教育素材，故在实验操作及数据分析的过程中渗透了一定量的科学实验方法，如：控制变量、直觉猜想及验证、“化曲为直”等；

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3、在本节实验探索教学中，可充分地发挥多媒体电脑的作用；实验数据分析过程中的重复性劳动和计算完全可由电脑完成，使学生有充裕的时间投入实验研究的方法和思路中。

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