专题气体状态变化导致的动态变化问题

1专题：气体状态变化导致的动态变化问题奉贤区曙光中学：张海英一、教材分析：高三气体这一章的复习是在力学复习之后，但是描述气体的状态参量压强又与力密切联系，是受力分析的进一步学习，而气体由于状态参量变化导致动态变化问题的种类繁多，是本章教学的重点，也是难点。通过这节课的专题复习，学生通过几种种类型动态变化过程的讨论和分析，感受假设法是常用的解决方法，在假设法基础上可以根据数学函数或者图像法解决动态问题。二、教学目标1、知识与技能目标：（1）理解玻意耳定律。（2）理解查理定律。（3）知道等容变化过程的P—T图象。（4）应用玻意耳定律和查理定律解决动态变化问题。2、过程与方法：（1）学生通过几种类型的动态变化过程分析，感受假设法是常用的解决方法，在假设法基础上可以根据数学函数或者图像法解决动态问题。3、情感态度与价值观：（1）学生通过动态过程分析，体验探究物理规律的科学方法。（2）通过一题变化，培养学生的发散思维能力。三、教学重点与难点教学重点：应用玻意耳定律和查理定律解决动态变化问题。教学难点：用假设法解决动态变化问题。四、教学设计思路本设计的基本思路是以运动状态和放置方式的改变，气体温度的改变这几种类型，归纳总结处理动态变化问题的方法就是假设法。但是不管是数学函数法还是图象法，引起水银或者活塞动态变化的根本原因是受力不再平衡，再配以课后相似练习，巩固和加深处理动态问题的方法。五、教学流程1、教学流程图22、教学流程说明：活动1：探讨插入水银槽中的玻璃管上提、下压或倾斜得出假设法，但是水银动的根本原因是受力不再平衡。活动2：探讨运动状态改变导致水银动态变化的问题，得出用受力分析判断压强的关系，结合玻意耳定律判断各自体积如何变化（也可用假设法）活动3：探讨放置方式的改变导致水银动态变化的问题，得出用受力分析判断压强的关系，结合玻意耳定律判断各自体积如何变化活动4：探讨水平放置的试管由于气体温度改变导致水银动态变化的问题，得出在用假设法的基础上可以用数形结合解决动态变化问题。活动5：探讨竖直放置的试管由于气体温度改变导致水银动态变化的问题，巩固用数形结合解决动态变化问题。六、教学过程专题一：气体状态变化导致的液柱动态变化问题引入：现有一段水银柱封闭了一段或两段空气柱，请同学相互讨论可以用什么方法使水银柱移动？引入今天的课题一、气体温度不变（运动状态和放置方式改变）例1、如图所示，开口向下并插入水银槽中的粗细均匀的玻璃管内封闭着长为H的空气柱，管内水银柱高于水银槽h，若将玻璃管竖直向上缓慢地提起（管下端未离开槽内水银面），则H和h的变化情况为（A）A.H和h都增大B.H和h都减小C.H减小,h增大D.H增大,h减小分析与解:（假设法）思路一：假设管内水银柱高度不变由于水银柱的高度不变，封闭空气柱变长，根据玻意耳定律,气体体积增大，空气柱压强变活动1假设法活动2受力分析活动3受力分析活动4活动5假设法图像法图像法Hh3小，根据P=P0-ρgh（即h增大）。所以H和h都增大思路二：假设管内封闭空气柱长度不变由于管内封闭空气柱长度不变，h增大，压强减小，根据玻意耳定律压强减小，体积增大。所以H和h都增大。小结：解决动态变化的常用方法就是假设法，然后利用PV之间关系来确定压强和体积如何变化。（水银柱高于水银槽的高度与气柱长度同增同减）但是水银柱从静止改变运动状态最根本的原因就是受力不再平衡。1、如图所示，一端封闭的玻璃管开口向下竖直插入水银槽中，管的上部封有部分空气，玻璃管露出槽中水银面的长度为L，两水银面的高度差为h，现保持L不变，使玻璃管向右转过一个小角度，则（BD）A.h将增大B.h将减小C.h不变D.空气柱的长度会减小注：将水银柱逐渐倾斜的过程，等效为将水银柱下压。2、运动状态和放置方式的改变例2、如图所示，粗细均匀的玻璃管，两端封闭，中间用一段小水银柱将空气分隔成A、B两部分，竖直放置处于静止时，水银柱刚好在正中，（1）现让玻璃管做自由落体运动时，水银柱相对玻璃管如何移动？分析与解：原来静止时PBPA，玻璃管自由落体运动时，水银处于完全失重状态，所以末状态当水银柱相对玻璃管稳定时PB=PA（结合受力分析），对于A气体压强增大根据玻意耳定律，体积减小，而B气体正好相反，所以水银相对玻璃管向上移动。（用假设法，假设体积不变，原来平衡PBPA，，现需要向下的合外力，所以PA增大，PB减小）思考：有没有可能PA增大，PB不变？（拓展）上题的基础上（2）现将玻璃管水平放置，当再次达到平衡时，水银柱相对于玻璃管如何移动？分析与解：原来竖直时PBPA，玻璃管水平后，再次平衡时PB=PA（结合受力分析），对于A气体压强增大根据玻意耳定律，体积减小，而BABABhL4气体正好相反，所以水银相对玻璃管向A移动。小结：假设体积不变，可以根据受力分析，确定压强的大小关系，再分别判断各自压强如何变化，分别用玻意耳定律来判断各自体积如何变化，从而来判断水银柱的移动。二、气体温度的改变例3、如图所示，在两端封闭的玻璃管中间用水银柱将其分成体积相等的左右两部分，并充入温度相同的气体，若把气体缓缓升高相同的温度（保持管水平不动），然后保持恒温，则：（1）水银柱如何移动？（２）若气体B初始温度高，把气体缓缓升高相同的温度，然后保持恒温，，则水银柱又如何移动？分析与解前提方法：假设法，假设水银柱不动，两部分气体均作等容变化，思路（１）用数学函数推导：设开始时气体温度为T0，压强为pA和pB，升高温度△T，升温后为T1和T2，压强为pA’和pB’，压强减少量为△pA和△pB，分别对两部分气体应用查理定律：对于A：pA/T0=pA’/T1=△pA/△T△pA=pA△T/T0对于B：pB/T0=pB’/T2=△pB△T△pB=pB△T/T0PA=pB，故有△pA=△pB，△FA=△FB水银柱不动（值得注意的是：这里最根本的是受力，而并非压强）思路二：图像法，在同一p-T图上画出两段气柱的等容线，如右图（因在温度相同时pA=pB，得气柱lA等容线的斜率与气柱lB一样）。由图线可知当两气柱升高相同的温度时，其压强增大量△pA=△pB，故△FA=△FB，水银柱不动）。（２）假设体积不变：(1)数学函数法△pA=pA△T/TＡABPTO△p△T5△pB=pB△T/TＢ由于TＡTB△pA△pB（２）由图象法：△pA△pB水银柱向B移动注：与两部分气体的体积大小无关思考：如图所示，在两端封闭的玻璃管中间用水银柱将其分成体积相等的上下两部分，并充入温度相同的气体，（1）若把气体缓缓升高相同的温度（保持管竖直不动），然后保持恒温，则水银柱如何移动？（2）若把气体缓缓降低相同的温度（保持管竖直不动），然后保持恒温，则水银柱如何移动？分析与解：(1)数学函数法△pB=pB△T/T0△pB=pB△T/T０pApB△pA△pB(2)由图像法：（1）向上移动（2）向下移动小结：解决这类气体温度升高或降低而导致水银移动的问题，就是假设两部分气体各自体积不变，然后再根据查理定律，判断两部分气体压强的改变量，从而判断两边压力的改变量，来判断水银或活塞的移动。PT△pBAB△pAABpLALBO△pA△pBTT6思考：两端封闭的粗细均匀玻璃管内有两部分气体A和B，中间用一段水银隔开，当水平放置时，A的体积大于B的体积，如图b所示，并置于热水中，则管内水银柱与最初相比将（A）（A）向A端移动（B）向B端移动（C）仍在原位置（D）无法判断注：既有放置方式改变，又有温度变化，如何处理？总结：不管运动状态和放置方式改变还是气体温度的改变导致液柱动态变化的都可以用假设法来进行解决，在假设法的基础上再数形结合。今天这节课我们研究了液柱动态变化的几种类型，下节课我们将研究汽缸活塞的动态变化问题。作业布置：最后一题好学生做。练习：１、如图所示，a、b、c三根完全相同的玻璃管，一端封闭，管内各用相同长度的一段水银柱封闭了质量相等的空气，a管竖直向下做自由落体运动，b管竖直向上做加速度为的匀加速运动，c管沿倾角为450的光滑斜面下滑。若空气温度始终不变，当水银柱相对管壁静止时，a、b、c三管内的空气柱长度的关系为（D）A.Lb=Lc=LaB.LbLcLaC.LbLcLaD.LbLc=La２、如图所示，竖直倒置的两端封闭且等长的U形管，弯曲段有汞柱将左管和右管的空气柱M和N隔开，当M和N的温度相同时，左管内空气柱M较长。若要使M、N温度分别升高△tM和△tN后，汞柱仍在原来的位置，则△tM和△tN可能分别为（AC）A.20℃、10℃B.20℃、30℃C.30℃、20℃D.10℃、20℃abcglaglblcABABb7３．如图所示，两端封闭的玻璃管中间有一段水银柱，经适当倾斜，使上下两部分气体的体积恰好相等。保持管的倾角不变，管内气体的温度始终与环境温度相同，则：(BC)A．若环境温度发生变化，两部分气体体积仍相等；B．若环境温度发生变化，两部分气体压强的变化量相等；C．若上面气体体积变大，可以判断环境温度降低了；D．上面气体压强的变化量可能比下面气体压强的变化量小。４、如图所示，粗细均匀的玻璃管，两端封闭，中间一段小水银柱将空气分隔成A、B两部分，竖直放置时，水银柱刚好在正中，下列现象中能使A空气柱增长的有（两部分初温相同）（BC）A.升高相同的温度B.降低相同的温度C.使管有竖直向上的加速度D.使管有竖直向下的加速度５、两端封闭的等臂U形管中，两边的空气柱a和b被水银柱隔开。当U形管竖直放置时，两空气柱的长度差为h,如图所示。现将这个管平放，使两臂位于同一水平面上，稳定后两空气柱的长度差为L，若温度不变，则（A）A.LhB.L=hC.L=0D.Lh，L≠0６、如图所示，左右两容器容积相同，装有同种气体，连通两容器的水平细管中部有一段水银柱，在图示温度下，管中水银柱静止不动，如果使两容器中气体温度同时升高100C，那么水银柱将（A）A.向左移动B.向右移动C.不动D.无法判断７．如图是一个圆筒形容器的横剖面图。A、B两气缸内充有理想气体，C、D是真空。活塞C不漏气且摩擦不计，开始时活塞处于静止状态。若将A、B两部分气体同时升高相同的温度(初温相同)，则活塞将（AD）（A）静止不动（B）向左移动（C）向右移动（D）A的压强增量比B的压强增量大发散：若Ｃ、Ｄ不是真空，而是与大气压强相同，将A、B两部分气体同时升高相同的温度(初温相同)，则活塞将如何移动？ABhabh8教后反思：本节课讲了放置方式，运动状态及温度变化导致的水银动态变化，突出了一题多变，一题多解，让学生感受假设法是常用的解决方法，在假受法的基础上可根据数学计算和图像法来解题。但是学生数学计算比较熟悉，图像法比较陌生，需重点指导。学生课堂反应教好，最后的思考题要在下节课中完成。本节课的容量教多，要让学生再多点时间思考，多上黑板做。