"该高中物理教学设计聚焦气体的等压变化（盖-吕萨克定律）和等容变化（查理定律），通过视频演示（烧瓶水柱实验）导入，衔接玻意耳定律，引导学生从研究对象、实验条件和变化规律三方面构建知识支架。\n资料以核心素养为导向，通过实验数据推导定律、图像分析（V-T、P-T图）培养科学思维，结合理想气体模型及微观解释深化物理观念，联系热气球、高压锅等生活应用渗透科学态度。例题设计（如温度计原理题）强化知识应用，助力学生提升探究能力，为教师提供结构化教学流程与实例参考。"

第3节 气体的等压变化和等容变化 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第3节 气体的等压变化和等容变化 教学 目标 物理观念 建立气体等压变化、等容变化的概念，理解盖 - 吕萨克定律与查理定律的内涵；从分子动理论角度解释其微观本质，深化对气体状态参量关系的认知。 科学思维 通过分析实验数据、绘制V-T 图与P-T图像推导盖-吕萨克定律和查理定律，结合理想气体模型解释体积、压强与温度的变化关系，提升科学推理与模型建构能力。 科学探究 设计并完成气体等压变化、等容变化实验，控制压强/体积不变测量体积与温度、压强与温度，分析数据验证规律，提升从实验现象推导宏观规律的探究能力。 科学态度 与责任 联系生活中热气球、高压锅、温度计等应用，体会理论指导实践的科学思想；培养严谨分析数据、客观归纳规律的态度，增强科学服务社会的责任感。 教学 重难点 1.气体等压变化的规律（盖 - 吕萨克定律）、等容变化的规律（查理定律）及其表达式(重点)。 2.V-T 图与P-T图像的物理意义与应用(重点)。 3.盖-吕萨克定律与查理定律的适用条件，以及从分子动理论角度解释等压、等容变化的微观本质(难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：（播放视频）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? 学生思考问题。 新课讲授 一、气体的等压变化 教师：你能否仿照玻意耳定律的表述，尝试从研究对象、实验条件和变化规律三个方面描述一下气体等压变化的规律？ 学生：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成正比。 师生：归纳总结 1、等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度的变化。 2、盖-吕萨克定律： （1）内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比。 （2）表达式：V＝CT(C是常量)或＝ 其中V1，T1和V2，T2分别表示气体在1，2两个状态下的体积和温度。 （3）说明： ①盖·吕萨克定律是实验定律，由法国科学家盖·吕萨克通过实验发现的。 ②适用条件：气体质量一定，压强不变。 ③在V/T=C中的C与气体的种类、质量、压强有关。 注意：V正比于T而不正比于t。 ④一定质量的气体发生等压变化时，升高（或降低）相同的温度，增加 （或减小）的体积是相同的。 ⑤适用范围（对于实际气体）：温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比）相当于大气压几倍的压强都可以算作“压强不太大”，零下几十摄氏度的温度也可以算作“温度不太低”。 教师：除了用文字和表达式来描述这一规律外，还有什么其他方法吗？ 学生：还可以用V-T 图像和V-t图像表示。 教师：试画出一定质量气体等压变化时V-T (热力学温度)及V-t(摄氏温度)图像。 学生： 教师：如图所示为一定质量的气体在不同压强下的V-T 图线，P1和P2哪一个大？ 学生：P1<P2，如图所示，先作一条等温辅助线，在温度相同的情况下， 体积越大，压强越小，则P1<P2。 【例1】(2024·重庆市沙坪坝区高二期末)如图所示，在导热性良好的容器上插入一根两端开口足够长的玻璃管，玻璃管与容器连接处用蜡密封不漏气。玻璃管内部横截面积S，管内一长h的静止水银柱封闭着一定量的空气，其中玻璃管部分空气柱长为l1，此时外界环境的温度为T1。现把容器浸没在水中，水银柱静止时，水的温度与气体相同，玻璃管中水银下方的空气柱长度变为l2，已知容器的容积为V，外界大气压为P0，水银的密度为ρ，重力加速度为g，求： (1)空气柱的压强； (2)水的温度T。 【解析】（1）由液体压强公式得 （2）以封闭气体为研究对象，初始状态体积 末状态体积 气体发生等压变化，由盖-吕萨克定律 解得 【例2】 (2025·南昌二中高二检测)如图所示为一温度计的结构原理图，利用汽缸底部高度变化反映温度变化。质量为的导热汽缸内密封一定质量的理想气体，汽缸内横截面积为。活塞与汽缸壁间无摩擦且不漏气。环境温度为时，活塞刚好位于汽缸正中间，整个装置静止。已知大气压为，取重力加速度。则(　　) A．刻度表的刻度是不均匀的 B．能测量的最大温度为 C．环境温度升高时，弹簧的长度将变短 D．环境温度为时，缸内气体的压强为 【解析】AB．当活塞在位于汽缸的最下端时，缸内气体温度为T2，压强为p2，此时仍有,可得,可知缸内气体为等压变化，由盖−吕萨克定律可得,可得,则有能测量的最大温度为600K；设温度为时对应的刻度为，温度为时对应的刻度为，由盖−吕萨克定律可得,其中 ,联立得,由上式可知，温度与刻度x为一次函数关系，所以刻度表的刻度是均匀的，A错误，B正确；C．由以上分析可知，汽缸内的气体做等压变化，弹簧受到的弹力不变，因此环境温度降低时，弹簧的长度仍不变，C错误；D．以汽缸为研究对象，（不包含活塞）对汽缸受力分析，由平衡条件可得,代入数据解得缸内气体的压强为 ,D错误。故选B。 学生思考并回答问题。 新课讲授 二、气体的等容变化 教师：打足气的自行车在烈日下曝晒，常常会爆胎，对此你如何解释？ 学生：车胎在烈日下曝晒，胎内的气体温度升高，压强增大，把车胎胀破。 教师：很好。那么，这些例子有什么共同点呢? 学生：一定质量气体的体积不变，压强随温度的变化而变化。 教师：对，这就是气体的等容变化。下面我们来研究气体等容变化的规律。 （演示实验或播放实验视频）使用气体实验定律演示仪，在玻璃管中封闭一定质量气体，拧紧紧固螺钉，使气体体积保持不变。将有空气柱和刻度示数的这一部分装置置于烧杯中，通过向烧杯中加入不同温度的水来改变气体温度，研究压强和温度的关系。 师生：归纳总结 1、等容变化：一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度变化的过程。 2、查理定律： （1）内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比。 （2）p＝CT(C是常量)或＝。 其中P1，T1和P2，T2分别表示气体在1，2两个状态下的压强和温度。 （3）说明： 1.查理定律是实验定律，由法国科学家查理通过实验发现的。 2.适用条件：气体质量一定，体积不变。 3.在 =C中的C与气体的种类、质量、体积有关。 注意：P与热力学温度T成正比，不与摄氏温度成正比。 4.一定质量的气体在等容时，升高（或降低）相同的温度，所增加 （或减小）的压强是相同的。 5.解题时前后两状态压强的单位要统一。 教师：装有半瓶热水的热水瓶经过一段时间后，拔瓶口木塞觉得很紧，请分析产生这种现象的原因。 学生：放置一段时间后，瓶内气体温度降低，体积不变，压强减小，外界大气压强大于瓶内空气压强，所以木塞难以打开。 教师：试画出一定质量的气体在等容变化过程中压强P随热力学温度T的变化图像(P-T图像)及摄氏温度t的变化图像(P-t图像)。 学生： 3.如图所示为一定质量的气体在不同体积下的P-T图线，V1与V2哪一个大？为什么？ 学生：V1<V2，如图所示，先作一条等压辅助线，在压强相同的情况下，温度越高，体积越大，则V1<V2。　 师生：归纳总结 等容线：一定质量的某种气体在等容变化过程中，压强跟热力学温度T的正比关系P－T在直角坐标系中的图象叫做等容线。 ①图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等容线上各状态的体积相同。 ②不同体积下的等容线，斜率越大，体积越小（同一温度下，压强大的体积小）如图所示，V2<V1。 其延长线经过坐标原点，斜率反映体积大小。 4、P－T图像与V－T图像的比较 【例3】在密封容器中装有某种气体，在体积不变时，温度由50 ℃加热到100 ℃，气体的压强变化情况是（　　） A．气体的压强变为原来的2倍 B．气体的压强比原来增加了 C．气体的压强变为原来的 D．气体的压强比原来增加了 【解析】根据查理定律，体积不变时，气体压强与热力学温度成正比，即 其中初始温度，末态温度解得，即气体的压强比原来增加了，B正确，ACD错误。 故选B。 【例4】(2024·汉中市高二期末)某校物理兴趣小组利用压力传感器设计了一个温度报警装置，其原理示意图如图所示，导热良好的圆柱形容器竖直放置，用横截面积为S的活塞密封一定质量的理想气体，不计活塞质量和厚度，容器内壁光滑。初始时气体的温度T0=300K，活塞与容器底的距离h0=45cm，活塞上方d=3cm处有一压力传感器制成的卡口，压力传感器连接报警器。随着环境温度缓慢升高，当容器内气体的温度达到T=400K时刚好触发报警器工作。已知大气压强恒为p0，求： （1）活塞刚接触卡口时容器内气体的温度T1； （2）报警器刚好被触发工作时容器内气体的压强p； （3）报警器刚好被触发工作时压力传感器受到压力的大小FN。 【解析】（1）初始时封闭气体的体积为 活塞刚接触卡口时，气体的体积为 根据等压变化规律有 解得 （2）封闭气体从活塞接触卡口到报警器刚好被触发的过程中做等容变化，根据等容变化规律有： 解得 （3）对活塞受力分析，根据受力平衡有 解得 师生：归纳总结 应用查理定律解题的一般步骤 1.确定研究对象，即被封闭的一定质量的气体。 2.分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件：质量一定，体积不变。 3.确定初、末两个状态的温度、压强。 4.根据查理定律列式。 5.求解并分析、检验结果。 学生自主归纳得出查理定律。 新课讲授 三、理想气体 教师：假设存在这样一种气体，它在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律，我们就把它叫作理想气体。你能否结合所学知识，谈谈对理想气体的理解？ 学生1：分子间以及分子和器壁间，除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间都认为是可以被压缩的空间。 学生2：我们忽略了理想气体的分子势能，那么理想气体的内能等于所有分子热运动的动能之和，而温度又是分子热运动平均动能的标志，因此对于一定质量的理想气体，其内能只与温度有关。 教师：那么，理想气体在实际中存在吗？ 学生：不存在，它是一种理想化的模型。 教师：那理想气体模型的作用是什么呢？ 学生：它是为了我们研究问题方便而提出的，是实际气体的一种近似。实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下可以看成是理想气体。 教师：你能结合我们学过的其他理想模型，总结建立理想模型的方法吗？ 学生：突出问题的主要方面，忽略次要方面，这与我们学过的质点等模型类似。 师生：归纳总结 1.理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。 2.适用范围：在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时，把实际气体当成理想气体来处理，误差很小。 3.理想气体的特点： （1）理想气体是不存在的，是一种理想模型。 （2）在温度不太低，压强不太大时实际气体都可看成是理想气体。 （3）从微观上说：分子间以及分子和器壁间，除碰撞外无其他作用 力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。 （4）从能量上说：理想气体的微观本质是忽略了分子力，没有分子势能，理想气体的内能只有分子动能。 （5）一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，与气体的体积无关。 4.理想气体状态方程： 研究结果表明，一定质量的某种理想气体，在从某一状态变化到另一状态时，尽管其压强P、体积V和温度T都可能改变，但是压强P跟体积V的乘积与热力学温度T的比值却保持不变。也就是说式中C是与压强 P、体积V、温度T无关的常量，它与气体的质量、种类有关。 ＝C(常量)或＝。 此式叫作理想气体的状态方程。 学生思考并回答问题。 新课讲授 四、气体实验定律的微观解释 教师：从微观角度来说，气体压强由什么因素决定？ 学生：气体压强由单位面积上的分子热运动的撞击力决定，即取决于分子的平均动能和分子的数密度。 教师：一定质量的理想气体，温度不变时，为什么减少气体体积，气体压强增大？ 学生：温度不变，分子热运动的平均动能是一定的，但体积减小，分子数密度增大，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体压强就增大。这就是玻意耳定律的微观解释。 教师：一定质量的理想气体，体积不变时，为什么升高气体温度，气体压强增大？ 学生：体积不变，分子数密度不变，温度升高时，分子热运动的平均动能增加，气体压强就增大。这就是查理定律的微观解释。 教师：一定质量的理想气体，压强不变时，为什么升高温度，气体体积增加？ 学生：温度升高时，分子热运动的平均动能增大，只有气体的体积同时增大，让分子数密度减小，压强才能保持不变。这就是盖一吕萨克定律的微观解释。 【例5】(多选)(2025·眉山市模拟)夏日炎炎的正午，室外温度较室内高。与停在地下停车场相比较，同一汽车停在室外停车场时，汽车上同一轮胎内的气体 A.分子的平均动能更大 B.所有分子热运动的速率都更大 C.单位体积内的分子数更多 D.单位时间内与轮胎内壁单位面积撞击的分子数更多 【解析】因室外温度比室内高，所以室外停车场汽车轮胎内的气体温度高，而温度是气体分子平均动能的标志，因此分子平均动能更大，故A正确； 温度升高，平均动能变大，但并不是所有分子热运动的速率都更大，故B错误；因轮胎体积不变，所以单位体积内的分子数不变，故C错误；在体积不变的情况下，温度越高，气体分子的平均动能越大，气体的压强越大，单位时间内与轮胎内壁单位面积撞击的分子数越多，故D正确。 学生思考并回答问题。 课 堂 练 习 1.如图所示，一定质量的理想气体经过一系列变化过程，下列说法中正确的是(　　) A. b→c过程中，气体压强不变，体积增大 B. a→b过程中，气体体积增大，压强减小 C. c→a过程中，气体压强增大，体积变小 D. c→a过程中，分子的平均动能不变 【解析】由=C得p=T，可知在p-T图像中，状态点与原点连线的斜率越小，体积越大(解题技法)，则b→c过程中，气体体积V减小，A错误； a→b过程中，气体的温度T不变，压强p减小，由pV=C可知气体体积V增大，B正确；c→a过程中，p与T成正比，由=C可知气体体积V不变，气体压强p与温度T都增大，分子的平均动能增大，C、D错误。故选B。 2.“拔火罐”是我国传统医学的一种治疗手段。操作时，医生用点燃的酒精棉球加热一个小罐内的空气，随后迅速把小罐倒扣在需要治疗的部位，冷却后小罐便紧贴在皮肤上(如图所示)。设加热后小罐内的空气温度为80 ℃，当时的室温为20 ℃，大气压为标准大气压，不考虑因皮肤被吸入罐内导致罐内空气体积变化的影响。小罐开口部位的直径请按照片中的情境估计，当罐内空气变为室温时，小罐内气体对皮肤的作用力最接近的是(π取3.14)(　　) A. 2 N    B. 20 N C. 2×102 N    D. 2×103 N 【解析】加热后罐内空气的温度T1＝(273＋80) K＝353 K，压强p1＝p0＝1.0×105 Pa，降温后罐内空气的温度T2＝(273＋20) K＝293 K，由查理定律，有＝，代入数据，解得p2≈0.83×105 Pa，估计小罐开口部位的半径为r＝3 cm＝3×10－2 m，开口部位的面积为S＝πr2＝2.826×10－3 m2，则小罐内空气对皮肤的作用力为F＝p2S＝0.83×105×2.826×10－3 N≈2.35×102 N，小罐内气体对皮肤的作用力最接近的2×102 N，故选C。 3.（2023·湖南省长沙市二模）气压式升降椅通过汽缸上下运动来支配椅子升降，其简易结构如图乙所示，圆柱形汽缸与椅面固定连接，柱状气动杆与底座固定连接。可自由移动的汽缸与气动杆之间封闭一定质量的理想气体，设汽缸气密性、导热性能良好，不计气动杆与汽缸之间的摩擦。设气体的初始状态为A，某人坐上椅面，椅子缓慢下降一段距离后达到稳定状态B，此过程温度不变。然后开空调让室内温度降低到某设定温度，稳定后气体状态为C；接着人离开座椅，椅子重新处于另一个稳定状态D。则气体从状态A到状态D的过程中，关于p、V、T的关系图或叙述中正确的有（　　） A. 气体的V—T图如图甲 B. 气体的图如图乙 C. 从状态A到状态D，气体向外放出的热量大于外界对气体做的功 D. 与状态A相比，处于状态D时，单位时间内碰撞单位面积容器壁的分子数增多 【解析】A到B的过程中，气体等温压缩，压强增大，体积减小；从B到C的过程中，气体等压降温，温度降低，体积减小；从C到D的过程中，等温膨胀，压强减小，体积增加，而且此时D状态的压强又恢复到最初A状态的压强，其图像和图像如图所示AB错误；根据热力学第一定律由于气体温度降低，内能减小，因此气体向外放出的热量大于外界对气体做的功，C正确；由于状态A与状态D压强相等，而状态D温度更低，单个分子撞击容器壁力减小，因此单位时间内碰撞单位面积容器壁的分子数更多，D正确。 4.一个质量不计的活塞将一定质量的理想气体封闭在上端开口的圆筒形容器内，活塞上堆放着铁砂，如图所示，最初活塞搁置在容器内壁的固定卡环上,气柱高度为H0,横截面积为S,压强等于大气压强p0 ,现对气体缓慢加热，当气体温度升高了∆T= 60 K时，活塞及铁砂开始离开卡环而上升，继续加热直到气柱高度为H1=1.5H0.此后，在维持温度不变的条件下逐渐取出铁砂，直到铁砂全部取走时，气柱高度为H2 =1.8H0,求此时的气体温度(不计活塞与容器之间的摩擦). 【解析】因封闭气体的质量一定，故对任意两个状态，均满足理想气体状态方程 于是，对状态1和状态4有 对状态2和状态3有 即T2 =1.8T0,T2 =1.5( T0 +60 K) 联立各式代入数据解得T2 =540 K,即气体的末态温度为540 K. 5.如图所示，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为、横截面积为的活塞密封一部分理想气体，活塞在汽缸内能无摩擦地自由滑动。开始时气体温度为，活塞到汽缸底部的距离为。已知大气压强为，重力加速度为。现使汽缸内空气的温度缓慢升高，求： (1)汽缸内封闭气体的压强； (2)活塞上升的高度。 【解析】(1)根据题意，由平衡条件有： 解得： (2)根据题意，由盖吕萨克定律有： 解得： 课 堂 小 结 板 书 设 计 第3节 气体的等压变化和等容变化 一、气体的等压变化 1.等压变化：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。 2.气体等压变化的图像 如图所示，在V－T图像中，等压线是一条过原点的直线。 3.内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比。 4.表达式：V＝CT(C是常量)或＝ 5.适用条件：气体的质量一定，压强不变。 6.盖－吕萨克定律的推论 表示一定质量的某种气体从初状态(V、T)开始发生等压变化，其体积的变化量ΔV与热力学温度的变化量ΔT成正比。 二、气体的等容变化 1.等容变化：一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度变化的过程。 2.气体等容变化图像(如图所示) (1)图甲p－T图像中的等容线是一条过原点的倾斜直线。 (2)图乙p－t图像中的等容线不过原点，但反向延长线交t轴于－273.15__℃。 (3)无论p－T图像还是p－t图像，都能根据斜率判断气体体积的大小，斜率越大，体积越小。 3.查理定律 (1)内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比。 (2)表达式：p＝CT(C是常量)或＝。 (3)适用条件：气体的质量一定，体积不变。 (4)查理定律的推论 表示一定质量的某种气体从初状态(p、T)开始发生等容变化，其压强的变化量Δp与热力学温度的变化量ΔT成正比。 三、理想气体 1.内容：一定质量的某种理想气体，在从某一状态变化到另一状态时，尽管其压强p、体积V和温度T都可能改变，但压强p跟体积V的乘积与热力学温度T之比却保持不变。 2.理想气体的状态方程：＝C(常量)或＝。 成立条件：一定质量的理想气体。 四、气体实验定律的微观解释 1.玻意耳定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的数密度增大，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强就增大。 2.盖－吕萨克定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大；只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变。 3.查理定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“练习与应用”。 2.配套分层作业。 教学反思 教师可以根据学生实际情况进行补充，不做过多展开。也可以将这部分内容布置成课后作业，促进学生在新课学习后深入理解物理规律。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $