专题气体状态变化导致的动态变化问题.docx
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专题气体状态变化导致的动态变化问题
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。
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二、教学目标1、知识与技能目标：
理解玻意耳定律。
理解查理定律。
知道等容变化过程的P—T图象。
应用玻意耳定律和查理定律解决动态变化问题。
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
（1）
（2）
（3）
（4）
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。
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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。
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五、教学流程
1、教学流程图
活动5^图像法
2、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）个人收集整理勿做商业用途
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个人收集整理勿做商业用途
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。
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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）
）个人收集整理勿做商业用途
B.H和h都减小
D.H增大,h减小
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
C.H减小,h增大
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，空气柱压强变小，根据P=F-P
gh（即h增大）。
所以H和h都增大个人收集整理勿做商业用途
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。
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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）个人收集整理勿做商业用途
将减小
A.h将增大B.h
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
中间
例2、如图所示，粗细均匀的玻璃管，两端封闭，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，水银柱冈収子在正中，个人收集整理勿做商业用途
（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？
L
分析与解：
原来静止时Pb>FA，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Pb>R,,现需要向下的合外力，所以Pa增大，Pb减小）个人收集整理勿做商业用途
思考：
有没有可能FA增大，FB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？
I」L」
分析与解：
原来竖直时FB>R,玻璃管水平后，再次平衡时FB=R（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A移动。
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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。
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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L银柱将其分成体积相等的左右两部分，并充入亍温度相同的气体，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，个人收集整理勿做商业用途贝
（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To,压强为Pa和PB,升高温度△T,升温后为Ti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=PaAT/T0对于B：
Pb/T0=pb'/T2=△pbAT
△Pb=p/T/T0Pa=Pb，故有△Pa=APb，
△Fa=aFb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Ib—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=APb，故^Fa=AFb，水银柱不动）。
（2）假设体积不变:
（1）数学函数法
△Pa=PaAT/TA
△Pb=pbAT/TB
由于Ta△Pa>APb
（2）由图象法：
△Pa>APb
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）
然后
若把气体缓缓升高相同的温度（保持管竖直不动）保持恒温，则水银柱如何移动？
（2）
，然后保
若把气体缓缓降低相同的温度（保持管竖直不动）持恒温，则水银柱如何移动？
分析与解：
（1）数学函数法
△Pb=p/T/T0
△Pb=p/T/T0
PaVPb
△Pa⑵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。
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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途
向A端移动向B端移动仍在原位置无法判断
（A）
（A）
（B）
（C）
（D）
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冋题。
个人收集整理勿做商
业用途
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g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45°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、系为（D）
A丄b=Lc=LaB.LbU形管，弯曲段M和N的温度相N温度分别升高△tM
tM和^tN可能分别为
D.Lb2、如图所示，竖直倒置的两端封闭且等长的有汞柱将左管和右管的空气柱M和N隔开，当同时，左管内空气柱M较长。
若要使M、和^tN后，汞柱仍在原来的位置，则△
（AC）个人收集整理勿做商业用途
A.20C、10C
B.20C、30C
C.30C、20C
D.10C、20C
3.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，贝（BC）整理勿做商业用途
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。
降低相同的温度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，贝^（A）个人收集整理勿做商业用途
A.L>hB.L=hC.L=0DLvh丄工0
6、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）个人收集整理勿做商业用途
无法判断
A、B两气缸内充有理想
A.向左移动B.向右移动C.不动D.
7、如图是一个圆筒形容器的横剖面图。
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）个人收集整理勿做商业用途
I■■
（A）静止不动珂瞰
（B）向左移动
（C）向右移动
而是与大气压强相同，将A、B两部分
（初温相同），则活塞将如何移动？
个人收集
（D）A的压强增量比B的压强增量大发散：
若C、D不是真空，气体同时升高相同的温度
运动状态及温度变化导致的水银动态题多解，让学生感受假设法是常用的
整理勿做商业用途教后反思：
本节课讲了放置方式，变化，突出了一题多变，一解决方法，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。
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