問題1：關(guān)于氣體，我們?cè)诔踔须A段get了哪些知識(shí)？答：如圖所示，初中物理在人教版八年級(jí)下冊(cè)第九章和北師大版八年級(jí)上冊(cè)第四章中介紹了大氣壓強(qiáng)的相關(guān)知識(shí)。關(guān)于大氣壓強(qiáng)，通過初中的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)get了以下幾點(diǎn)：①如圖所示的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)、覆杯實(shí)驗(yàn)等都說明大氣壓強(qiáng)是客觀存在的。②意大利科學(xué)家托里拆利首先測(cè)量了大氣的壓強(qiáng)，我們把這樣測(cè)量的大氣壓稱為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm），用p0表示：p0=760mmHg=1.01×105

Pa③大氣壓強(qiáng)隨著海拔高度的增加而逐漸減小。

④不僅大氣有壓強(qiáng)，所有封閉的氣體都有壓強(qiáng)，利用氣壓計(jì)（如圖所示）可以測(cè)量氣體的壓強(qiáng)。問題2：關(guān)于氣體，高中階段將對(duì)哪些問題進(jìn)行深入探究？答：經(jīng)過初中階段的學(xué)習(xí)，關(guān)于氣體的壓強(qiáng)，我們可能存在以下疑問：①為什么氣體存在壓強(qiáng)？②為什么海拔越高，大氣的壓強(qiáng)越小？③還有那些因素可以影響氣體的壓強(qiáng)？關(guān)于問題①，我們?cè)凇?.3

分子運(yùn)動(dòng)速率的分布規(guī)律》中建立模型并從微觀角度推導(dǎo)得出了氣體壓強(qiáng)的微觀表達(dá)式：從而明確氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子碰撞器壁產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)平均效果和整體貢獻(xiàn)。根據(jù)氣體壓強(qiáng)的微觀表達(dá)式不難得出問題②的答案：由于重力的作用，地球表面大氣層的密度隨著離地高度的變化而變化，離地面越高的地方，空氣越稀薄，單位氣體內(nèi)的分子數(shù)（n）越少，正因如此，海拔越高的地方，大氣壓強(qiáng)越小。問題③的答案同樣可以根據(jù)氣體壓強(qiáng)的微觀表達(dá)式推理得出：從微觀角度看氣體的壓強(qiáng)取決于單位體積的分子數(shù)和分子運(yùn)動(dòng)速率平方的平均值，這兩個(gè)微觀量的宏觀表現(xiàn)即為氣體的體積（氣體的體積通常就等于容器的容積）和溫度，因此氣體的壓強(qiáng)、體積和溫度之間存在某些定量關(guān)系。與力學(xué)中描述某個(gè)物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)需要位置、位移、速度、加速度等物理量類似，在研究氣體時(shí)，體積V、溫度T和壓強(qiáng)p

這三個(gè)物理量可以描述氣體的宏觀物理性質(zhì)，因此這三個(gè)物理量被稱為氣體的狀態(tài)參量。通過控制變量的方式探究氣體的壓強(qiáng)、體積和溫度的定量關(guān)系并從微觀角度進(jìn)行解釋正是接下來兩節(jié)課我們要研究的主要問題。問題3：如何探究一定質(zhì)量的氣體的等溫變化規(guī)律？

答：利用如圖所示的裝置可以探究氣體的等溫變化規(guī)律：實(shí)驗(yàn)時(shí)，在玻璃管內(nèi)封閉一段空氣柱，保持氣體的溫度不變，通過活塞改變空氣柱的長(zhǎng)度（改變了空氣柱的體積），通過氣壓計(jì)讀出氣體在不同體積時(shí)的壓強(qiáng)，利用測(cè)量數(shù)據(jù)即可探究氣體的等溫變化規(guī)律。子問題1：實(shí)驗(yàn)中如何保持氣體的質(zhì)量一定？答：為保持氣體的質(zhì)量一定，實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)用橡膠套堵住玻璃管的氣口，用潤(rùn)滑油涂抹活塞，防止實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)生漏氣現(xiàn)象。子問題2：實(shí)驗(yàn)中如何保持氣體的溫度不變？答：實(shí)驗(yàn)時(shí)保持氣體的“溫度不變”就是盡量讓氣體的溫度與周圍的環(huán)境溫度相同，因此實(shí)驗(yàn)操作時(shí)應(yīng)當(dāng)注意以下兩個(gè)方面：①通過移動(dòng)活塞改變氣體體積時(shí)，要盡量緩慢地移動(dòng)活塞，使管內(nèi)封閉的氣體能夠很好地跟外界發(fā)生熱交換。②移動(dòng)活塞改變氣體體積時(shí)，不要用手緊緊握住玻璃管，否則手與玻璃管發(fā)生熱交換后，手的溫度將改變被封閉氣體的溫度。子問題3：如何利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，探究并得出氣體的等溫變化規(guī)律？答：實(shí)驗(yàn)時(shí)，記錄數(shù)據(jù)的表格如圖所示。因?yàn)榭諝庵捏w積

V=

l（長(zhǎng)度）×S（橫截面積），所以根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)探究規(guī)律時(shí)，可以利用空氣柱的長(zhǎng)度代替空氣柱的體積，而不需要測(cè)量玻璃管的直徑。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出的p-V圖像如圖甲所示，這一圖像僅能說明一定質(zhì)量的氣體在等溫條件下，體積越大、壓強(qiáng)越小。類比必修第一冊(cè)《4.2

探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)處理的方法可知，進(jìn)一步探究體積和壓強(qiáng)的定量關(guān)系可以嘗試做出p-1/V的圖像。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出的p-1/V的圖像如圖乙所示，圖線為過原點(diǎn)的直線說明：在等溫條件下，p與1/V成正比，即子問題4：實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么不能過度用力壓縮氣體？答：過度用力壓縮氣體，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程可能會(huì)產(chǎn)生如下影響：影響之一：如果將空氣柱的體積壓縮過小，此時(shí)氣體的壓強(qiáng)過大，可能會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的密閉程度，使氣體的質(zhì)量發(fā)生變化，從而使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大誤差。影響之二：如果空氣柱的體積過小，此時(shí)玻璃管中用橡膠套密封的那一小部分氣體的體積不可忽略，也會(huì)使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大誤差。利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做p-1/V圖像可能如圖中黑色虛線所示。問題4：如何描述氣體的等溫變化規(guī)律？答：大量上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)p與體積V成反比。這一規(guī)律由英國(guó)科學(xué)家玻意耳和法國(guó)科學(xué)家馬略特各自獨(dú)立通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，但習(xí)慣上被稱為玻意耳定律。一定質(zhì)量氣體的等溫變化過程可以用p-V或者p-1/V圖像來描述。氣體的等溫變化過程在p-V圖上是反比例函數(shù)圖線（雙曲線的一種），在p-1/V圖上是過原點(diǎn)的直線，如圖所示。這種表示等溫過程的圖線稱為等溫線，等溫線上的每個(gè)點(diǎn)代表氣體處于某一狀態(tài)，在等溫線上標(biāo)上箭頭可以表示等溫過程的進(jìn)行方向。

問題5：如何從微觀角度定性解釋氣體的等溫變化規(guī)律？答：由于溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，因此氣體的溫度不變時(shí)，分子的平均動(dòng)能保持不變，即氣體壓強(qiáng)微觀表達(dá)式中v2的平均值保持不變。根據(jù)氣體壓強(qiáng)的微觀表達(dá)式可知：在氣體溫度不變的條件下，氣體的體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)n增大，氣體的壓強(qiáng)增大；反之氣體的體積增大，單位體積內(nèi)的分子數(shù)n減小，氣體的壓強(qiáng)減小。問題6：生活中有哪些現(xiàn)象或者事實(shí)，可以用氣體的等溫變化規(guī)律進(jìn)行解釋或論證？

答：如圖所示，初中物理學(xué)習(xí)浮力時(shí)會(huì)演示“浮沉子”的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)就是利用氣體的等溫變化規(guī)律控制“浮沉子”在水中的浮沉的。

擠壓礦泉水瓶時(shí)，瓶中被封閉氣體的體積減