气体压强（精选7篇）
气体压强 篇1
求封闭气体的压强,是解决气体问题的关键,高中常见的两种模型为液体封闭的气体、固体封闭的气体,本文对两种情况下求气体压强的方法进行了总结,希望能帮助学生解决这类问题.
物理选修3 - 3为热学内容,高考分值为12分,对于封闭气体的考查,通常为8分的计算题. 在教学过程中我发现,求封闭气体的压强是教学的重点同时也是学生学习的难点,如何突破这一问题,以下是我在教学过程中总结出的一些规律方法,以供探讨.
封闭气体的压强有两个特点,一是气体自重产生的压强一般很小,可以忽略. ( 大气压强p0却是一个较大的数值由大气层重力产生,不能忽略) . 二是密闭气体对外加压强的传递遵守帕斯卡定律,即外加压强由气体按照原来的大小向各个方向传递. 封闭气体的特点对我们接下来求解气体的压强尤为重要.
封闭气体通常有两种情况,即液体封闭的气体和固体封闭的气体,我们分两种情况分别讨论.
一、液体封闭的气体压强
1. 液体压强p = ρgh,其中h代表了液体竖直方向上的高度,此公式计算出的压强单位为帕斯卡,若液体为高度为h的水银,大气压强又以cm Hg为单位,则我们可以直接用大气压强p0±h求气体压强.
2. 若液面与外界大气接触,则液面下h处的压强p = p0+ ρgh.
例1如图1,玻璃管中灌有水银,管壁摩擦不计,设p0=76 cm Hg,求封闭气体的压强
解析: 本题可用静力平衡解决. 如图2.
以水银柱为研究对象,进行受力分析,列平衡方程
( 1) p0S = p1S即p0= p1,所以p1= 76 cm Hg.
所以p3= p0- hsin30° = 63. 5 cm Hg.
观察以上解题过程,我们首先对液柱受力分析,列出液柱的受力平衡方程,两侧消去s后转化成了压强平衡方程,即液柱下表面液片的压强平衡,所以,由液体封闭的气体我们最终列出的是压强平衡的方程.
例2如图3所示,求出被水银封闭的两部分气体的压强. ( 设大气压强 p0cm Hg)
解析: 利用液片压强平衡列方程,首先我们要 确定各个 液面的压 强大小.
如图3所示,液柱h1上表面压强等于1气体压强p1,下表面压强等于大气压强p0; 液柱h2上表面压强等于1气体压强p1下表面压强等于2气体压强p2,列出关于液柱下表面液片的压强平衡.
h1下表面: p1+ h1= p0,即p1= p0- h1.
h2下表面: p1+ h2= p2,即p2= p0- h1+ h2.
方法总结: 以液柱下表面的液片为研究对象,根据压强平衡列方程进行求解. 这种方法简单有效,应该让学生们熟练掌握.
二、固体( 活塞或气缸) 封闭的气体的压强
例3如图4,一圆筒形汽缸静置于地面上,如图所示,汽缸筒的质量为M,活塞质量为m,活塞面积为S,大气压强为p0,现将活塞缓慢上提,求汽缸刚离地面时汽缸内气体的压强( 忽略摩擦) .
解析: 与封闭气体接触的固体,必定受到气体力的作用,以固体为研究对象受力分析,列平衡方程为大体解题思路.
解法1: 如图5,以活塞为研究对象受力分析
方法总结: 以与气体接触的固体为研究对象,受力分析,由平衡条件建立方程,来找出气体压强与其它各力的关系. ( 若为非平衡态,则根据牛顿第二定律列动力学方程)
求解封闭气体的压强,是解决气体问题的基础,只要学生掌握了以上方法,那么不论在什么情景之下的气体问题都会迎刃而解!
气体压强 篇2
大家好！
今天我在这儿向大家汇报的课题是《气体的压强》。本节的教学是对固体压强和液体压强的延伸，在压强一章中有着较重地位，气体压强不象固体、液体那样直观、形象，易于理解。大气看不见，摸不着，但它确实存在与我们的现实生活之中，且与我们的生活息息相关。如何让学生对“看不见，摸不着”的东西去理解、去感悟，这其中就渗透了一种科学方法的应用，即“间接推断”的方法。让学生通过实验和生活中的一些事例来感悟，来理解大气压的存在。这对今后磁场、电现象的教学也起了一个教学的铺垫作用。
下面我就本节课教学的有关方面向各位领导、各位老师汇报一下：
本节的教学重点有四个方面：一是让学生通过实验和生活中的事例知道大气压的存在；二是让学生能通过科学的探究粗略测出大气压的值，并知道大气压随高度的增加而减小；三是让学生知道液体沸点与压强的关系；四是让学生通过实验探究知道流体压强与流速的关系。
具体这一节的教学思路设计如下：
通过“易拉罐被压扁”、“硬纸片托水杯”等实验首先引起学生的好奇心理，进而引出“大气压”的概念。书本对与大气压概念的提出放在后面，而在课的一开始便直接出现“大气压”三个字，我认为这样安排顺序是不太合理的。其实对于“大气压”概念的教学完全可以通过教师的递进启发的方法让学生得出，我的教学是这样的：“提问：固体为什么对它的支撑面有压强？”学生会很容易的报出答案：因为固体受到重力的作用。接着提问：“那么液体为什么对容器的底面有压强呢？”学生也会很容易的报出答案：因为液体也受到重力的作用。“那么空气是否也要受到重力的作用？空气内部是否也存在压强呢？学生的回答当然是肯定的。这样学生便很顺利的得出了大气压的概念。
在学生知道大气压存在的基础上，立刻提出问题：大气压多大呢？于是让学生带着问题阅读马德堡半球实验，并通过塑料吸盘进一步让学生亲身感悟大气压的威力。而后通过小组分组实验根据针筒实验的步骤让学生粗略的测出大气压的值。学生测出的值大多都不同，在分析原因的基础上便可引出托里拆利实验。其间的教学可以简单介绍托里拆利实验过程，可以借助多媒体FLASH动画来实现实验的过程。可以明确的告诉学生水银是有毒的，进而提出：能否改用水来做这个演示实验呢？启发学生们根据公式P=ρgh去讨论，来发表自己的观点，最后老师总结出理论上可以，但实际中存在的三大问题。
对于“大气压的变化”一部分可以通过山体植物的垂直分布和气压的数据，让学生知道大气压随高度的增加而减小，通过夏天雷雨天气的闷热，老人的呼吸困难，水中鱼儿跃出水面呼吸氧气等现象让学生感知大气压随天气的变化。
课本通过“高压锅”、“沸点与压强的关系”来阐述气压与人类的生活息息相关。其实教学中还可以穿插的事例还很多，例如：飞机起飞与降落人耳为什么感到难受？从深海中捕捞上来的鱼为什么没有活的？航天员费俊龙能穿着我这套衣服上太空吗？等等，虽是一些小小的问题，但解决了学生平日的许多好奇，同时也极大的提高了本节课的学习兴趣。体现了新课程的理念，联系生活、联系实际。
对于气压计的教学只要让学生知道它是测量气压的仪器即可，无须太多的补充，更不须要介绍它的结构和工作原理。
对于流体压强与流速的关系通过“吹纸条”、“吹风机”等实验学生便可得出：“流速越大的地方，压强越小”的结论。而对于运用这个知识点来解释生活的某些现象却是教学的重点和难点，必须通过特定的事例来分析加以解决，可以放在第二课时。
新课改，新教才给我们的感触是很深的，它并不是我们所象的那么简单。新课改对我们提出了更高的要求，知识是可以不断延伸和拓展的，本节气体压强就是一个很好课例，这就要求我们平时要很好的去领会新课程的理念，新课标的要求，充分挖掘书本上的每一幅图，每一句话所隐藏的深刻含义。
“气体压强与流速关系”典例解析 篇3
实验：桌面上放着两只乒乓球，相距约1cm，如果用细口玻璃管向两球之间吹气.会发生什么现象？
现象与分析：用细口玻璃管向两只乒乓球之间吹气，吹出的气流速度很大，因为气体流速越大，压强越小，两乒乓球之间气体的压强减小，在大气压的作用下，两球会向中间靠拢.
例1 为什么飞机在空中飞行时不会掉下来？
解析 飞机有两个大大的机翼，它的升力主要来自于机翼，机翼呈上凸下平形状.飞行时气流从机翼的前端开始分为上、下两股，由于上方是弧线，下方是直线，当气流在机翼后端汇合时，上方气流经历的路程更长些，因此上方气流比下方气流的流速大，于是下方气体的压强大于上方气体的压强，从而使飞机受到向上的合力作用，即形成向上的升力.
例2 假使你是个足球迷，一定见过这种精彩的场面：近对方球门罚接任意球时，守方球员五、六个人排成一字“人墙”，企图挡住攻入球门的路线，而攻方的主罚球员却不慌不忙，慢慢走上前去，把球放正位置，然后起脚一记猛射，只见球绕过“人墙”，眼看要偏离球门飞出界外，却又转过弯来直扑球门，守门员刚要起步扑球，却为时已晚，球早已应声入网了.这就是颇为神奇的“香蕉球”，如图1所示.因为球运动的路线是弧形的，像香蕉形状，因此得名.“香蕉球”是如何形成的？
要踢成“香蕉球”，关键是运动员触球的一刹那的脚法，即不但要使球向前，而且要使球急速旋转起来，不同的旋转方向，球的转向就不同，这需要运动员的刻苦训练.其实，不止是足球有“香蕉球”，乒乓球、排球、网球等都有利用旋转技术创造出各种飘忽不定、神秘莫测的怪球，如乒乓球中的弧圈球、排球中的飘球等.
气体压强与流速的关系，许多动物在长期的进化中也学会了应用.
关于计算封闭气体压强的方法总结 篇4
物理选修3-3为热学内容，高考分值为12分，对于封闭气体的考查，通常为8分的计算题．在教学过程中我发现，求封闭气体的压强是教学的重点同时也是学生学习的难点，如何突破这一问题，以下是我在教学过程中总结出的一些规律方法，以供探讨．
封闭气体的压强有两个特点，一是气体自重产生的压强一般很小，可以忽略．(大气压强p0却是一个较大的数值由大气层重力产生，不能忽略)．二是密闭气体对外加压强的传递遵守帕斯卡定律，即外加压强由气体按照原来的大小向各个方向传递．封闭气体的特点对我们接下来求解气体的压强尤为重要．
封闭气体通常有两种情况，即液体封闭的气体和固体封闭的气体，我们分两种情况分别讨论．
一、液体封闭的气体压强
1．液体压强p=ρgh，其中h代表了液体竖直方向上的高度，此公式计算出的压强单位为帕斯卡，若液体为高度为h的水银，大气压强又以cmHg为单位，则我们可以直接用大气压强p0±h求气体压强．
2．若液面与外界大气接触，则液面下h处的压强p=p0+ρgh.
例1如图1，玻璃管中灌有水银，管壁摩擦不计，设p0=76 cmHg，求封闭气体的压强
解析:本题可用静力平衡解决．
以水银柱为研究对象，进行受力分析，列平衡方程
(1)p0S=p1S，即p0=p1，所以p1=76 cmHg.
所以p2=p0-h=51 cmHg.
所以p3=p0-hsin30°=63.5 cmHg.
所以p4=p0-h=51 cmHg.
观察以上解题过程，我们首先对液柱受力分析，列出液柱的受力平衡方程，两侧消去s后转化成了压强平衡方程，即液柱下表面液片的压强平衡，所以，由液体封闭的气体我们最终列出的是压强平衡的方程．
例2如图2所示，求出被水银封闭的两部分气体的压强．(设大气压强p0cmHg)
解析:利用液片压强平衡列方程，首先我们要确定各个液面的压强大小．
如图所示，液柱h1上表面压强等于1气体压强p1，下表面压强等于大气压强p0;液柱h2上表面压强等于1气体压强p1下表面压强等于2气体压强p2，列出关于液柱下表面液片的压强平衡．
h1下表面:p1+h1=p0，即p1=p0-h1.
h2下表面:p1+h2=p2，即p2=p0-h1+h2.
方法总结:以液柱下表面的液片为研究对象，根据压强平衡列方程进行求解．这种方法简单有效，应该让学生们熟练掌握．
二、固体(活塞或气缸)封闭的气体的压强
例3一圆筒形汽缸静置于地面上，如图3所示，汽缸筒的质量为M，活塞质量为m，活塞面积为S，大气压强为p0，现将活塞缓慢上提，求汽缸刚离地面时汽缸内气体的压强．(忽略摩擦)
解析:与封闭气体接触的固体，必定受到气体力的作用，以固体为研究对象受力分析，列平衡方程为大体解题思路．
解法1:以活塞为研究对象受力分析
由题意可知拉力F=(m+M)g
解法2:以气缸为研究对象受力分析
方法总结:以与气体接触的固体为研究对象，受力分析，由平衡条件建立方程，来找出气体压强与其他各力的关系．(若为非平衡态，则根据牛顿第二定律列动力学方程)
气体的压强跟体积的关系物理教案 篇5
(2)讲述：根据大量实验表明：在温度不变时，一定质量的气体，体积减小，压强增大;体积增大，压强减小(教师板书)。讲述后，结合课文举例。
(3)抽气机、打气筒、空气压缩机都是利用了气体压强跟体积的关系制成的。讲述打气筒的构造和工作过程。
请学生讲图11―16，活塞向右拉和活塞向左压时，筒内的气体体积和压强大小的变化。再请学生上台用打气筒，照图11―16那样试一试(出口堵住，并向全班同学说一说其感受是否跟刚才一位同学照图讲的情况相同。
(4)讲述：利用打气筒，获得了比通常大气压大两三倍的压缩空气。在一些机器设备上，还可以得到压强大得多的压缩空气，简介图11―17利用压缩空气制动火车的简单过程，并要求学生填写出图旁文字说明中的空格。接着再举出一些压缩空气在工业上的应用的例子。
四、小结本课内容：
1.活塞式抽水机和离心泵都是利用大气压强把水从低处送到高处的。
2.在温度不变时，一定质量的气体，体积减小，压强增大;体积增大，压强减小。利用这一道理可以获得比通常大气压强大得多的压缩空气，在工业生产中压缩空气有广泛的应用。
五、布置作业：
1.阅读本节课文。
2.复习全章内容，并将全章课文后的“学到了什么”的空格填写好。
(四)说明
1.本课是大气压强的应用。教学中要通过学生实验、教师演示实验，使学生弄明白它们的原理。利用课文中的图，图旁文字说明中又有空格，通过这些活动，使课堂生动活泼，学生学得积极，理解深刻，又有趣味。
2.讲述离心泵前，安排一个学生随堂实验，使学生对“离心”有一定的认识，这类离心现象，学生并不陌生，除了教师再举出一些离心现象的例子外，还可让学生自己举一举。但是，在这里不要解释离心现象，木然就会干扰重点内容的学习，同时学生认知水平有限，也不会真正理解。
3.对于根据合适条件选用设备，其本质是对学生进行思想教育，提高学生素质，不仅选用设备要这样，做其他工作，都要从实际出发，根据物力、财力和自身的基本条件，不能无条件的追求。
气体压强 篇6
关键词：中学化学实验教学；数字化技术实验；压强传感器；二氧化碳检测
文章编号：1005–6629（2015）9–0058–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
化学是一门基于实验的科学，化学实验对于理解化学理论知识裨益颇大。中学化学中常用的基于玻璃仪器和试剂的传统实验操作简单，对于有发光、发热、颜色变化等现象明显的化学反应教学效果好。但涉及到有气体产生、微弱温度变化、电子转移等用肉眼难以观察到现象的实验，学生只能凭空想象，教学效果差强人意。
早在1978年，发达国家已使用传感器来辅助教学。在美国化学教材[1]中，将依托传感器设计的新型实验取代了过去的传统实验。但反观国内中学化学教学现状，即使在上海这样较发达地区，真正将传感技术应用于课堂中的学校屈指可数。笔者认为，除了资金原因之外，缺乏紧扣教材内容、切实可行、设备简单的实验教学案例是传感技术尚未被广泛使用的主要原因。
当前，适用于中学化学教学的传感器有多种类型，如温度传感器、pH传感器等。本文将以压强传感器作为主要的实验设备，结合传统实验设备测定二氧化碳在水中的溶解速率，检验二氧化碳与氢氧化钠、碳酸钠反应的特有现象。选择压强传感技术的原因在于：（1）压强传感器的数据可靠，性能稳定，操作便捷；（2）压强是研究气体反应的一个重要参数，传统实验难以测定。引入压强传感技术能将压强数字化、直观化，扫除学生理解上的障碍；（3）压强传感器相对比较便宜，一套压强传感器装置的价格在2000元以内，能为一般中学所接受。
1 压强传感技术及装置简介
压强传感技术是DIS（数字化信息系统）实验技术的一种，由压强传感器、数据采集器、计算机和通用软件组成。压强传感器是通过压强传感器监测在恒容、密闭体系中气体微弱的压强变化，然后把测得的压强转化为电信号，数字采集器将电信号处理后传入计算机内，通过通用软件进行分析处理，并以数据图表等形式输出[2]。
本研究中所使用的实验装置如图1所示。该装置是以250mL集气瓶作为反应容器，配以符合集气瓶口径的单孔橡皮塞，橡皮塞连接塑料导管再连接至压强传感器。用集气瓶作为反应容器连接压强传感器进行实验能贴近教材上相关实验装置，装置简单操作简化，能在较短的时间内精确测出集气瓶内微弱的压强变化。
2 压强传感技术在中学化学教学中的应用
2.1 二氧化碳收集方法探究
实验室中如何收集一瓶纯度较高的二氧化碳气体？在我国的中学化学教材中，二氧化碳通常用向上排空气法收集，而用该法收集二氧化碳很难判断气体是否集满：已有实验[3]证明当二氧化碳的体积分数超过30%就能使点燃的木条熄灭。因此用此法收集到的二氧化碳往往不纯。
20℃，一个标准大气压下，1体积水中能溶解0.88体积的二氧化碳。因此二氧化碳通常被认为不能使用排水法收集。但国外的化学教材上多用排水法来收集。国内已有不少研究明确地提出了二氧化碳可以用排水法来收集[4，5]，但缺乏具体的数据来说明用排水法来收集一定量的二氧化碳时二氧化碳在水中溶解的量或者说损失率。本研究将用压强传感器来监测一定时间内二氧化碳在水中的溶解速率，再从二氧化碳的消耗率的角度来定量地说明用排水法收集二氧化碳的可行性。
2.1.1 基于压强传感技术验证二氧化碳在水中的溶解速率
收集一集气瓶二氧化碳气体，加入约三分之一集气瓶的水并立即盖上附有传感器的橡皮塞，在室温（15℃）下通过压强传感器测定集气瓶中压强变化，由气体压强随时间变化曲线计算二氧化碳在水中的溶解速率，具体过程如下：
（1）开始：数据采集器连接压强传感器，打开logger lite 1.5软件，以时间为横坐标，压强为纵坐标，得到“压强-时间”曲线。
（2）数据采集：气体压强缓慢减小，曲线基本保持水平，4分钟后停止采样，得到如图2所示的“压强-时间”曲线。
选取0～120秒数据做出拟合图线方程Pres=mt+b（m代表斜率，b代表截距）：P=-0.003618t+103.0。由此可得前两分钟内二氧化碳在水中的平均溶解速率ν=0.007980÷8.314÷288×60=9.06×10-5 mol/（L·min）。而常温常压下用2mol/L盐酸与大理石反应制取二氧化碳，前两分钟的平均速率在0.109 mol/（L·min）[6]左右。将这两个数据相除可以得知，若用排水法收集二氧化碳气体损失约为0.083%。
结论：通常情况下，二氧化碳气体在水中的溶解速率很慢，远远小于二氧化碳的制取速率。因此可以用排水法收集，且收集到的气体较排空气法更纯净。
2.2 二氧化碳气体与氢氧化钠溶液反应的实验探究
二氧化碳与氢氧化钠溶液的反应没有明显的实验现象，中学往往通过压强变化证明反应确实发生了。通常的做法是在一个充满二氧化碳的矿泉水瓶中加入适量的氢氧化钠溶液，迅速盖紧瓶盖。振荡溶液，发现瓶变瘪由此得出二氧化碳能与氢氧化钠反应，使瓶内压强变小，此实验成功的关键是要剧烈振荡矿泉水瓶。再现高考题中二氧化碳与氢氧化钠溶液的喷泉，也需振荡否则溶液液面上升很慢，甚至停止不动。为何二氧化碳与氢氧化钠的实验需要振荡呢？此外，经常会有学生提出疑问：矿泉水瓶变瘪会不会是由于二氧化碳溶解在水中的缘故呢？为了解释这些问题，笔者用压强传感器监测一定时间内二氧化碳与氢氧化钠在不振荡和振荡条件下的压强变化，并与二氧化碳溶于水的压强变化作比较。
2.2.1 基于压强传感技术验证二氧化碳气体与氢氧化钠溶液的反应
用排水法收集较纯净的二氧化碳气体于集气瓶中，迅速加入20mL 2 mol/L的氢氧化钠溶液立即盖上附有传感器的橡皮塞，在室温（15℃）下通过压强传感器测定集气瓶中压强变化，具体步骤与二氧化碳在水中的溶解速率实验相同。
采集前两分钟的数据，选取不同时段（0～54s、55～61s）数据分别做拟合图线方程（1、2）：P1=-0.1695t+99.27；P2=-1.684t+181.1，得到如图3所示的“压强-时间”曲线。
计算与讨论：0～54秒曲线斜率基本不变，ν1=4.25×10-3 mol/（L·min）；54秒后不断振荡集气瓶，压强急剧下降，55～61秒内ν2=4.22×10-2 mol/（L·min）；由于二氧化碳的消耗斜率逐渐减小。无论振荡与否，二氧化碳在氢氧化钠溶液中的溶解速率均大于其在相同条件下在水中的溶解速率9.06×10-5 mol/（L·min），说明二氧化碳在氢氧化钠溶液中不仅仅是溶解，还发生了化学反应。
从图中也可以明显看出，在不振荡的情况下二氧化碳与氢氧化钠溶液的反应速率仍较慢，振荡后反应速率显著提高。这是由于二氧化碳是一种非极性分子，溶于水这种极性溶剂中的速率较慢，因此难以快速与氢氧化钠发生反应。而振荡可以增加二氧化碳这一气相与溶液相的接触，从而提高反应速率。
结论：二氧化碳与氢氧化钠溶液混合后压强变小不仅仅是溶于水所造成的，还发生了化学反应。在通常情况下，氢氧化钠吸收二氧化碳的速率较慢，在振荡的情况下可以快速反应。因此做好矿泉水瓶中二氧化碳气体和氢氧化钠溶液反应的实验、二氧化碳气体和氢氧化钠溶液的喷泉实验，振荡是成功的关键。
2.3 二氧化碳气体与碳酸钠溶液反应的实验探究
在二氧化碳与氢氧化钠反应后的溶液中继续通入二氧化碳仍能发生化学反应。为了证明产物碳酸钠也能与二氧化碳反应，有些教师用饱和碳酸钠溶液和二氧化碳反应，试图使碳酸氢钠晶体析出，但实验难以成功，一般解释是二氧化碳气体中有酸雾，但洗尽酸雾后也难成功。通过本研究中的两个实验可以知道通常情况下水和氢氧化钠溶液对二氧化碳的吸收速率都很慢，更不用说饱和碳酸钠溶液了，因此难以析出碳酸氢钠晶体的关键原因也是反应速率慢。二氧化碳气体大部分没参与反应便从溶液中逸出，如要有晶体析出需生成较多的碳酸氢钠并达到饱和状态，因此很难在短时间内观察到有晶体的析出[7]。用传统的实验手段也很难观察到压强的变化，而通过压强传感器就能在短时间内验证这一反应的发生。
2.3.1 基于压强传感技术验证二氧化碳气体与饱和碳酸钠溶液的反应
实验步骤与二氧化碳在水中的溶解速率实验相同，仅将水换成20mL饱和碳酸钠溶液。
采集前两分钟数据，集气瓶内压强逐渐减小，一分钟后不断振荡集气瓶，曲线斜率增大，得到如图4所示的“压强-时间”曲线。
选取不同时段（0～60s、61～120s）数据分别做拟合图线方程（1、2）：P1=-0.03206t+102.5；P2=-0.3667t+123.3。计算得到ν1=8.03×10-4 mol/（L·min），ν2= 9.19×10-3 mol/（L·min），均大于相同条件下二氧化碳在水中的溶解速率9.06×10-5 mol/（L·min），说明二氧化碳在碳酸钠溶液中不仅仅是溶解，还发生了化学反应，振荡可以提高反应速率。
结论：利用压强传感技术可以在较短的时间内观察到二氧化碳与饱和碳酸钠反应的压强变化，证明二氧化碳确实能与碳酸钠发生化学反应。
3 小结
数字化信息实验最大的优势在于，化学反应虽然在短时间内完成了，但是学生在观察到现象的同时得到了观察不到的实验数据。通过对这些数据的分析可以解释很多传统实验无法解释的问题，做到用数据说话，扫除学生理解上的障碍，同时也提高了对数据、图像的分析能力。借助压强传感器的数字化实验，基本能够涵盖大部分中学化学及物理学科中所涉及到的气体的实验，如催化剂对化学反应速率的影响、影响化学反应速率的因素、气体摩尔体积的测定等。遗憾的是，由于选取传感器种类单一所限，部分中学化学实验尚不能用本装置完成。如今，传感技术在国内中学教育领域尚未普及，谨以此探索其应用的可能性与优势。
参考文献：
[1] Robert F. Tinker，Joseph S. Krajcik. Portable Technologies： Science Learning in Context [M]. New York： Kluwer Academic Plenum Publishers，2001.
[2]陆惠莲. DIS数字化系统在高中化学实验创新设计中的应用[J].中国现代教育装备，2013，（16）：18～21.
[3]姚子鹏主编.九年义务教育课本·化学（九年级）（第一学期）[M].上海：上海教育出版社，2007：117.
[4]郁学梅.实验室二氧化碳气体的收集及检测方法再研究[J].化学教学，2014，（7）：65～66.
[5]夏梅芳.基于数字化实验的化学探究实验教学案例[J].化学教学，2013，（3）：60～61.
[6]孙成林.用重量法测定大理石和盐酸反应速率的实验设计[J].化学教学，2013，（4）：58～59.
压强原理在有关气体实验中的应用 篇7
压强是作用在物体单位面积上的正压力。其原理如图所示, 其中K为可以滑动的活塞。
1.如果P1=P2, 则活塞K不移动。
2.如果P1>P2, 则活塞K向右移动。
3.如果P1
一、压强原理用于检验装置的气密性
实验装置气密性的检查是实验前的首要环节, 检查气密性时, 必须使装置密封。其次, 通过增大或减小装置内气体的体积, 引起压强的改变, 通过观察气液交界处的变化, 作出气密性是否良好的判断。
如图所示, 用双手捂住圆底烧瓶, 当温度升高时, 烧瓶内气体的体积膨胀, 圆底烧瓶内气体的压强增大, 大于大气和烧杯内导气管入水段水柱产生的压强的和, 即P (烧瓶) >P (大气) +P (水柱) 。若装置不漏气, 则能观察到烧杯里的导管口有气泡冒出。利用压强的原理检验装置的气密性可以归纳为:
形成密闭体系→改变压强→变压后的现象→得出结论
如果要增大气体的压强, 就要使密闭体系气体的温度升高或者体积减小或物质的量增多;如果要减小气体的压强, 就要使密闭体系气体的温度降低或者体积增大或物质的量减少。在检验不同装置气密性的时候, 应采取方便有效的方法, 以达到实验目的。
例如:可以用酒精灯给图2的圆底烧瓶加热, 烧瓶内气体膨胀, 压强增大;图2也可以用分液漏斗给圆底烧瓶滴水, 让烧瓶内气体的体积减小, 压强增大来检验装置的气密性。又如图3可以采用液差法, 将导气管上的活塞关闭, 球形漏斗内注入一定量的水, 使水面达到球形漏斗的球体部位。停止加水后, 水面能停留在某一位置不再下降, 此时球形漏斗中的水面高度与容器下部半球体内的水面高度保持比较大的液面差, 通过产生压强差检验装置的气密性。
对于类似于大试管的体积比较小、器壁比较薄的仪器 (如圆底烧瓶、锥形瓶等) , 都可采用手捂或酒精灯微热的方法。对于体积比较大, 器壁比较厚的仪器, 通过手捂升温对气体体积的影响微乎其微, 而该装置又是不能被加热的, 通常采用液差法。
二、压强原理用于防倒吸
防倒吸是气体制备中重要的一个方面。在制气、收集、尾气吸收的过程中, 当体系的压强小于环境的压强时, 就会发生倒吸现象。
1. 在加热制取气体且用排水法收集的装置中, 若收集完毕后先停止加热, 则P (体系内)
2. 尾气的吸收。一般尾气吸收可采用如图4装置,
但如果被吸收的气体是极易溶于水的气体 (如NH3、HCl) , 用该装置时, 由于气体迅速溶解, 体系压强减小, 溶液在大气压的作用下沿导管上升而发生倒吸现象。为避免倒吸发生, 可采用如图5、图6的装置来吸收。在图5装置中, 当气体溶于水, 体系压强减小时, 溶液进入倒置的漏斗, 由于漏斗容积较大, 此时烧杯液面下降, 漏斗中的液体受重力作用回流到烧杯中而避免倒吸。在图6装置中, 采用“隔离层”的方法, 下层为四氯化碳, 上层为水, 凡是极易溶于水但不溶于四氯化碳的气体, 都可以用此装置来吸收 (如HCl、HBr、NH3) 等。
三、压强原理用于喷泉实验
化学实验中的喷泉实验正是利用了压强差的原理来实现的。如图7, 烧瓶内收满氨气, 胶头滴管装有少量水, 烧杯中为滴有酚酞的水。操作时, 首先挤压胶头滴管, 使少量水进入烧瓶, 由于氨气极易溶于水, 使烧瓶内气体压强减小, 此时烧瓶内气体的压强小于大气压与玻璃管内水柱产生的压强差, 即:
此时松开止水夹, 即可形成美丽的红色喷泉。用此装置完成喷泉实验的条件是:只要烧瓶内的气体能大量溶于烧杯中的溶液即可, 如二氧化碳气体和氢氧化钠溶液也可形成喷泉。该装置中如果没有胶头滴管, 如何实现喷泉实验呢?没有胶头滴管就不会自动形成喷泉, 其原因是烧瓶内的氨气与烧杯中的水被竖直导管中的空气隔开, 只要能排除导管中的空气, 使氨气与水接触即可形成喷泉。如可用热毛巾捂住烧瓶, 使烧瓶内气体体积膨胀, 排除导管内的空气, 再去掉毛巾即可形成喷泉。
四、压强原理用于量取气体的体积
在需要量取气体的体积时, 可以采取如图8所示的装置 (气体不溶于液体) 。首先从b管口加入水 (或其他液体) 并使a、b管液面高度相同, 此时P (气体) =P (大气) , 记录a管液面刻度V1, 通入气体后, a管液面下降, b管液面上升, 停止通气后, 上下移动b管, 再使a、b管液面高度相同, 记录a管液面刻度V2, 则V2-V1, 即为在环境压强下所量取气体的体积。
压强原理在有关气体实验中应用非常广泛, 气体总是向压强小的方向流动, 只要紧紧抓住实验中影响气体压强的主要因素 (如容器容积、气体物质的量、温度的改变对压强的影响) , 就可以准确判断气体的流向, 采取相应的措施, 达到实验目的。