第1章 第4节 科学探究：气体压强与体积的关系-（教师WORD）2021-2022学年高中物理【精讲精练】鲁科版选择性必修 第三册 新课标辅导

第4节　科学探究：气体压强与体积的关系 [学业要求与核心素养] 1．了解描述气体状态的三个参量和物理意义。 2．了解温标的定义和温度的意义。 3．知道气体压强的微观意义。 4．会求解密封气体的压强。 5．会利用实验探究气体压强与体积的关系。 一、气体的状态参量 1．气体的体积。 气体的体积通常等于容器的体积。 2．气体的温度。 (1)温度。 温度是描述物体冷热程度的物理量也是物体内分子平均动能的标志。 (2)温标：定量描述温度的方法。 ①摄氏温标：一种常用的表示温度的方法，规定标准大气压下冰的熔点为0_℃，水的沸点为100_℃。在0 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成100等份，每份算作1 ℃。 ②热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温标也叫“绝对温标”。 ③摄氏温度与热力学温度。 摄氏温度 摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位是摄氏度，单位符号为℃ 热力学温度 热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位是开尔文，单位符号为K 换算关系 T＝t＋273.15_K 3.气体的压强。 (1)气体内部各个方向都存在压强，这种压强称为气体压强，简称气压。 (2)气体对容器的压强是大量气体分子对容器的碰撞引起。 (3)气体的压强与气体温度和单位体积的分子数有关。 (4)气体压强的求解。 ①如图1-4-1气缸内气体压强为P，大气压强P0，活塞质量m，面积为S，则P＝P0＋。 ②如图1-4-2静止的玻璃管内长度为h，密度为ρ的液体封闭着气体的压强P＝P0＋ρgh。 　 图1-4-1　 　　图1-4-2 二、探究气体压强与体积的关系 1．实验目的。 (1)探究一定质量的气体在温度不变的条件下压强与体积的关系。 (2)学习气体压强的测量方法。 2．实验器材。 气压计、玻璃管、铁架台、活塞。 3.实验原理与设计。 如图1-4-3所示，以玻璃管内封闭的气体为研究对象，可由气压计读出管内气体的压强，从玻璃管的刻度上直接读出管内气体的体积。在保持气体温度不变的情况下，改变气体的体积，测量多组数据，即可研究气体压强与体积之间的关系。 图1-4-3 4．实验步骤。 (1)密封气体：用胶套在玻璃管中密封一定质量的气体(气体的体积大约是玻璃管器容积的一半)。 (2)安装固定：把带有气压计的玻璃管固定在铁架台上。 (3)实验数据的收集：空气柱的压强P可以从仪器上方的指针读出，空气柱的长度l可以在玻璃管侧的刻度尺上读出，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V。 用手把柱塞向下压或向上拉，读出体积与压强的几组数据，填入表格 次数 1 2 3 4 5 压强 气柱长度 体积 5.数据处理。 (1)猜想：由记录的数据可知，空气柱的体积越小，压强就越大，空气柱的压强是否跟体积成反比？ (2)检验：以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标，把以上各组数据在坐标系中描点。如果图像中的各点位于过原点的同一条直线上，就说明压强跟体积的倒数成正比，即压强与体积成反比。如果不在同一条直线上，我们再尝试其他关系。 图1-4-4 6．实验结论。 在实验误差允许的范围内，一定质量的气体，在温度不变的情况下，其压强与体积成反比。 7．注意事项。 (1)气体质量一定：针筒要密封好，活塞上涂好润滑油，防止漏气。 (2)温度要保持不变：推拉活塞要缓慢，手不能握住针筒。 (3)改变气体的体积时，要缓慢进行，等稳定后再读数。 (4)不需要测气柱的横截面积。 (5)作p-图像时，应使尽量多的实验数据点落在直线上。 8．误差分析。 本实验的测量误差主要产生在空气柱长度的测量上，因此读数时视线一定与活塞底面平行。 1．判断下列说法的正误。 (1)表示系统的状态参量常用的有体积、压强、阿伏伽德罗常数和温度。(×) (2)0 ℃的温度可以用热力学温度粗略地表示为273 K。(√) (3)在探究气体压强、体积、温度三个状态参量之间关系时采用控制变量法。(√) (4)一定质量的气体、压强与体积成反比。(×) 2．用注射器对封闭气体进行等温变化的实验时，在改变封闭气体的体积时为什么要缓慢进行？ 答案　该实验的条件是气体的质量一定，温度不变，体积变化时封闭气体自身的温度会发生变化，为保证温度不变，应给封闭气体以足够的时间进行热交换，以保证气体的温度不变。 知识点一　温度与温标 问题探究1 (1)如图1-4-5所示，伽利略温度计是利用玻璃管内封闭的气体作为测量物质制成的，当外界温度越高时，细管内的水柱越高吗？ (2)如果气体的温度是1 ℃，也可以说气体的温度是多少K？如果气体的温度升高了1 ℃，也可以说气体的温度升高了多少K? 图1-4-5 答案　(1)不是。由热胀冷缩可知，当外界温度越高时，气体膨胀越厉害，细