2.2.1实验：探究气体等温变化的规律学案-2021-2022学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册

2．气体的等温变化 第1课时　实验：探究气体等温变化的规律 实验目的 1．气体状态参量的确定：气体的三个状态参量为____________、____________、温度T. 2．一定质量的气体，在温度不变的条件下其________与________的变化关系． 实验器材 带铁夹的________，________，柱塞(与压力表密封连接)，________，橡胶套，刻度尺． 实验思路 1．实验方法：控制气体________和________不变，研究气体压强与体积的关系． 2．实验器材的组装：如图所示利用注射器选取一段________为研究对象，注射器下端的开口有________，它和柱塞一起把一段空气柱封闭．在实验过程中，一方面让空气柱内气体的________不变；另一方面，让空气柱的体积变化不要太快，保证________不发生明显的变化． 物理量的测量 1．数据收集：压强由________读出，空气柱长度由________读出，空气柱长度与横截面积的乘积即为________．把柱塞缓慢地________压或________拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据． 2．数据分析：以压强p为________坐标，以体积的________为横坐标作出p－图像，图像结果：p－图像是一条过原点的________． 3．实验结论：压强跟体积的倒数成________，即压强与体积成________． 要点一　实验操作 1．实验条件 (1)控制气体质量不变：实验前在活塞上涂润滑油，以免漏气． (2)控制温度不变：做实验时要缓慢进行，避免做功升温；不要用手直接接触注射器的封闭气体部分，以防气体从手中吸热升温． 2．实验过程 (1)把注射器竖直固定在铁架台上，把柱塞(与压力表密封连接)插入到注射器内，另一端用橡胶套封住．如图所示． (2)注射器两端有柱塞和橡胶套，管内密封一段空气柱，这段空气柱就是我们的研究对象．在实验过程中，我们可以近似认为空气柱的质量和温度不变． (3)用手把柱塞向下压，选取几个位置，同时读出刻度尺读数与压强，记录数据． (4)用手把柱塞向上拉，选取几个位置，同时读出刻度尺读数与压强，记录数据．在该实验中，我们可以直接用刻度尺读数作为空气柱体积，而无需测量空气柱的横截面积． (5)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，观察图像，进一步确定p与的关系． 3．注意事项 (1)本实验应用物理实验中常用的控制变量法，探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温过程)，气体的压强和体积的关系． (2)为保持等温变化，实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位．同时，改变体积过程应缓慢，以免影响密闭气体的温度．为保证气体密闭，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油，注射器内外气体的压强差不宜过大，防止漏气． (3)实验中读压力表和气体体积的示数时，要等到示数稳定之后，再去读数． 【例1】　用注射器做“验证玻意耳定律”的实验，如图所示． (1)若测得注射器的全部刻度长为l，由注射器的刻度直接读出其容积为V，由天平测得注射器的活塞和钩码框架的总质量为m1，由气压计读出大气压强为p0.当框架两侧对称悬挂钩码总质量为m2时，气体压强为________；去掉钩码，用弹簧测力计竖直向上拉框架，测得拉力为F，则气体压强为________． (2)某同学测出了注射器内封闭气体的几组压强p和体积V的值后，用p作纵轴、作横轴，画出p－图像如图甲、乙、丙所示，则甲产生的可能原因是________________________________________________________________________； 乙产生的可能原因是________； 丙产生的可能原因是________． A．各组的p、取值范围太小 B．实验过程中有漏气现象 C．实验过程中气体温度升高 D．在计算压强时，没有计入由于活塞和框架的重力引起的压强 要点二　数据处理 1．设计表格记录数据： 项目 1 2 3 4 5 压强p/Pa 体积l·S 体积倒数 1/(l·S) 2.建立p－坐标系描点画图： 3．注意： 在等温过程中，气体的压强和体积的关系在p－V图像中呈现为类似于双曲线．处理实验数据时，要通过变换，画p－图像，把双曲线变为直线，说明p和V成反比，这是科学研究中常用的数据处理的方法．因为一次函数反映的物理规律比较直观，容易得出相关的对实验研究有用的参数． 【例2】　某小组利用如图装置进行“探究气体压强与体积的关系”实验． 如图所示，带刻度的注射器内封闭了一定质量的气体，推动活塞可以改变气体体积V.实验所用气压计较特殊，测量的是注射器内部和外部气体压