第二章 2.气体的等温变化 第2课时 实验：探究气体等温变化的规律（教参Word）- 【勤径学升·同步练测】2022-2023学年高二新教材物理选择性必修第三册（人教版）

第2课时　实验：探究气体等温变化的规律 [对应学生用书第29页] 一、实验目的 1.气体状态参量的确定：气体的三个状态参量为压强p、体积V、温度T。 2.一定质量的气体，在温度不变的条件下其压强与体积的变化关系。 二、实验器材 带铁夹的铁架台，注射器，柱塞（与压力表密封连接），压力表，橡胶套，刻度尺。 三、实验原理与设计 1.实验思路 （1）实验方法：控制气体温度和质量不变，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空气柱为研究对象，注射器下端的开口有橡胶套，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质量不变；另一方面，让空气柱的体积变化不要太快，保证温度不发生明显的变化。 2.物理量的测量 （1）数据收集：压强由压力表读出，空气柱长度由刻度尺读出，空气柱长度与横截面积的乘积即为体积。把柱塞缓慢地向下压或向上拉，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为纵坐标，以体积的倒数为横坐标作出p- 图像，图像结果：p- 图像是一条过原点的直线。 3.实验结论：压强跟体积的倒数成正比，即压强与体积成反比。 四、实验步骤 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，而无须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。 五、数据收集与分析 1.设计表格记录数据 项目 1 2 3 4 5 压强p/Pa 体积l·S 体积的倒数1/l·S 2.建立p－ 坐标系描点画图 3.误差分析 （1）注射器内气体并不是严格意义上的理想气体。 （2）两个状态的温度不能保证完全一致。 4.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。 （4）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，即画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。 [对应学生用书第31页] 一、实验原理和实验操作 [例1] 某同学用如图所示装置探究气体做等温变化的规律。 （1）在实验中，下列哪些操作不是必需的　　　　。  A.用橡胶套密封注射器的下端 B.用游标卡尺测量柱塞的直径 C.读取压力表上显示的气压值 D.读取刻度尺上显示的空气柱长度 （2）实验装置用铁架台固定，而不是用手握住，并且在实验中要缓慢推动柱塞，这些要求的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  （3）图中最能直观反映气体做等温变化的规律的是　　　　。  [解析]　（1）为了保证气密性，应用橡胶套密封注射器的下端，A需要；由于注射器的直径均匀恒定，根据V＝LS可知气体体积和空气柱长度成正比，所以只需读取刻度尺上显示的空气柱长度，无须测量直径，B不需要，D需要；为了得知气压的变化情况，所以需要读取压力表上显示的气压值，C需要。题中要求选不需要的，故选B。 （2）手的温度会影响气体的温度，且实验过程中气体压缩太快，温度升高后热量不能快速释放，气体温度会升高，所以这样做的目的是保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变。 （3）根据pV＝C可知，当气体做等温变化时，p与V成反比，即p∝，故p- 图像为直线，所以为了能直观反映p与V成反比的关系，应作p- 图像，C正确。 [答案]　（1）B　（2）保证气体在状态变化过程中温度尽可能保持不变　（3）C 二、实验数据处理 [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”的实验。 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强的差Δ