2.2气体的等温变化（ 第二课时 ）实验：探究气体等温变化的规律-2022-2023学年高二物理备课必备讲义（人教2019选择性必修第三册 ）

第二章 气体、固体和液体 第2节 气体等温变化 （第二课时）实验：探究气体等温变化的规律 【核心素养目标】 物理观念 知道什么是等温变化. 科学思维 会测量气体的压强与体积，能作出气体的p－V图像、p－图像，并通过图像得出等温情况下p、V的关系． 科学探究 经历探究一定质量的气体在温度不变的情况下，气体的压强与体积的实验过程，学会设计实验、观察现象、分析结果、归纳总结的科学探究方法。 科学态度与责任 通过气体等温变化的规律知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。 一、实验目的 探究一定质量的气体，在温度不变的条件下，其 与 变化时的关系． 二、研究对象(系统) 注射器内被封闭的 ． 三、实验方法 采用控制变量法，控制气体 和 不变，研究气体压强与体积的关系． 四、实验原理 在保证密闭注射器中气体的 和 不变的条件下，通过改变密闭注射器中气体的体积，由压力表读出对应气体的压强值，进而研究在恒温条件下气体的压强与体积的关系． 五、实验器材 带铁夹的铁架台、 、柱塞(与压力表密封连接)、压力表、 、刻度尺． 六、物理量的测量 1.如图所示组装实验器材． 2．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． 3．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．空气柱的长度l可以通过刻度尺读取，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.空气柱的压强p可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取． 七、数据分析 1．作p－V图像 以压强p为纵坐标，以体积V为横坐标，用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘出等温曲线，如图所示．观察p－V图像的特点看能否得出p、V的定量关系． 2．作p－图像 以压强p为纵坐标，以为横坐标，在坐标纸上描点．如果p－图像中的各点位于过原点的同一条直线上(如图)，就说明压强p跟成正比，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． 3．实验结论：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，其压强与体积的倒数成正比． 八、注意事项 1．改变气体体积时，要缓慢进行． 2．实验过程中，不要用手接触注射器的外壁． 3．实验前要在柱塞上涂抹润滑油． 4．读数时视线要与柱塞底面平行． 5．作p－图像时，应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布于直线两侧，偏离太大的点应舍弃． 针对训练 一、实验题 1．（1）如图甲所示，用一个带有刻度的注射器及计算机辅助系统来探究气体压强与体积的关系，实验中所研究的对象是___________，应保持不变的物理量是___________和___________，它的体积可从___________直接读出，它的压强由图中的压强传感器等计算机辅助系统得到。 （2）某同学在做“气体的压强与体积的关系”实验中，测得的实验数据在计算机屏幕上显示如下表所示，仔细观察“p·V”一栏中的数值，发现越来越小，造成这一现象的可能原因是___________。 序号 V/mL p/（×105 Pa） p·V/（×105 Pa·mL） 1 20.0 1.001 0 20.020 2 18.0 1.095 2 19.714 3 16.0 1.231 3 19.701 4 14.0 1.403 0 19.642 5 12.0 1.635 1 19.621 A．实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力越来越大 B．实验时环境温度升高了 C．实验时外界大气压强发生了变化 D．实验时注射器内的气体向外发生了泄漏 （3）某同学在一次实验中，计算机屏幕显示如图乙所示，其纵坐标表示封闭气体的压强，则横坐标表示的物理量是封闭气体的___________。 A．热力学温度T B．摄氏温度t C．体积V D．体积的倒数 （4）如果由注射器的满刻度处开始推动活塞，记录刻度值V，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p，用V­图像处理实验数据，得出图丙所示的图线，如果实验操作规范正确，那么V0代表___________。 （5）某同学实验时缓慢推动活塞，并记录下每次测量的压强p与注射器刻度值V。在实验中出现压强传感器软管脱落，他重新接上后继续实验，其余操作无误。若该同学用软管脱落前测得的实验数据在图丁中画出了V­图线，则在图丁中大致画出可能的、符合软管脱落后测得的实验数据的那部分V­图线。( ) 2．图（a）是“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积关系”的实验装置。 （1）关于该实验的操作，下列说法正确的有________； A．柱塞上应该涂润滑油