第二章 2 2.第1课时 实验：探究气体等温变化的规律-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

2．气体的等温变化 【学习目标】 学科知识 学科能力 学科素养 1.实验：探究气体等温变化的规律 2.玻意耳定律的理解与应用 3.p-V图像及p-图像的物理意义 1.知道气体的等温变化 2.理解一定质量的气体在温度不变的情况下压强与体积的关系 3.学会通过实验的手段研究问题，探究物理规律，学习用电子表格与图像分析处理实验数据，体验科学探究过程 1.物理观念：知道等温变化的概念，能通过实验得出玻意耳定律并掌握定律的内容及公式 2.科学思维：运用控制变量法进行实验探究，会运用玻意耳定律进行相应的分析与计算 3.科学探究：理解探究气体等温变化的规律的实验，学会观察与探究，与他人合作交流，得出实验结论 4.科学态度与责任：通过表格与图像对实验数据进行处理与分析，培养实事求是的科学态度，激发探索科学的兴趣 第1课时　实验：探究气体等温变化的规律 一、实验目的 探究一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积的关系。 二、实验原理 在保证密闭注射器中气体的质量和温度不变的条件下(控制变量法)，通过改变密闭气体的体积，由压力表读出对应气体体积的压强值，研究在恒温条件下气体的体积和压强的关系。 三、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。 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)插入到注射器内，另一端用橡胶套封住。 2．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。 3．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，把数据记录在表格中。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。 序号 1 2 3 4 5 压强 体积 五、实验数据处理 1．数据分析 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，如图所示。观察各点的位置关系，若各点位于过原点的同一直线上，就说明压强跟体积的倒数成正比，即p∝，也就 学生用书↓第30页 是压强p与体积V成反比。若各点不在同一直线上，再尝试其他关系。 2．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，即压强与体积成反比。 六、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。 3．实验装置有漏气现象。 如图所示，②图线产生的原因是漏气(温度保持不变)，③图线产生的原因是温度变高(不漏气的情况下)。 七、注意事项 1．改变气体体积时，要缓慢进行，等稳定后再读出气体压强和体积，以防止气体的温度发生变化。 2．实验过程中，不要用手接触注射器的玻璃管，以防止玻璃管从手中吸收热量，引起内部气体温度变化。 3．实验中应保持气体质量不变，故实验前应在柱塞上涂好润滑油，以免漏气，同时可以减小摩擦。 4．由于气体体积与空气柱长度成正比，研究气体压强与体积的关系可转化为研究气体压强与空气柱长度的关系，故不需要测量空气柱的横截面积。 5．本实验中的测量误差主要来源于空气柱长度的测量，因此读数时视线一定要与柱塞底面水平。 6．作p Q000Q图像时，应尽可能使实验数据点均匀分布，使所作图线通过尽可能多的实验数据点，不在图线上的数据点应均匀分布在图线两侧。 一　教材原型实验 某实验小组用如图所示的装置探究气体做等温变化的规律，已知压力表通过细管与注射器内的空气柱相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。从压力表中读取空气柱的压强，从注射器旁的刻度尺中读取空气柱的长度。 (1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是_________________； (2)实验过程中，下列说法正确的是________。 A．推拉活塞时，动作要快，以免气体进入或漏出 B．推拉活塞时，手不可以握住整个注射器 C．活塞移至某位置时，应迅速记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值 解析：(1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是往注射器上涂润滑油防止漏气。(2)若急速推拉活塞，则有可能造成等温条件的不满足，所以应缓慢推拉活塞，故A错误；若手握注射器会造成温度变化，故B正确；应等状态稳定后，记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值，故C错误。 答案：(1)往注射器上涂润滑油(保证封闭气体质量不变的措施都可以)　(2)B 学生用书↓第31页 物理小组的同学们利用图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。实验步骤如下： ①将注射器下端开口处套上橡胶套，和柱塞一起把一段空气柱封闭； ②已知空气柱的横截面积为S，通过刻度尺读取空气柱的长度L，可得空气的体积V＝LS； ③从与注射器内空气柱相连的压力表读取空气柱的压强p； ④把柱塞缓慢地向下压或