第二章 1 第一节 第1课时 实验：探究气体等温变化规律-【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（粤教版）

第一节　气体实验定律(Ⅰ) 第1课时　实验：探究气体等温变化规律 【核心素养目标】 科学思维 知道等温变化的概念，能通过实验得出玻意耳定律并掌握其内容及公式。 实验探究 运用控制变量法进行实验探究，会用图像分析处理实验数据。 一、实验思路 在保证密闭注射器中气体的质量和温度不变的条件下，通过改变密闭注射器中气体的体积，由气压计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。 二、实验过程 (一)观察与思考 1．按如图所示组装实验器材。 2．用注射器的柱塞和下端的橡皮塞把一段空气柱封闭在注射器玻璃管中，这段空气柱就是我们研究的对象。 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可以通过注射器玻璃管侧的刻度尺读出，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V。空气柱的压强p可以从注射器上方的气压计指针读出。 4．观察空气柱体积与压强的变化规律。 (二)实验与探究 1．实验器材 带有刻度的注射器、压强传感器、数据采集器、计算机等。 2．实验步骤 (1)将压强传感器接入数据采集器，开启电源，点击“研究温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”。 (2)将注射器与压强传感器的测口相连，在数据表格中输入设定的体积，推拉注射器活塞，使其处于各设定体积时，点击“记录数据”自动记录各压强值，点击“数据计算”计算出压强与体积的乘积值及体积的倒数值。 3．数据分析 (1)p-V图像 以压强p为纵坐标，以体积V为横坐标，启用系统 学生用书↓第16页 “绘图”功能，计算机将显示压强与体积的关系图线，如图甲所示。观察p-V图像的特点看能否得出p、V的定量关系。 (2)p-图像 以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标，通过计算机系统的“绘图”功能，得到压强与体积倒数的关系图线，如图乙所示。如果p-图像中的各点位于过原点的同一条直线上，就说明压强p跟成正比，即压强与体积成反比。如果各点不在同一条直线上，再尝试其他关系。 4．实验结论：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。 5．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的压强和体积。 (2)实验过程中，不要用手接触注射器的外壁。 (3)实验前要在活塞上涂抹润滑油。 (4)读数时视线要与柱塞底面平行。 (5)若在坐标系上通过描点画线作p-图像，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，偏离直线太远的点应舍弃。 一　教材原型实验 某同学用如图所示的装置探究气体等温变化的规律。 (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，而不是用手握住玻璃管(或注射器)，并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是_____________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (3)下列图像中，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，无需测量直径，B不需要，D需要；为了得知气压的变化情况，需要读取压力表上显示的气压值，C需要。 (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)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)保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变　(3)C 学生用书↓第17页 (2022·河北石家庄第一中学月考)如图甲所示，某同学用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，操作步骤如下： ①把注射器活塞推至注射器中间某一位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接； ②移动活塞，记录注射器内气体的体积V，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p； ③重复步骤②，多次测量； ④根据记录的数据，作出V-图线，如图乙所示。 (1)完成本实验的基本要求是________(填正确答案标号)。 A．在等温条件下操作 B．封闭气体的注射器密封良好 C．必须弄清所封闭气体的质量 D．气体的压强和体积必须用国际单位制单位 (