2.2.1 实验：探究气体等温变化的规律-【正禾一本通】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）

第2节 气体的等温变化 课标要求 核心素养 理解玻意耳定律 1.物理观念：通过实验探究玻意耳定律，并掌握定律的内容、公式及适用条件，学会利用该定律解决有关问题。理解等温变化的图像，并能利用图像分析实际问题 2．科学思维：体会玻意耳定律的建立过程。体会用p ­V图像或p ­ 图像描述一定量的气体的等温变化过程。 3．科学探究：实验探究一定质量的气体，在温度不变的情况下，气体压强和体积的关系 第1课时　 实验：探究气体等温变化的规律 　高效导学第一步　预习新知，理清实验过程 一、实验目的 研究一定质量的气体，在温度不变的条件下，它的压强与体积变化时的关系。 二、实验原理与设计 1．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。 2．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。 3．物理量的测量 (1)空气柱的压强值从与其相连的压力表读取。 (2)空气柱的体积等于空气柱的长度l与横截面积S的乘积。空气柱的长度可以通过刻度尺读取。 三、实验步骤 1．密封气体：用橡胶套在注射器中密封一定质量的气体(气体的体积大约是注射器容积的一半)。 2．安装固定：把带有压力表的注射器固定在铁架台上。 3．收集实验数据：空气柱的压强p可以从压力表读出，空气柱的长度l可以在注射器侧的刻度尺上读出，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V。用手把柱塞向下压或向上拉，读出体积与压强的几组数据填入表格。 次数 1 2 3 4 5 压强(p) 气柱长度(l) 体积(V) 体积的倒数 四、数据处理与误差分析 1．数据处理 (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(如图所示)，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。 2．误差分析 (1)注射器密封不好，实验过程中气体的质量发生变化出现误差。 (2)气柱长度的测量、气体压强的测量出现误差。 五、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掉。 　高效导学第二步　课堂探究，培优关键能力 考点一　实验原理和实验操作 [例1] 某实验小组用如图所示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。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．推拉柱塞时，动作要快，以免气体进入或漏出 B．推拉柱塞时，手不可以握住整个注射器 C．柱塞移至某位置时，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柱塞上涂上润滑油防止漏气； (2)若急速推拉柱塞，则有可能造成等温条件的不满足，所以应缓慢推拉柱塞，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)柱塞上涂上润滑油(保证封闭气体质量不变的措施都可以)　(2)B 考点二　数据处理和误差分析 [例2] 如图甲为研究一定质量的气体压强与体积关系的实验装置。 (1)图中①为________传感器，该实验需要保持气体的________和________不变。 (2)某同学在实验中测出多组气体压强与体积值后，利用DIS实验绘图功能，得到如图乙所示的p ­V图像，则由图________(填“能”或“不能”)得到压强与体积成反比的结论。 (3)某同学在实验中得到的数据如下： 次数 1 2 3 4 5 6 压强p/kPa 116.2 124.6 134.3 145.6 158.8 173.2 体积V/cm3 14 13 12 11 10