第2章 第4节 实验：探究气体等温变化的规律（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

第4节　实验：探究气体等温变化的规律 课程内容要求 核心素养提炼 1.知道气体的等温变化，学会用实验探究温度不变时气体的变化规律. 2.能熟练应用公式“pV＝常量”解决气体等温变化问题. 3.知道等温变化的p­V图像和p­图像，并学会其应用. 1.物理观念：等温变化. 2.科学思维：公式“pV＝常量”的应用，p­V图像和p­图像. 3.科学探究：探究气体等温变化的规律. [对应学生用书P31] 1.等温变化 一定质量的某种气体，如果在状态变化时，其温度保持不变. 2.实验探究：气体等温变化的规律 (1)方案一 实验器材 铁架台、注射器、压强计、刻度尺等 研究对象(系统) 气柱玻管内被封闭的一段空气柱 数据收集 气体的压强由气压计读出，气体的体积由体积标尺读出 数据处理 以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标，作出p_­图像 图像特点 p ­图像是一条过原点的直线 实验结论 一定质量的某种气体，在温度保持不变的情况下，压强p与体积V成反比，其表达式为pV＝常量 (2)方案二：用注射器密闭一定质量的气体并接入压强传感器，压强传感器通过数据采集器与计算机相连.从注射器壁上的刻度可知气体的体积，启动相应程序，缓慢改变注射器内的气体体积，并将其输入程序中，即可得到p­图像. [判断]　(对的画“√”，错的画“×”) (1)描述气体状态的参量是体积、压强、温度.(√) (2)若一定质量的气体的温度、压强保持不变，其体积可能发生变化.(×) (3)若一定质量的气体的温度保持不变，其压强增大时体积增大.(×) [思考]　如图所示为“探究气体等温变化规律”的装置. (1)本实验应用了什么物理方法？ (2)在探究过程中，需要测定哪些物理量？如何测量？ 提示　(1)控制变量法、图像法. (2)探究过程需要测量气体的体积和压强.体积可由体积标尺读出，压强可由压强计读出. [对应学生用书P32] 探究点一　实验：探究气体等温变化的规律 在利用特制的注射器做“探究气体等温变化的规律”实验中，某小组同学通过压力连杆上拉或下压活塞得到了a、b、c、d四组实验数据.如图甲是压强计记录b组数据时的状态.通过记录对应的四组封闭气柱的长度值L(单位： cm)算出体积，已知封闭气柱的截面积S＝2 cm2，且V＝LS，若测c组数据时，读出空气柱的长度为2.0 cm. (1)在实验中，下列操作不必要的是________. 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.读取压强计上显示的气压值 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柱塞，这些要求的目的是_____________________________________________________ ________________________________________________________________________. (3)完善下表记录. a b c d 压强p/105Pa 0.8 ______ 1.6 1.9 体积V/cm3 8 6.4 ______ 3.4 体积倒数/cm－3 0.125 0.156 ______ 0.294 (4)根据上表数据在如图乙所示的坐标系中作p­图像.由图像可得实验结论：质量一定的某种气体，________________________. 解析　(1)用橡胶塞密封注射器的下端，是为了封住一定量的气体，故A是必要的，不符合题意；整个过程中，柱塞的截面积不变，知道长度即可知道气体体积，列方程时，可以消掉等式两边的截面积，故B没必要，符合题意；读取压强计上显示的气压值，以知道初、末状态的气压值，故C是必要的，不符合题意；读取刻度尺上显示的空气柱长度以计算空气的体积，故D是必要的，不符合题意.故选B. (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柱塞，这些要求的目的是尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变. (3)由题图甲可读得b组数据对应的气体压强为1.0×105Pa；由题设可知，c组数据中气柱体积为Vc＝SLc＝2×2.0 cm3＝4.0 cm3故＝ cm－3＝0.250 cm－3 (4)由表中数据描点，用一条平滑的线连接，使尽可能多的点落在线上，不能落在线上的点均匀分布在线的两侧，离线较远的点舍去，如图所示. 由p ­图像可知，质量一定的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积的倒数成正比，即压强p与体积V成反比. 答案　(1)B　(2)尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变　(3)1.0　4.0　0.250 (4)图见解析　在温