第1节 第1课时 实验：探究气体等温变化规律-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（粤教版2019）

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 【素养目标】　1.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。　2.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。 1．实验目的 采用控制变量法探究一定质量的气体，在温度不变时，其压强与体积之间的变化关系。 2．实验方案 方案一 (1)如图甲所示，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。 (2)把柱塞缓慢地向下压或向上提，读取空气柱的长度与压强的几组数据。空气柱的压强可以从注射器上方的气压计指针读出，空气柱的长度可以从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。 (3)观察空气柱体积与压强的变化情况。 方案二 (1)如图乙所示，通过改变注射器内气体的体积，可以获得对应气体压强值并记录数据。压强可以由压强传感器和数据采集器获取，体积可由注射器刻度直接读取。 (2)启用系统“绘图”功能，利用计算机得到压强与体积的关系图线。 3．数据分析 (1)作p­V图线 以压强p为纵坐标，以体积V为横坐标，用采集的各组数据绘出等温曲线，如图丙所示。观察p­V图线的特点看能否得出p、V的定量关系。 (2)作p­图线 以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标绘出等温曲线，如果p­图线中的各点位于过原点的同一条直线上(如图丁所示)，就说明压强p跟成正比，即压强与体积成反比，如果各点不在一条直线上，再尝试其他关系。 学生用书↓第18页 (3)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，即p∝。 4．注意事项 (1)改变气体体积时，要缓慢进行，防止气体温度发生变化。 (2)实验过程中，不要用手接触注射器外壁，防止气体温度发生变化。 (3)实验前要在柱塞上涂抹润滑油，防止漏气，导致研究对象的质量发生变化。 (4)读数时视线要与柱塞底面平行。 (5)作p­图线时，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。 一　教材原型实验 某小组探究气体在等温变化时压强随体积变化的规律。实验方案如下：在带刻度的注射器内密封一段掺入酒精蒸气的空气，然后将注射器与气体压强传感器连接管相连接。气体压强p由传感器测量，气体体积V等于注射器读数与连接管的容积(1 cm3)之和。 (1)实验时手不要握注射器筒，且应缓慢推动注射器活塞，其目的是__________________________________。 (2)下表是小组采集的一组数据，请在图中描出数据点，并画出p­图线。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 p/kPa 99.0 110.0 120.9 135.4 154.7 181.2 223.3 291.1 330.0 V/cm3 21.0 19.0 17.0 15.0 13.0 11.0 9.0 7.0 5.0 /cm－3 0.048 0.053 0.059 0.067 0.077 0.091 0.111 0.143 0.200 (3)由p­图线可知，前8个数据点的分布情况说明：在等温变化时，气体的压强与体积__________________；第9个数据点显著偏离上述规律，小组猜想是因为气体的质量减小了，下列选项支持该猜想的是________。 A．部分酒精蒸气进入气体压强传感器连接管 B．在测量第9个数据点时发现注射器筒壁出现模糊，部分酒精蒸气液化 答案：(1)减小热传递和做功对气体温度的影响　(2)见解析图　(3)成反比　B 解析：(1)目的是减小热传递和做功对气体温度的影响。 (2)描点画线如图所示 (3)由p­图线可知，前8个数据点的分布情况说明：在等温变化时，气体的压强与体积成反比；第9个数据点显著偏离上述规律，可能是在测量第9个数据点时部分酒精蒸气遇冷液化使注射器筒壁出现模糊，故选B。 某同学用如图所示装置探究气体等温变化的规律。 (1)在实验中，下列操作不需要的是______。 A．用橡皮塞密封注射器的下端 B．用游标卡尺测量柱塞的直径 C．读取气压计上显示的气压值 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是________。 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 解析：(1)为了保证气密性，应用橡皮塞密封注射器的下端，A需要；由于注射器的直径均匀且恒定，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，需要读取气压计上显示的气压值，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，所以这些要求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图像为过原点的倾斜直线，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。 学生用书↓第19页 二　拓展创新实验 (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________传感器等计算机辅助系统得到。 (2)某同学在做“探究气体的压强与体积的关系”的实验中，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“pV”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) pV(×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.实验时外界大气压强发生了变化 B．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．温度T B．体积V C．体积的倒数 (4)实验过程中，下列操作错误的是________。 A．推拉活塞时，动作要慢 B．推拉活塞时，手不能握住注射器含有气体的部分 C．压强传感器与注射器之间的软管脱落后，应迅速重新装上继续实验 D．活塞与针筒之间要保持气密性 答案：(1)封闭在注射器内的气体　温度　气体质量　注射器刻度　压强　(2)B　(3)C　(4)C 解析：(1)该实验的研究对象是封闭在注射器内的气体，实验的条件是温度不变、气体质量一定，研究压强和体积的关系，体积可从注射器刻度直接读出，压强可由压强传感器等计算机辅助系统得到。 (2)封闭气体的压强与外界大气的压强无关，故A错误；实验时若注射器内的气体向外发生了泄漏，气体越来越少，导致pV乘积减小，故B正确。 (3)在等温变化中压强与气体体积的倒数成正比，则横坐标表示的物理量是封闭气体体积的倒数，故选C。 (4)本实验条件之一是温度不变，推拉活塞时，动作要慢，且手不能握住注射器含有气体的部分，故A、B正确；研究的是一定质量的气体，压强传感器与注射器之间的软管脱落后，气体质量发生变化，应重新进行实验，故C错误；研究的是一定质量的气体，因此活塞与针筒之间要保持气密性，故D正确。 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图像，如图乙所示。 (1)完成本实验的基本要求是________。 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 (2)理论上，如果V­图像__________________________，就说明气体的体积跟压强的倒数成正比，即体积与压强成反比。 (3)若该同学实验操作规范正确，则图像不过坐标原点的原因可能是________________________，图乙中V0代表______________________。 答案：(1)AB　(2)是一条过坐标原点的直线 (3)压强传感器与注射器间有气体　压强传感器与注射器间气体的体积 解析：(1)本实验的条件是温度不变、气体质量一定，所以要在等温条件下操作，注射器密封性要好，A、B正确；本实验研究一定质量的气体压强与体积的关系，不需要测量气体的质量，单位不需要统一为国际单位制单位，C、D错误。 (2)如果气体的体积跟压强的倒数成正比，即体积与压强成反比，则画出的V­图像是一条过坐标原点的直线。 (3)根据实验数据作出的V­图像如题图乙所示，图像不过坐标原点，则该图像的方程为V＝k－V0，说明注射器中气体的体积小于实际封闭气体的体积，结合实验装置可知，V0代表压强传感器与注射器间气体的体积。 学科网（北京）股份有限公司 $$