第2章 2 第1课时 实验：探究气体等温变化的规律-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案配套PPT课件（人教版）

2　气体的等温变化 第1课时　实验:探究气体等温变化的规律 第二章　气体、固体和液体 [学习目标]　1.知道描述气体的三个状态参量和气体等温变化的规律。2.通过实验探究一定质量的气体在温度不变的情况下压强与体积的关系(重难点)。 课时作业 巩固提升 内容索引 基础实验要求 一、等温变化 一定质量的气体,在温度不变的条件下,其压强随体积的变化过程。 二、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。 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、物理量的测量 1.如图所示组装实验器材。 2.利用注射器选取一段空气柱为研究对象,注射器下端的开口有橡胶套,它和柱塞一起把一段空气柱封闭。 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可以通过刻度尺读取,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可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取。 五、数据分析 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,其压强与体积成反比。 六、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。 题型1　实验原理与操作 [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)。从压力表上读取空气柱的压强,从注射器旁的刻度尺上读取空气柱的长度。 实验创新研析 (1)实验时,为判断气体压强与体积的关系,　　　　　(选填“需要”或“不需要”)测出空气柱的横截面积。  (2)关于该实验,下列说法正确的是　　　　　。  A.为避免漏气,可在柱塞上涂抹适量润滑油 B.实验中应快速推拉柱塞,以免气体进入或漏出注射器 C.为方便推拉柱塞,应用手握紧注射器再推拉柱塞 D.柱塞移至某位置时,应快速记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值 不需要 A [解析]　(1)空气柱的横截面积相同,每一次体积的改变,只需要比较空气柱长度的变化即可,故不需要测量空气柱的横截面积。 (2)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是注射器上涂上润滑油防止漏气,故A正确;若急速推拉柱塞,则有可能造成气体温度变化,故B错误;手握紧注射器会导致温度的变化,故C错误;柱塞移至某位置时,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D错误。 题型2　数据处理与分析 [例2]　对一定质量的气体,在等温条件下得出体积V与压强p的数据如下表: V/m3 1.00 0.50 0.40 0.25 0.20 p/(×105 Pa) 1.45 3.10 3.95 5.98 7.70 (1)根据所给数据在坐标纸上(如图所示)画出p-图像。 [答案]　(1)图见解析 (2)由画出的图线可得结论是____________________________________  　 。  一定质量的气体,在温度不变的情况下, 压强与体积成反比 [解析]　(1)如图所示。 (2)由(1)中图可知p-图像中图线过原点,即一定质量的气体,在温度不变的情况下,压强p与体积的倒数成正比,即与体积成反比。 题型3　实验拓展与创新 [例3]　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,则由此图　　　　(选填“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 9 体积倒数/cm-3 0.071 0.077 0.083 0.091 0.100 0.111 pV乘积/(kPa·cm3) 1 626.8 1 619.8 1 611.6 1 601.6 1 588.0 1 558.8 表中数据表明气体的pV乘积随着气体体积的减小而减小,若实验中很好地满足了实验需要满足的条件,则出现该结果的原因是   　 。  [答案]　(1)压强　质量　温度　(2)不能　(3)实验时注射器内的空气向外发生了泄漏 [解析]　(1)题图甲中①为压强传感器;研究一定质量的气体压强与体积的关系时,应保持气体的质量和温度不变。 (2)压强与体积成反比的图像应为双曲线的一支,因不能确定题图乙的p-V图像是双曲线的一支,所以不能确定压强与体积成反比。 (3)实验时注射器内的空气向外发生了泄漏,导致气体的pV乘积随气体体积的减小而减小。 创新归纳 本题的创新之处有两点： (1)利用传感器测压强并利用DIS实验绘图； (2)通过数据判断误差产生的原因。 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 1 1.(2024·江苏宿迁期中)“探究气体等温变化的规律”的实验装置如图所示,用细软管将针管小孔与压强传感器连接密封一定质量的气体,用数据采集器连接计算机测量气体压强。下列说法正确的是(　　) A.实验时迅速推动柱塞 B.实验时用手握住注射器 C.在柱塞上涂润滑油,可以减小摩擦,使气体压强的测量更准确 D.处理数据时采用p-图像,是因为p-图像比p-V图像更直观 D 2 3 4 5 1 解析:为使气体做等温变化,实验时应缓慢推动柱塞,故A错误;实验时不能用手握住注射器,不然气体温度会升高,故B错误;在柱塞上涂润滑油主要目的是防止漏气,使被封闭气体的质量不发生变化,故C错误;因随着体积的增大,气体压强非线性减小,为探究压强与体积的关系,p-图像比p-V图像更直观,处理数据时采用p-图像,故D正确。 2.某同学用如图所示装置探究气体等温变化的规律。 2 3 4 5 1 (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,而不是用手握住注射器,并且在实验中要缓慢推动活塞,这些要求的目的是 　 。  2 3 4 5 1 (3)下列图像中,最能直观反映气体做等温变化的规律的是　　　　。  2 3 4 5 1 答案:(1)B　(2)保证在气体状态变化过程中温度尽可能保持不变　(3)C 2 3 4 5 1 解析:(1)为了保证气密性,应用橡胶套密封注射器的下端,A必要;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,不需要测量柱塞的直径,B不必要,D必要;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必要。 (2)手温会影响注射器内气体的温度,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在气体状态变化过程中温度尽可能保持不变。 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 (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。 3.如图甲所示,用气体压强传感器探究气体压强和体积关系,操作步骤如下: 2 3 4 5 1 ①把注射器柱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移动柱塞,记录注射器的刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p; ③重复上述步骤②,多次测量; ④根据记录的数据,作出V-图像,如图乙所示。 2 3 4 5 1 (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 3 4 5 1 (2)理论上由V-图像分析可知,如果该图像　　　　　　　　　　　　,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)若实验操作规范正确,则图线不过原点的原因可能是____________ 　　　　　　　　　　　　,图乙中V0代表　 　　　　　　　。  2 3 4 5 1 答案:(1)AB　(2)为过坐标原点的直线　(3)传感器与注射器间有气体　传感器与注射器间气体的体积 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 解析:(1)该实验探究的是等温条件下气体的变化规律,故需要在等温条件下操作,选项A正确;封闭气体的注射器密封良好也是需要的,选项B正确;只要气体是一定质量的就可以,故不需要弄清所封闭气体的质量,选项C错误;气体的压强和体积只要单位统一就可以,不是必须用国际单位制单位,选项D错误。 (2)如果气体的体积跟压强的倒数成正比,即V=k,则V-图像一定是过原点的直线。 2 3 4 5 1 (3)若图线不过原点,说明在柱塞压缩气体最大,即柱塞压缩到最左端时,压强有一定的大小,原因可能是注射器与传感器间有气体,而图乙中的V0就代表这部分气体的体积。 4.某实验小组用如图所示实验装置来探究一定质量的气体发生等温变化遵循的规律。 2 3 4 5 1 (1)关于该实验,下列说法正确的是　　　　。  A.实验前应将注射器内的空气完全排出 B.空气柱体积变化应尽可能地快些 C.空气柱的压强随体积的减小而减小 D.作出p-图像可以直观反映出p与V的关系 2 3 4 5 1 (2)如图是甲、乙两同学在实验中得到的p-图像,若两人实验时均操作无误且选取的坐标标度相同,那么两图像斜率不同的主要原因是  　 。  2 3 4 5 1 答案:(1)D　(2)研究气体的质量不同(或同质量气体在不同温度下进行的研究) 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 解析:(1)实验是以注射器内的空气为研究对象的,所以实验前注射器内的空气不能完全排出,故A错误;空气柱的体积变化不能太快,要缓慢移动柱塞保证气体温度不变,故B错误;气体发生等温变化,空气柱的压强随体积的减小而增大,故C错误;p-图像是一条倾斜的直线,作出p-图像可以直观反映出p与V的关系,故D正确。 (2)根据p-图像可知,如果温度相同,则说明两次气体质量不同,如果气体质量相同则两次温度不同。 5.(1)如图所示,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　　　　　传感器从计算机辅助系统得到。  2 3 4 5 1 (2)某同学在一次实验中,计算机屏幕显示如图所示,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.热力学温度T　　　　　　　 B.摄氏温度t C.体积V D.体积的倒数 2 3 4 5 1 (3)实验过程中,下列操作错误的是　　　　　。  A.推拉柱塞时,动作要慢 B.推拉柱塞时,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.柱塞与针筒之间要保持气密性 2 3 4 5 1 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)D　(3)C 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 解析:(1)实验的条件是封闭在注射器内的气体温度不变、质量一定,研究气体压强和体积的关系,气体体积可从注射器刻度直接读出,压强可由压强传感器得到。 (2)图像为过原点的直线,则纵坐标与横坐标成正比关系,则横坐标表示的物理量是封闭气体体积的倒数,故选D。 2 3 4 5 1 (3)本实验条件是温度不变,故推拉柱塞时,动作要慢,故A正确;用手握住注射器含有气体的部分,会使气体温度升高,故手不能握住注射器含有气体的部分,故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,故C错误;研究的是一定质量的气体,因此尽量将容器密封好,故D正确。 $$