第二章 第一节 第1课时 实验探究气体等温变化规律-【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（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 第二章　气体、液体和固体 课时作业 巩固提升 内容索引 基础实验要求 一、实验目的 1.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.学习气体压强的测量方法。 二、实验思路 1.思路一 如图所示,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。在实验过程中,空 气柱的质量是不变的,只要其体积变化不太快,它的 温度就不会有明显的变化,大致等于环境温度。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。 现向下压或向上提注射器的柱塞,观察空气柱体积与压强的变化情况。 2.思路二 如图所示,以注射器内封闭的气体为研究对象,压强可以由压强传感器采集,体积可由注射器刻度直接读出。通过改变注射器内气体的体积,可以获得对应的气体压强值并记录数据。 三、数据采集 1.思路一中空气柱的体积等于空气柱的长度l与横截面积S的乘积,空气柱的压强p可以从与注射器内空气柱相连的气压计读取。 2.思路二中启用系统“绘图”功能,计算机将显示压强与体积的关系图线,将气体体积V取倒数,获得压强与体积倒数的关系图线。 四、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,以为横坐标绘出等温曲线,如果p-图像中的各点位于过原点的同一条直线上(如图),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。 五、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。 六、注意事项 1.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。 2.改变气体体积时,要缓慢进行,防止气体温度发生变化。 3.实验过程中,不要用手接触注射器的外壁,防止气体温度发生变化。 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。 要点1　实验原理与操作 [例1]　某同学用如图所示装置探究气体等温变化的规律。 实验创新研析 (1)在实验中,下列哪些操作不是必需的　　　　。  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规律的是　　　。  [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)手温会影响气体的温度,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。 要点2　数据处理与误差分析 [例2]　(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　　　　传感器等计算机辅助系统得到。  (2)某同学在做“气体的压强与体积的关系”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“p·V”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) p·V(×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.实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力越来越大 B.实验时外界大气压强发生了变化 C.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,下列哪些操作是错误的　　　　。  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)C　(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得到。 (2)实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不会影响气压与体积,故A错误;封闭气体压强与外界大气压强无关,故B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p·V乘积减小,故C正确。 (3)在等温变化中压强与气体体积的倒数成正比,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,故A正确;用手握住注射器含有气体的部分,会使气体温度改变,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,应重新进行实验,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。 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 1 [A组　基础巩固练] 1.(多选)关于“探究气体等温变化的规律”的实验,下列说法正确的是 (　　) A.实验过程中应保持被封闭气体的质量和温度不发生变化 B.实验中为找到体积与压强的关系,一定要测量空气柱的横截面积 C.为了减小实验误差,可以在柱塞上涂润滑油,以减小摩擦 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 AD 解析:本实验采用的方法是控制变量法,所以要保持被封闭气体的质量和温度不变,A正确;由于注射器的横截面积不变,所以只需测出空气柱的长度即可,B错误;涂润滑油的主要目的是防止漏气,使被封闭气体的质量不发生变化,C错误;p与V成反比,p-图像是一条过原点的直线,而p-V图像是双曲线的一支,所以p-图像更直观,D正确。 2 3 4 5 6 1 2.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时遵循的规律。 (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 6 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可能原因是  　。  2 3 4 5 6 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研究) 解析:(1)实验是以注射器内的空气为研究对象,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,要缓慢移动柱塞以保证气体温度不变,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,则说明两次实验气体质量不同;如果气体质量相同,则两次实验中气体的温度不同。 2 3 4 5 6 1 3.某实验小组用注射器和压强传感器探究一定质量的气体发生等温变化时遵循的规律,实验装置如图所示。用活塞和注射器针筒封闭一定质量的气体,其压强可由左侧的压强传感器测得。 (1)关于该实验,下列说法正确的是　　　　。  A.该实验用控制变量法研究气体的变化规律 B.实验时注射器必须水平放置 C.注射器内部的横截面积没必要测量 D.注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可,可以不标注单位 2 3 4 5 6 1 (2)该实验小组首先在甲实验室进行了实验,表中为记录的实验数据,其中有一次记录的实验数据错误,记录错误的是　　　　(填错误数据对应的实验序号)。  2 3 4 5 6 1 实验序号 1 2 3 4 5 封闭气柱长度L(cm) 12.00 11.00 10.00 9.00 8.00 封闭气柱压强p(×105 Pa) 1.00 1.09 1.19 1.33 1.90 (3)该实验小组又利用同一装置对同一封闭气体在另一温度稍高的乙实验室进行了实验,根据甲、乙实验室记录的数据用正确的方法画出的p-图像如图所示,根据乙实验室记录数据画出的图像应为　　　　(填图线代号)。  答案:(1)ACD　(2)5　(3)① 2 3 4 5 6 1 解析:(1)该实验过程中控制气体的温度不变,即运用了控制变量法;实验时注射器如何放置对实验结果没有影响;实验中要探究的是压强与体积之间的比例关系,所以不需要测量气体的体积,故注射器内部的横截面积没有必要测量;注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可,便于等量的改变体积,可以不标单位。故选A、C、D。 (2)由实验数据可知气柱长度与气柱压强的乘积基本恒定,前四组数据长度与压强的乘积在11.9~12.0之间,第5组数据的乘积较大,为15.2,说明第5组数据记录错误。 (3)气体压强与气体的温度有关,一定质量的气体,在相同体积下,温度越高,压强越大,故图像①是在温度稍高的乙实验室中测量获得的。 2 3 4 5 6 1 [B组　综合强化练] 4.某小组利用如图装置进行“探究气体压强与体积的关系”实验。 如图所示,带刻度的注射器内封闭了一定质量的气体,推动活塞可以改变气体体积V。实验所用气压计较特殊,测量的是注射器内部和外部气体压强的差Δp。在多次改变体积后,得到如下数据: 2 3 4 5 6 1 Δp/(×105 Pa) 0 0.11 0.25 0.43 0.67 V/mL 10 9 8 7 6 (1)每次气体的状态调整后,都要等一会再记录数据,这是为了   　。  (2)作出Δp-图像。   (3)根据你在(2)中作出的图像,图像与Δp轴的交点纵坐标为　　　 　,物理含义是　  　。  2 3 4 5 6 1 保持注射器内部气体温度不变 答案:(2)图见解析 -1×105 Pa　 大气压强的负值 解析:(1)等一会再记录数据,是为了使注射器内气体与外界进行充分热交换,以保证温度不变。 (2)如图所示。 (3)由表格第一组数据可知初始研究气体压 强为大气压p0,因p0V0=pV,则Δp=p-p0=-p0 则可知=0时Δp=-p0,即图像与Δp轴交点纵坐 标为大气压负值。 2 3 4 5 6 1 5.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四组实验数据。如图甲是压力表记录第2组数据时的状态。通过记录对应的四个封闭气柱的长度L(单位: cm)算出体积,已知封闭气柱的横截面积S=2 cm2,且V=LS,若测第3组数据时,读出空气柱的长度为2.0 cm。 2 3 4 5 6 1 (1)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,以免发生漏气 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 2 3 4 5 6 1 (2)完善下表。 2 3 4 5 6 1 次数 1 2 3 4 压强p (×105 Pa) 0.8 　　  1.6 1.9 体积V(cm3) 8.0 6.4 　　  3.4 体积倒数(cm-3) 0.125 0.156 　　  0.294 (3)根据表中数据在图乙所示坐标系中作p-图像。   由图像可得实验结论:质量一定的某种气体,  　。  2 3 4 5 6 1 答案:(1)A　(2)1.0　4.0　0.250　(3)图见解析　在温度不变的情况下,压强p与体积V成反比 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在柱塞上涂上适量润滑油防止漏气,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气体的温度变化,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。 (2)由题图甲可读得第2组数据对应的气体压强为1.0×105 Pa。 由题可知,第3组数据中气柱体积为V3=SL3=2×2.0 cm3=4.0 cm3,则=0.250 cm-3。 2 3 4 5 6 1 (3)由表中数据描点作出如图所示的图像。   由图可看出,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。 2 3 4 5 6 1 [C组　培优选做练] 6.用如图甲所示的实验装置探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系。在注射器活塞上涂润滑油并插入针管,用细软管将针管小孔与压强传感器连接密封一定质量气体,移动活塞改变气体的体积和压强,气体体积由注射器刻度读取,气体压强由压强传感器读取。 2 3 4 5 6 1 (1)下列说法正确的是　　　　。  A.气体的压强和体积必须用国际单位 B.在活塞上涂润滑油只是为减小摩擦力 C.移动活塞应缓慢且不能用手握住注射器 D.若实验中连接传感器和注射器的软管脱落,可以立即接上继续实验 (2)交流实验成果时某同学发现各小组所测的pV乘积并不相同,最主要的原因是　　　　　　　　。  2 3 4 5 6 1 (3)某小组实验操作无误,但根据测得的数据作出V-图像不过坐标原点,如图乙所示,图中V0代表　　　　　　　　　　　　的体积。  (4)另一小组所做的实验中,画出的V-图像如图丙所示,则图线发生弯曲的原因可能是  　。  2 3 4 5 6 1 答案:(1)C　(2)密封的气体质量不同　(3)压强传感器与注射器之间软管内气体　(4)实验过程中有漏气现象 2 3 4 5 6 1 解析:(1)本实验研究气体的压强和体积的比例关系,单位无需统一为国际单位,故A错误;为了防止漏气,应当在注射器活塞上涂润滑油,来增加连接处密封性,故B错误;移动活塞要缓慢,实验时不要用手握住注射器,都是为了保证实验的恒温条件,故C正确;压强传感器与注射器之间的软管脱落后,气体质量变化了,应该重新做实验,故D错误。 (2)交流实验成果时某同学发现各小组所测的pV乘积并不相同,是因为密封的气体质量不同。 2 3 4 5 6 1 (3)实验中画出的V-图线应是过坐标原点的直线,在实际的实验过程中实验操作规范正确,根据实验数据画出如题图乙所示的V-图线不过坐标原点,该图线的方程为V=k·-V0,说明注射器中的气体的体积小于实际的封闭气体的体积,结合实验的器材可知,图中V0代表压强传感器与注射器之间软管内气体的体积。 (4)实验过程中有漏气现象,则图线向下弯曲。 2 3 4 5 6 1 $$