第2章 2.第1课时 实验：探究气体等温变化的规律-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册创新导学案word（人教版2019）

:学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxK.com 您身边的互联网+教辅专家 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 心养位 1. 知道什么是等温变化,会用实验探究气体等温变化的规律,体会用控制变量的方法探究气 体压强与体积的关系。2.能用物理图像分析实验数据并得出实验结论 课前自主学习 实验目的 许多现象都表明,一定质量的气体的压强、体积和温度三个状态参量之间是有联系的 本节通过实验研究一种特殊的情况:一定质量的气体,在温度不变的条件下,其压强与 spl(01)体积变化时的关系。这种变化叫作气体的sp1(02)等温变化。 二 实验思路 针对气体的研究,可以先选定一个热力学系统,比如一定质量的空气,在温度不变的情况下 测量气体在不同体积时的spl(01)压强,再分析气体压强与体积的关系。为此,我们需要一 个既能改变气体体积,又能测出与体积相对应的supl(02)气体压强的封闭容器。 三 物理量的测量 实验中,我们需要测量空气柱的syI(07)体积v和空气柱的spl(02)压强p 课堂探究评价 探究1 探究过程获取数据 仔细观察下列图片,认真参与“师生互动”。 -力表 _ 一杜 -空气相 .胶 师生互动 1 :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D.zxxK.Coff 您身边的互联网+教辅专家 活动1:我们利用如图所示的装置进行实验。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。本实验的研究对象是什么? 提示:注射器内被封闭的一定质量的空气柱。 活动2:本实验如何测量物理量? 提示:空气柱的长度1可以通过刻度尺读取,空气柱长度1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。 活动3:为探究规律,需要获得多组实验数据,应如何操作? 提示: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。 活动4:本实验测多组数据时,怎样操作可以保证气体的温度不发生明显的变化? 提示:让空气柱的体积变化不要太快,则气体的温度大致等于环境温度,不会有明显的变化。 活动5:本实验中有哪些注意事项 提示:(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注射器柱塞上涂润滑油。 (2)为了保持封闭气体的温度不变,实验中采取的主要措施是移动柱塞要缓慢以及不能用手握 住注射器封闭气体部分。 探究2 分析数据得出结论 活动1:本实验测得多组y、V值,请作图像以直观地呈现它们之间的关系。 提示:以压强p为纵坐标,以体积V为横坐标,在坐标纸上描点作图,分析p与V之间的关 系,如图所示。 p 温度不变时压强与体积的关系 活动2:根据活动1作出的图像,试猜想一定质量的气体等温变化时,气体压强p与气体体 积V之间的关系。 提示:p可能与V成反比,p还可能与v2成反比,. 活动3:如何检验猜想? 提示:可以进一步通过图像来检验这个猜想。再以压强p为纵坐标,以体积V的倒数为横坐 12 :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D7xxK.CoT 您身边的互联网+教辅专家 标,把采集的各组数据在坐标纸上描点。如果v-lV图像中的各点位于过原点的同一条直线上 ,如图所示,就说明压强跟体积的倒数成正比,即压强与体积成反比。如果不在同一条直线 上,再尝试其他关系。 检验的线性关系 活动4:汇总各实验小组对数据的分析结果,能得到什么结论? 提示:一定质量的气体,在温度不变的条件下,其压强与体积的倒数成正比,即压强与体积 成反比。 活动5:本实验中有哪些误差?如何改进可以减小误差 提示:(1)漏气造成空气柱质量变化。 改进措施:给注射器柱塞涂润滑油,使橡胶套尽量密封,压强不要太大。 (2)空气柱温度不恒定造成误差。 改进措施:尽量在恒温环境操作,移动柱塞尽量缓慢。 (3)空气柱体积和气压测量不准确。 改进措施:用较细的注射器和准确度高的压力表。 探究3典例探究提升能力 例(1)“探究气体等温变化的规律”的实验装置如图1所示,下列说法正确的是 1力表 一-杜塞 -空气杜 士橡胶套 图1 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,可以在杜塞上涂润滑油,以减小摩擦 3 :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D7xxK.Cof 您身边的互联网+教辅专家 D. 处理数据时采用p-1V图像,是因为p-1V图像比p-V图像更直观 (2)如图2是甲、乙两同学在实验中得到的p-1V图像,若两人实验时均操作无误且选取的坐 标标度相同,所用气体种类、质量及装置均相等,则两图线斜率不同的原因可能是 图2 [规范解答] (1)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,而不是为了减小摩擦,C错误;? 与V成反比,p-1V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-1V图像 比p-V图像更直观,D正确。 (2)在图2中作平行于纵轴的辅助线,可知甲、乙两同学所用气体的体积相同时, 甲所用气体 的压强较大;根据生活经验可知,当某种气体的质量和体积一定时,温度越高,压强越大, 所以两图线斜率不同的原因可能是实验设定的温度不同,甲同学所用气体的温度较高。 [答案](1)AD(2)设定的温度不同 实验点拨 在“探究气体等温变化的规律”实验中,采用的是控制变量法,应保持气体的质量和温度不变 应注意实验中气体的压强是通过压力表测量的,所以杜塞与注射器壁间的摩擦不影响气体压 强的测量。因为气体的体积V一S,S是常量,所以探究1与p的关系等同于探究V与p的关 系,故不需要测量空气柱的横截面积。 [变式训练] 如图甲所示,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: .压强 传感器 计算机 数据采集器 甲 乙 ①把注射器活塞推至注射器中间某一位置,将注射器、压强传感器、数据采集器、计算机逐 4 :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D.zxxK.CoT 您身边的互联网+教辅专家 一连接: ②移动活塞,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y ③重复上述步骤②,多次测量; ④根据记录的数据,作出V-Ip图线,如图乙所示。 (1)完成本实验的基本要求是 (填正确答案标号)。 A. 在等温条件下操作 B. 封团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 (2)理论上由V-Ip图线分析可知,如果该图线 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 。代表 答案 ()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 解析 (1)此实验必须在等温条件下操作,A正确;封闭气体的注射器必须密封良好,否则注 射器漏气的话,会出现误差,B正确;实验中不是必须弄清所封闭气体的质量,只要保证气 体的质量不变即可,C错误;气体的压强和体积不是必须用国际单位,D错误。 (2)理论上如果V-1p图像是过原点的直线,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传感器与注射器间有气体,图乙中 V。代表传感器与注射器间气体的体积。 课后课时作业 1. 利用注射器、数据采集器、传感器、计算机研究一定质量气体温度不变时压强与体积的关 系。在实验操作中正确的是( ) A. 推拉活塞动作要快,以免气体进入或漏出 B. 推拉活塞时,手可以握住整个注射器 C. 压强传感器与注射器之间的连接管脱落后,应立即重新接上,继续实验 5 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 D. 活塞与针简之间要保持润滑又不漏气 答案 D 解析。 推拉活塞动作要慢,以免注射器内气体温度变化,故A错误;推拉活塞时,不可以用 手握住整个注射器,以免气体吸收手的热量,温度升高,故B错误;压强传感器与注射器之 间的连接管脱落后,注射器内气体质量发生变化,应重新实验,故C错误;活塞与针简之间 要保持润滑又不漏气,以保证气体质量不变,故D正确。 2. 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 或下压杜塞得到了a、b、c、a四组实验数据。如图甲是压力表记录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V单位;cm)算出体积,已知封闭气杜的截面积S一2cm} 且V一LS,若测c组数据时,读出空气柱的长度为20cm。 表 .px10Pa 20 -杜塞 n5 空气杜 0.10.20304 甲 乙 (1)完善下表记录 d 0.8 1.6 压强jx105Pa) 1.9 8.0 6.4 体积V(cm}) 3.4 0.125 0.156 体积倒数/V(cm-3) 0.24 (2)根据上表数据在如图乙所示坐标系中作p-IV图像。 由图像可得实验结论:质量一定的某种气体 答案 (1)1.0 40 0.250 (2)如图所示 在温度不变的情况下,压强,与体积V成反比 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 tox 10' Pa) 2.0 1.5 10 解析 (1)由题图甲可读得b组数据对应的气体压强为1.0x105Pa;由题设可知,c组数据中 气柱体积为V -SL.=2x2.0cm3-40cm3,故IVc=0.250cm-3 (2)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,如答案图所示。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1V成正比,即压强p与体积V成反比。 3. 某同学探究气体等温变化规律的实验装置如图所示。 支 钩码框架 该同学通过增挂法码测出了注射器内封闭气体的几组压强p和体积V的值后,用p作纵轴, IV作横轴,画出p-1V图像如图甲、乙、丙,则甲产生的可能原因是 ;乙产生的可 能原因是___;丙产生的可能原因是___。 {_# 乙 A. 各组的p、1V取值范围太小 B. 实验过程中有漏气现象 C. 实验过程中气体温度升高 D. 在计算压强时,没有计入由于活塞和框架的重力引起的压强 答案 D C B 解析 甲图中在测量过程中压强测小了,即计算压强时,没有计入由于活塞和框架的重力引 7 :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D7xxK.Cof 您身边的互联网+教辅专家 起的压强,故选D。乙图中图线向上弯曲,说明pV乘积变大,是温度升高或质量增加造成 的现象,故选C。丙图中图线向下弯曲,说明ypV乘积变小,是温度下降或质量减小造成的 现象,故选B。 8