第2章 第1节 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（粤教版2019）

第二章　气体、液体和固体 第一节　气体实验定律(Ⅰ) 第1课时　实验：探究气体等温变化的规律 1．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． 一　实验目的 日常生活中的很多现象说明，一定质量的气体，其压强、温度、体积三个量之间存在着某种关系． 本课时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． 二　观察与思考 如图所示，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．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，可以发现，注射器内空气柱的体积越小，压强就越大，其体积越大，压强就越小．可以猜想，一定质量的气体，在温度不变时，其压强的大小跟体积可能成反比． 课堂任务　探究过程·获取数据 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”． 活动1：为了提高测量精度和效率，用如图所示实验装置验证一定质量的气体，在温度不变时，其压强和体积的关系．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：空气柱的体积V可以通过注射器上的刻度读取；空气柱的压强p可以从与注射器内空气柱相连的压强传感器读取(直接显示在计算机上)． 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：把活塞缓慢地向里推或向外拉，读取空气柱的体积与压强的几组数据． 活动4：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活塞上涂润滑油． (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，移动活塞要缓慢，以及不能用手握住注射器封闭气体部分． 课堂任务　分析数据·得出结论 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”． 活动1：启用系统“绘图”功能，计算机将显示压强与体积的关系图线，如图1所示为某次实验得出的p­V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，如图2所示．分析实验数据和p­V、p­关系图线，可以发现气体压强和体积有什么关系？ 提示：实验表明，一定质量的气体，在温度不变的情况下，其压强与体积的倒数成正比，即压强与体积成反比． 活动2：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：给注射器活塞涂润滑油，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，移动活塞尽量缓慢，避免用手握住注射器封闭气体部分． (3)空气柱体积测量不准确． 改进措施：用较细的注射器． (4)注射器与传感器相连的细管中空气的体积不能忽略． 改进措施：用尽量短且细的细管． 课堂任务　典例探究·提升能力 例　(1)“探究一定质量的气体，在温度不变时，其压强和体积的关系”的实验装置如图1所示，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p­V图像更直观 (2)如图2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，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________________． [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；p与V成反比，p­图像是一条过原点的直线，而p­V图像是双曲线的一支，所以p­图像比p­V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 　在“探究一定质量的气体，在温度不变时，其压强和体积的关系”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气压计或压强传感器测量的，所以柱塞或活塞与注射器壁间的摩擦不影响气体压强的测量．在上面的实验装置中，因为气体的体积V＝Sl，S是常量，所以探究p与l的关系等同于探究p与V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一定质量的气体在温度不变时压强与体积之间的关系，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、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 (2)理论上由V­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V0代表____________________________． 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 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图像是过坐标原点的直线，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)由题图乙可知，V－(－V0)＝k·，变形可得p(V＋V0)＝k，因此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V0代表传感器与注射器间气体的体积． 1．利用注射器、数据采集器、压强传感器、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 D．活塞与针筒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；活塞与针筒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“探究一定质量的气体，在温度不变时，其压强与体积之间的关系”实验中，某小组同学通过压力连杆上拉或下压柱塞得到了a、b、c、d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)完善下表记录． a b c d 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 (2)根据上表数据在如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，_________________________________________． 答案　(1)1.0　4.0　0.250 (2)如图所示　在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比 解析　(1)由题图甲可读得b组数据对应的气体压强为1.0×105 Pa；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＝0.250 cm－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． 该同学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，作横轴，画出p­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________． A．各组的p、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，可能原因是计算压强时，没有计入由于活塞和框架的重力引起的压强，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pV乘积变小，是温度下降或质量减小造成的现象，故选B. 7 学科网（北京）股份有限公司 $$