2.2 第1课时 实验：探究气体等温变化的规律（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

气体、固体和液体 第2节　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 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1.知道气体的等温变化。 2．知道实验的原理和操作过程。 　　理解探究气体等温变化规律的实验，学会观察与探究，与他人合作交流，得出实验结论。 　　在实验设计和数据处理过程中，体验科学探究过程，培养学生严谨的科学态度与实事求是的科学精神。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 一、等温变化 一定质量的气体，在温度不变的条件下，其____与____变化时的关系。 二、实验思路 在保证密闭注射器中气体的____和____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。 必备知识 自主学习 压强 体积 质量 温度 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 三、实验器材 带铁夹的铁架台、______、柱塞(与压力表密封连接)、压力表、______、刻度尺。 必备知识 自主学习 注射器 橡胶套 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 四、物理量的测量 1．组装实验器材。 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 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 ↓ 不需要测出 S的乘积就是它的体积V。空气柱的压强p可以通过与注射器内空气柱相连的压力表读取。 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 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。 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 3．实验结论：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，其压强与体积的倒数成正比。 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 【例1】 (多选)“探究气体等温变化的规律”的实验装置如图所示，下列说法正确的是(　　) 关键能力 互动探究 AD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 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柱塞上涂抹润滑油防止漏气； (2)若急速推拉活塞，则有可能造成气体的温度发生变化，所以应缓慢推拉活塞，A错误；若手握活塞会造成温度变化，B正确；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，C错误。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 【例3】 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： 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 (1)作图如图所示。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 1．(2024·江苏高二检测)如图是“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”的实验装置，关于该分组实验，下列说法正确的是(　　) A.玻璃管与柱塞之间可用石蜡密封 B.各实验小组所封闭的气体质量都相等 C.各实验小组计算的气体压强p与体积V的乘积值都相等 D.密闭气体的体积可直接从注射器上读出 素养训练 学业评价 D 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 2．在“探究气体等温变化的规律”的实验中， 利用注射器选取一段空气柱为研究对象，如图 所示，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。 (1)在实验过程中，空气柱的体积变化不要太快是为了___________；在移动柱塞的过程中，正确的操作是_______________________________。 (2)在温度不变的情况下，得出压强p与体积V成反比的结论，你对这一结论的微观解释是：______________________________________。 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 谢谢观看 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 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。 实验注意事项 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掉。 探究点一___实验原理与操作 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 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。 【例2】 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。通过压力表读取空气柱的压强，从注射器旁的刻度尺中读取空气柱的长度。 (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______________________； (2)实验过程中，下列说法正确的是________。 A.推拉活塞时，动作要快，以免气体进入或漏出 B.推拉活塞时，手不可以握住整个注射器 C.活塞移至某位置时，应迅速记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值 答案：(1)柱塞上涂抹润滑油(保证封闭气体质量不变的措施都可以)　(2)B 探究点二___数据处理 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－图线。 (2)由画出的图线可得出结论：________________________________ _________________________________________________________。 答案：(1)见解析图　(2)一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比 (2)由图可知p－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，所以压强与体积成反比。 探究点三___实验创新 【例4】 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。用柱塞和注射器外筒封闭一定的气体，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不需要测量 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)进行实验操作时，不能推拉柱塞过快，其原因是_____________。 (3)该实验小组首先在甲实验室进行了实验，下表为记录的实验数据，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)。 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) 1.01 1.09 1.19 1.33 1.90 (4)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，则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)防止封闭气体温度发生改变　(3)5　(4)① (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；实验中横截面积不改变，体积的变化可以由气柱长度体现，所以注射器内部的横截面积不需要测量；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，可以不标注单位。故选A、C、D。 (2)如果柱塞推拉得过快，气体的温度将产生显著的变化，实验误差将增大。 (3)由实验数据可知气柱长度与气柱压强的乘积基本恒定，前四组数据符合得很好，乘积在11.9～12.1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。 (4)气体压强与气体的温度有关，一定量的气体，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。 为防止漏气，在柱塞上涂润滑油，以保证气体质量不变，缓慢地推、拉活塞，以保证气体在体积改变时温度不变，不能用石蜡密封，A错误；气体的状态方程的使用的条件是一定质量的气体，实验中发现各组同学的气体压强p与体积V的乘积值不完全相等，就是因为不同的同学做实验时封闭气体的质量是不同的，B、C错误；密闭气体的体积可直接从注射器上读出，D正确。 答案：(1)保持气体温度不变　缓慢地向下压或向上拉　(2)温度保持不变，分子的平均动能一定；体积减小，分子的数密度增大，压强增大 (1)为了保持气体温度不变，空气柱的体积变化不能太快。具体操作是缓慢地向下压或向上拉柱塞。 (2)微观上，压强由分子平均动能和分子的数密度决定，因此温度保持不变，分子的平均动能一定，而体积减小，分子的数密度增大，故压强增大，反之体积变大则压强变小。 3．(2024·黑龙江齐齐哈尔模拟)如图甲所示，用气体压强传感器“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”，并通过计算机作出了如图乙所示的－V图像，下列说法正确的是(　　) A.推拉活塞时，动作要快，以免气体进入或漏出 B.活塞移至某位置时，应立即记录数据 C.图线与纵轴相交的原因可能是没有考虑注射器与压强传感器连接部位气体的体积 D.若升高环境温度，则该图像斜率变大 推拉活塞时，动作要慢，使其温度与环境温度保持一致，A错误；活塞移至某位置时，应等状态稳定后再记录数据，B错误；图线与纵轴相交的原因可能是没有考虑注射器与压强传感器连接部分气体的体积，C正确；根据理想气体的状态方程＝C可知＝V，则温度升高时，图像斜率变小，D错误。 4．(2024·北京丰台模拟)用图甲所示的装置探究气体的等温变化规律。 (1)下列哪些操作是必需的________。 A.调节空气柱长度时，柱塞应缓慢地向下压或向上拉 B.测量空气柱的直径 C.读取压力表示数 D.读取空气柱的长度 (2)某小组利用测量得到的数据绘制的p－V图像如图乙所示，该组同学猜测空气柱的压强跟体积成反比。如果想进一步通过图像来检验这个猜想是否合理，应当利用实验数据作出________图像。 答案：(1)ACD　(2)p－ (1)为防止气体的温度变化，调节空气柱长度时柱塞应缓慢地向下压或向上拉，A正确；该实验气体的体积为V＝SL，其中S为空气柱的横截面积，由于空气柱的横截面积S不变，所以用L代替V，只需要读取空气柱的长度，不需要测量空气柱的直径，B错误，D正确；读取压力表示数，以确定气体的压强，C正确。 (2)该组同学猜测空气柱的压强跟体积成反比。如果想进一步通过图像来检验这个猜想是否合理，应当利用实验数据作出p－图像，若该图像是一条过原点的直线，则结论成立。 $$