第2章 第2节 第2课时 实验：探究气体等温变化的规律(课件PPT)-【学霸笔记·同步精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

该高中物理课件聚焦“探究气体等温变化的规律”，通过实验器材（注射器、压力表等）介绍、物理量测量（体积=长度×横截面积，压强读压力表）导入，以控制气体质量和温度为核心，衔接实验原理与数据处理（p-V图像分析），搭建从器材使用到规律总结的学习支架。 其亮点是典例分类（原型与创新实验），结合科学探究（例4用水柱封闭气体装置创新）和科学思维（p-V图像模型建构），通过误差分析（例2漏气致pV减小）培养推理能力。助力学生提升探究与问题解决能力，为教师提供分层教学资源，提高备课效率。

第2课时　 实验：探究气体等温变化的规律 课前知识梳理 1 典例分类讲解 2 随堂巩固落实 3 内容 索引 课前知识梳理 PART 01 第一部分 质量 等温变化　 质量 温度 压力表 课前知识梳理 返回导航 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。 课前知识梳理 返回导航 四、物理量的测量 1．利用如图所示的装置进行实验。 课前知识梳理 返回导航 2．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。 课前知识梳理 返回导航 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。观察p－V图像的特点看能否得出p、V的定量关系。 课前知识梳理 返回导航 课前知识梳理 返回导航 正比 反比 课前知识梳理 返回导航 课前知识梳理 返回导航 典例分类讲解 PART 02 第二部分 题型一　教材原型实验 　某实验小组用如图所示的装置探究气体做等温变化的规律。已知压力表通过细管与空气柱相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。 典例分类讲解 返回导航 (1)通过压力表读取空气柱的____________，由______________读取空气柱的体积。 [解析]　通过压力表读取空气柱的压强；由体积标尺读取空气柱的体积。 压强　 体积标尺 典例分类讲解 返回导航 (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_______________________________________________________。 [解析]　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润滑油防止漏气。 在柱塞上涂上润滑油(保证封闭气体质量不变的措施都可以) 典例分类讲解 返回导航 (3)实验过程中，下列操作正确的是_________。 A．推拉柱塞时，动作要快，以免气体进入或漏出 B．推拉柱塞时，手不可以握住注射器 C．柱塞移至某位置时，应迅速记录此时注射器内空气柱的体积和压力表的压强值 [解析]　若快速推拉柱塞，则有可能造成温度变化，所以应缓慢推拉柱塞，A错误； 手握注射器会造成温度变化，B正确； 应等状态稳定后，记录此时注射器内空气柱的体积和压力表的压强值，C错误。 B 典例分类讲解 返回导航 (2024·河北唐山期末)使用如图所示装置做“探究气体压强与体积的关系”的实验，压力表通过柱塞内的细管与空气柱相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。 典例分类讲解 返回导航 序号 V/mL p/(×105 Pa) pV/(×105 Pa·mL) 1 3.85 1.0 3.85 2 3.17 1.2 3.81 3 2.70 1.4 3.78 4 2.25 1.6 3.60 5 1.95 1.8 3.51 典例分类讲解 返回导航 (1)使用控制变量法，实验中必须保持不变的参量是__________(选填“温度”“体积”或“压强”)。 [解析]　该实验为“探究气体压强与体积的关系”的实验，使用控制变量法，实验中必须保持不变的参量是温度。 温度 典例分类讲解 返回导航 (2)某同学在实验中，测得的实验数据如表中所示，仔细观察“pV ”一栏中的数值，发现越来越小，造成这一现象的主要原因是________。 A.实验时外界大气压强降低 B．实验时装置内的气体向外发生了泄漏 C．实验时装置内柱塞与筒壁间的摩擦力越来越大 [解析]　封闭气体的压强与外界大气压无关，故A错误； 实验时装置内的气体向外发生了泄漏，则pV的乘积将减小，故B正确； 实验时装置内柱塞与筒壁间的摩擦力越来越大并不会影响气体的压强和体积，故C错误。 B 典例分类讲解 返回导航 (3)实验过程中，下列操作正确的是____________。 A．为方便推拉柱塞，应用手握住装置外壁再推拉柱塞 B．为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与装置内壁间涂上油脂 C．装置旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，可以不标注具体数值 D．连接压力表和装置内空气柱的细管中的气体体积对实验没有影响 BC 典例分类讲解 返回导航 [解析]　若用手握住装置外壁再推拉柱塞，则会因人体与装置内气体发生热传递而改变气体的温度，因此不能用手握住装置外壁再推拉柱塞，故A错误； 为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与装置内壁间涂上油脂，故B正确； 由于注射器横截面积一定，初、末状态的体积比就等于空气柱的长度之比，因此装置旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，可以不标注具体数值，对实验的可靠度不会产生影响，故C正确； 设细管中气体的体积为ΔV，则随着压强的变化，细管中气体的密度将发生改变，当压强越大，细管中进入的气体的质量就越大，从而造成在实验中气体的质量发生改变，因此会对实验结果产生影响，故D错误。 典例分类讲解 返回导航 题型二　教材实验创新 　(2024·浙江湖州期末)在“探究气体等温变化的规律”实验中，实验装置如图甲所示。用注射器封闭一定质量的空气，连接到气体压强传感器上，用传感器测量封闭气体的压强，用注射器刻度读出气体体积。 典例分类讲解 返回导航 (1)多次改变封闭气体的体积，测量出不同体积时气体的压强，用电脑记录下来，并生成p－V图像如图乙所示，由图可猜测p与V可能____________(选填“成正比”“成反比”或“不成比例”)。 成反比 [解析]　根据图线进行猜测，p与V可能成反比。 典例分类讲解 返回导航 (2)实验完成后，某同学作出的图像如图丙所示(其中实线为实验所得，虚线为参考双曲线的一支)，造成这一现象的原因可能是___________。 A.操作实验时用手握住了注射器 B．实验时环境温度降低了 C．注射器内气体向外泄漏 D.有气体进入注射器内 BC [解析]　实线与虚线进行比较，当体积V一定时，实验中气体压强偏小，结合pV＝C可知，气体温度降低，即实验时环境温度降低；当压强一定时，实验中气体体积偏小，说明注射器内气体可能向外泄露。 典例分类讲解 返回导航 (2024·广东汕头期末)实验小组同学探究气体压强与体积的关系，设计了如图所示的装置，实验步骤如下： 典例分类讲解 返回导航 ①将圆柱体密闭容器装水以封闭气体，上方连接压强传感器可测封闭气体压强，左端有出水控制开关； ②不计容器的厚度，以容器下表面为零刻线，通过刻度尺读取容器的高度H和水面所在位置h； ③出水控制开关打开一小段时间后关闭，获取封闭气体压强p和液面所在位置h数据，重复实验步骤获得几组数据； ④将各组数据在坐标纸上描点，绘制图像，得出气体压强与体积的关系。 典例分类讲解 返回导航 完成下列填空： (1)实验中所研究的对象是封闭气体，应保持不变的物理量是____________。 [解析]　实验中所研究的对象是封闭气体，应保持不变的物理量是气体的温度。 温度 典例分类讲解 返回导航 (2)实验时，为判断气体压强与体积的关系，________(选填“需要”或“不需要”)测出容器的横截面积。 [解析]　根据p1h1S＝p2h2S，可得p1h1＝p2h2，则实验时，为判断气体压强与体积的关系，不需要测出容器的横截面积。 不需要　 典例分类讲解 返回导航 (3)为直观反映压强与体积之间的关系，若以空气柱压强p为纵坐标，则应以________为横坐标在坐标系中描点作图(用H、h表达)。 典例分类讲解 返回导航 随堂巩固落实 PART 03 第三部分 1．(2024·江苏月考)如图所示，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”，下列说法正确的是(　　)   A．注射器必须水平放置 B．推拉活塞时，动作要快，以免气体进入或漏出 C.活塞移至某位置时，应等状态稳定后再记录数据 D．实验中气体的压强和体积都可以通过数据采集器获得 √ 随堂巩固落实 返回导航 解析：实验时注射器如何放置对实验结果没有影响，故A错误； 推拉活塞时，动作要慢，使其温度与环境保持一致，故B错误； 活塞移至某位置时，应等状态稳定后再记录数据，故C正确； 注射器中封闭一定质量的气体，用压强传感器与注射器相连，通过数据采集器和计算机可以测出注射器中封闭气体的压强，体积可以从注射器上的刻度读出，故D错误。 随堂巩固落实 返回导航 2．某同学用如图甲所示的装置探究气体做等温变化的规律。   (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 B 随堂巩固落实 返回导航 解析：用橡胶套密封注射器的下端，是为了封住一定质量的气体，故A是必要的，不符合题意； 没有必要测量柱塞的直径，由于整个过程中，横截面积不变，知道长度就可以，列方程时，两边的横截面积可以消掉，故B没必要，符合题意； 读取压力表上显示的气压值，知道初、末状态的气压值，故C是必要的，不符合题意； 读取刻度尺上显示的空气柱长度来表示空气的体积，故D是必要的，不符合题意。 随堂巩固落实 返回导航 (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柱塞，这些要求的目的是____________________________ __________________________。 解析：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柱塞，这些要求的目的是尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变。 尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变 随堂巩固落实 返回导航 两次实验中空气质量不同或两次实验中空气温度不同(答对一种即可) 解析：因两直线的斜率不同，则出现这种情况的可能原因是两次实验中空气质量不同或两次实验中空气温度不同(答对一种即可)。 随堂巩固落实 返回导航 3．(2024·江苏盐城期末)用气体压强传感器做“探究气体等温变化的规律”实验，实验装置如图甲所示。 随堂巩固落实 返回导航 (1)关于该实验下列说法正确的是________。 A．为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油 B．为方便推拉柱塞，应用手握住注射器 C．为节约时间，实验时应快速推拉柱塞和读取数据 D．实验中气体的压强和体积都可以通过数据采集器获得 A 随堂巩固落实 返回导航 解析：在柱塞与注射器壁间涂上润滑油，可以保证封闭气体的气密性，A正确； 手握住注射器，会使气体的温度升高，不符合实验要求，B错误； 实验时应缓慢推拉柱塞和读取数据，C错误； 压强传感器只能采集气体的压强，D错误。 随堂巩固落实 返回导航 胶管内存在气体 随堂巩固落实 返回导航 B 随堂巩固落实 返回导航 ② 解析：若实验过程中漏气，则pV乘积减小，即图线斜率减小，故图线应为②。 随堂巩固落实 返回导航 一、等温变化 一定 eq \o(□,\s\up1(1)) ________的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积的变化叫作气体的 eq \o(□,\s\up1(2)) ________。 二、实验思路 在保证密闭注射器中气体的 eq \o(□,\s\up1(3)) ________和 eq \o(□,\s\up1(4)) ________不变的条件下，通过改变密闭注射器中气体的体积，由 eq \o(□,\s\up1(5)) ________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。 2．作p－ eq \f(1,V) 图像：以压强p为纵坐标，以 eq \f(1,V) 为横坐标，在坐标纸上描点。如果p－ eq \f(1,V) 图像中各点位于过原点的同一条直线上，就说明压强p跟 eq \f(1,V) 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，其压强与体积的倒数成 eq \o(□,\s\up1(6)) ________，即压强与体积成 eq \o(□,\s\up1(7)) ________。 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－ eq \f(1,V) 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。 eq \f(1,H－h) [解析]　要验证的关系为pV＝C，即p(H－h)S＝C，则有p＝ eq \f(C,S) · eq \f(1,H－h) ，故为直观反映压强与体积之间的关系，若以空气柱压强p为纵坐标，则应以 eq \f(1,H－h) 为横坐标在坐标系中描点作图。 (3)该同学的两次实验操作完全正确，根据实验数据在p－ eq \f(1,V) 图像上作出了两条不同的直线，如图乙中的图线1、2所示，出现这种情况的可能原因是___________________________________________________ _____________________。 (2)A组同学在操作规范、不漏气的前提下，测得多组压强p和体积V的数据并作出V－ eq \f(1,p) 图线，发现图线不通过坐标原点，如图乙所示。造成这一结果的原因是___________________________。 解析：根据p(V＋V0)＝C可得V＝ eq \f(C,p) －V0，可知图线不通过坐标原点的原因是胶管内存在气体。 (3)若A组同学利用所得实验数据作出的p－ eq \f(1,V) 图线，应该是________。 解析：根据p(V＋V0)＝C可得p＝ eq \f(C,V＋V0) ，当V很大时，即 eq \f(1,V) 很小时，V0可忽略，图线接近直线过原点，当V很小时，V0不可忽略，实际压强偏小，故图像B正确。 (4)B组同学在推动活塞、压缩气体的过程中测出了几组压强p和体积V的值后，以p为纵轴、 eq \f(1,V) 为横轴描点作图，因压缩气体过程中注射器漏气，则作出的图线应为图丙中的____________。 $