2. 第1课时 实验：探究气体等温变化的规律-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

本高中物理讲义聚焦“气体的等温变化”核心知识点，通过实验探究一定质量气体在温度不变时压强与体积的关系。从实验目的、控制变量法原理，到注射器等器材操作、p-V与p-1/V图像数据处理，再到误差分析与结论总结，构建完整学习支架。 该资料以科学探究为主线，实验步骤严谨（如缓慢操作防温度变化），数据处理突出科学思维（图像分析验证反比关系），拓展创新实验（测量球体体积）联系实际。课中助力教师引导学生体验探究过程，课后帮助学生通过例题与针对练巩固知识，培养严谨科学态度。

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 【素养目标】　1.知道等温变化的概念，能通过实验得出气体等温变化的规律。2.运用控制变量法探究气体等温变化的规律，会用图像分析处理实验数据。3.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。 【原理探究】 活动1.本实验的实验目的是什么？ 提示：探究一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积的关系。 活动2.本实验中用到什么科学思想？ 提示：控制变量法。 活动3.本实验中需要用到哪些实验器材？ 提示：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、刻度尺等。 【实验过程】 一、进行实验 1.按如图所示的装置组装实验器材。 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S的乘积就是它的体积V。空气柱的压强p可以从与柱塞相连的压力表读取。 二、数据处理 1.作p-V图像 以压强p为纵坐标，以体积V为横坐标，把各组数据在坐标纸上描点，绘出等温曲线，如图甲所示。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，把各组数据在坐标纸上描点，绘出p－图像。如果p－图像为过原点的倾斜直线(图乙)，就说明压强p跟成正比，即压强与体积成反比。如果不是，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正比，即压强与体积成反比。 学生用书⬇第28页 【注意事项】 1.改变气体体积时，要缓慢进行，等稳定后再读出气体压强和体积，以防止气体的温度发生变化。 2.实验过程中，不要用手接触注射器的玻璃管，以防止玻璃管从手中吸收热量，引起内部气体温度变化。 3.实验中应保持气体质量不变，故实验前应在柱塞上涂抹润滑油，以免漏气，同时可以减小摩擦。 4.由于气体体积与空气柱长度成正比，研究气体压强与体积的关系可转化为研究气体压强与空气柱长度的关系，故不需要测量空气柱的横截面积。 5.本实验中的测量误差主要来源于空气柱长度的测量，因此读数时视线一定要与柱塞底面平行。 6.作p-图像时，应尽可能使实验数据点均匀分布，使所作图线通过尽可能多的实验数据点，不在图线上的数据点应均匀分布在图线两侧，偏离太大的点应舍弃。 【误差分析】 1.不能保证温度完全不变。 2.实验装置有漏气现象。 如图所示，②图线产生的原因是漏气或温度变低，③图线产生的原因是温度变高(不漏气的情况下)。 一　教材原型实验 (2025·辽宁协作体高二期末)某同学用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。在橡胶套和柱塞间封闭着一段空气柱，空气柱的长度L可以从刻度尺读取，由于注射器横截面积各处相同，所以可用空气柱长度L代替空气柱体积，空气柱的压强p可以从与空气柱相连的压力表读取。改变并记录空气柱的长度及对应的压强。 (1)下列实验操作中，有助于减小实验误差的有　　　　。 A.实验中缓慢推动柱塞，改变空气柱的体积，读出对应的压强 B.推动柱塞时，为了保持装置稳定，用手握住注射器 C.在柱塞上涂上润滑油，防止漏气 (2)处理数据时，某同学绘制了两种图像，图乙横坐标为L，图丙横坐标为，为了快速判断本实验中压强和体积的关系，应选择图　　　(选填“乙”或“丙”)方式处理数据。 学生用书⬇第29页 (3)根据实验数据，得出的结论为　　　　。 A.一定量的气体等温变化时，压强与体积成正比 B.一定量的气体等温变化时，压强与体积成反比 答案：(1)AC　(2)丙　(3)B 解析：(1)实验中为防止温度发生变化，要缓慢推动柱塞，改变空气柱的体积，读出对应的压强，故A正确；推动柱塞时，不能用手握住注射器，防止气体温度发生变化，故B错误；在柱塞上涂上润滑油，防止漏气，故C正确。 (2)题图丙中压强p与成正比关系，说明压强与体积成反比，即为了快速判断本实验中压强和体积的关系，应选择题图丙方式处理数据。 (3)根据实验数据，得出的结论为：一定量的气体等温变化时，压强与体积成反比。故选B。 用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。 (1)测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，为直观反映压强与体积之间的关系，若以压强p为纵坐标，则应以　　　　　　　　为横坐标在坐标系中描点作图；小明所在的小组不断压缩气体，由测得的数据发现p与V的乘积值越来越小，则用上述方法作出的图线应为图乙中的　　　　(选填“①”或“②”)，造成该现象的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　。 (2)为能更准确地测出气体的压强，小华用软管连通注射器和压强传感器，用(1)中方法作出的图线如图丙所示，该图线不过原点，为减小这一实验误差，请给出你的改进方法：　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)体积的倒数　②　封闭气体漏气(或气体温度降低)　(2)见解析 解析：(1)由于p-V图像为曲线，而p-图像为直线，为直观反映压强与体积之间的关系，应以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标；压缩气体时，温度不变，由p＝k可知，p与V乘积减小，则p-图像斜率减小，因此图线应为题图乙中的②，造成该现象的原因可能是封闭气体漏气(或气体温度降低)。 (2)由于软管中存放有一部分气体，从而导致图线不过原点，因此应选用容积较大的注射器，或实验中气体的体积不压缩得过小，从而使那一小部分气体忽略不计；或测出软管中气体的体积等。 针对练.某同学用如图所示的装置探究气体等温变化的规律。 (1)在实验中，下列操作不需要的是　　　　。 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 (2)实验装置用铁架台固定，而不是用手握住注射器，并且在实验中要缓慢推动柱塞，这些要求的目的是：　　　　　　　　　　　　　。 (3)下列图像中，正确且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，应用橡胶套密封注射器的下端，A需要；由于注射器的直径均匀恒定，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，无需测量柱塞的直径，B不需要，D需要；为了得知气压的变化情况，需要读取压力表上显示的气压值，C需要。故选B。 (2)手的温度会影响气体的温度，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。 二　拓展创新实验 (2025·黑龙江哈尔滨高二期末)两位同学在学习了“探究气体等温变化的规律”实验后，利用压强传感器和注射器测量某球体内部体积(体积不变)。如图甲所示，将一个微小的无线气压传感器置于注射器中，用软管将注射器与球体连接并封闭一部分气体。实验开始后缓慢推动注射器柱塞，记录柱塞在不同位置时注射器的示数(注射器内部气体体积)V和封闭气体的压强p。(计算结果保留到小数点后两位) (1)关于该实验下列说法正确的是　　　　。 A.压强传感器的示数反映了球体内部气体压强的大小 B.在柱塞上涂抹润滑油，既可以减小摩擦，又可以增强密闭性 C.为了保持封闭气体温度不变，需要快速推动活塞 (2)下表为某位同学测量的两组实验数据，由此计算出球体内部体积约为　　　　L。 序号 p/(×105 Pa) V/L 1 1.00 0.05 2 1.05 0.01 学生用书⬇第30页 (3)另一同学在规范操作、不漏气的前提下，测得多组数据后画出如图乙所示V-图像，其直线斜率为k，纵截距的绝对值为b，则球体内部体积为　　　 。 【破题 “三步曲”】 答案：(1)AB　(2)0.79　(3)b 解析：(1)压强传感器的示数反映了球体内部气体压强的大小，故A正确；在柱塞上涂抹润滑油，既可以减小摩擦，又可以增强密闭性，故B正确；为了保持封闭气体温度不变，需要缓慢推动柱塞，使气体与外界有充分时间进行热交换，故C错误。 (2)根据气体等温变化的规律得p1＝p2，解得V0＝0.79 L。 (3)根据气体等温变化的规律得p＝C，解得V＝C·－V0 ，根据题意得V0＝b。 (2025·湖南长沙市高二月考)如图甲是“用DIS研究在温度不变时，一定质量气体的压强与体积的关系”的实验装置。主要步骤如下： ①将压强传感器调零； ②在柱塞上均匀涂抹润滑油，把柱塞移至注射器满刻度处； ③逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器、计算机； ④推动柱塞，记录多组注射器内气体的体积V，以及相应的压强传感器示数p。 (1)为了保持封闭气体的温度恒定，下列措施可行的是　　　　。 A.注射器必须固定在竖直平面内 B.用手握住注射器推拉柱塞 C.缓慢推动柱塞 (2)小明所在的小组不断压缩气体，由测得数据绘制图像如图乙所示，发现p-图线的上端出现了一小段弯曲，产生这一现象的可能原因是　　　　　　　　　(答一种情况即可)。 (3)另一小组实验时，记录了4组注射器上的刻度数值V，以及相应的压强传感器示数p。在采集第5组数据时，压强传感器的软管脱落，重新接上后继续实验，又采集了4组数据，其余操作无误。该小组绘出的V-关系图像应是　　　　 。 答案： (1)C　(2)存在漏气现象(或周围环境温度降低)　(3)D 解析：(1)注射器是否固定在竖直平面内，与保持温度恒定无关，故A错误；手握住注射器推拉柱塞会造成温度变化，B错误；若急速推拉柱塞，则有可能造成漏气和温度变化，所以应缓慢推拉柱塞，C正确。故选C。 (2)p-图像的斜率减小，导致这一现象的原因可能是注射器存在漏气现象(或周围环境温度降低)。 (3)测量时，注射器与压强传感器连接部分气体的体积V0未计入，纵轴存在截距－V0；软管脱落后，气体向外漏出，p的测量值偏小，相应的横坐标偏大，但V-图像的延长线与纵轴的交点仍为－V0，故前后两条线相交在纵轴上同一点。故选D。 针对练.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。在注射器柱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的气体，移动柱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。 (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.移动柱塞应缓慢且不能用手握住注射器 C.若实验中连接传感器和注射器的细软管脱落，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p、V乘积并不相同，最主要的原因是　　　　　　　。 (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。 答案：(1)B　(2)密封的气体质量不同　(3)细软管内气体 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；移动柱塞要缓慢，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B正确；压强传感器与注射器之间的细软管脱落后，气体质量变化了，应该重新做实验，故C错误。 (2)各小组所测的p、V乘积不相同，最主要的原因是密封的气体质量不同。 (3)若实际的实验过程中实验操作无误，根据实验数据作出如题图乙所示的V-图线不过坐标原点，该图线的方程为V＝k·－V0，说明注射器中气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验器材可知，题图乙中V0代表细软管内气体的体积。 学科网（北京）股份有限公司 $