2.4.1 探究气体等温变化的规律 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

第二章 固体、液体和气体 4　第1课时　探究气体等温变化的规律 High school physics 了解作p－图像的物理思想，并能通过图像得出等温情况下p、V的关系。 02 知道什么是气体的等温变化，经历“探究气体等温变化的规律”的实验过程。 01 重点 气体的状态参量 热力学温度 T：开尔文 T＝t＋273K 体积 V 单位：有 L、mL 等 压强 单位： (帕斯卡) 温度 体积 压强 →几何参量 →热学参量 →力学参量 知识回顾 炎热的夏日暴晒并长途开车时常常会爆胎。 生活中许多现象表明，气体的压强、体积、温度三个状态参量之间存在一定的关系。 扭转瓶身后，瓶盖被发射出去 情境导入 在以上生活现象中气体三个状态参量都发生了变化，如果我们要研究某两个状态参量的关系，我们应该如何做呢？比如只研究P与V的直接的关系。 ——控制变量法 那么，今天我们先研究一下温度不变的情况下，气体体积和压强之间有什么关系吧! 多变量问题，如何研究？ 情境导入 定性猜想： 一定质量的气体，在温度不变的条件下，体积越小，压强越大。 等温变化：一定质量的某种气体如果在状态变化时，其温度保持不变，这种变化叫作等温变化。 反比？ 核心知识 探究气体等温变化的规律 一、实验目的：探究在温度不变的情况下，一定质量的某种气体其压强随体积变化的定量规律。 ② 需要测量的物理量是哪些? ③ 如何处理实验数据呢？ ① 本实验的研究对象是什么？ p－V图像？ p－图像？ 一定质量的某种气体 压强p、体积V 核心知识 二、实验原理： 选取一段空气柱作为研究对象，保证温度、质量不变 改变并且测量空气柱的体积V，同时测量在不同体积下的压强p 建立p－坐标系，将实验数据在坐标系中描点，得到p－图像 得出一定质量的气体在温度不变的情况下p、V之间的规律。 探究气体等温变化的规律 核心知识 三、实验设计： 方案一 实验器材：气柱玻管、 管塞、压强计、体积标尺，固定架、活塞。 压强计 活塞 空气柱 管塞 接头 体积标尺 固定架 探究气体等温变化的规律 核心知识 ① 怎样保证气体的质量不变？ ② 怎样保证气体的温度 T 不变？ ③ 怎样测量气体的压强 p ？ ④ 怎样测量气体的体积 V ？ 管内的气体，用涂有润滑油的塞子封闭住 不能用手触摸玻璃管或改变气体体积过程要缓慢进行。 核心知识 三、实验设计： 方案一 物理量的测量 气体的压强 p从压强计读出 气体的体积 V从体积标尺读取 S一定，可用空气柱的长度 l 代表气体体积 V=空气柱长度l×横截面积S 探究气体等温变化的规律 核心知识 三、实验设计： 方案二 用传感器探究气体等温变化的规律 探究气体等温变化的规律 核心知识 1.用注射器密闭一定质量的气体并接入压强传感器 方案二 4.启动相应程序，缓慢改变注射器内气体的体积 3.从注射器壁上的刻度可直接读出气体体积 2.压强传感器通过数据采集器与计算机相连，计算机获得压强数值 5.将其输入程序中，得到所需的图线 探究气体等温变化的规律 核心知识 1. 按照方案一所示连接装置，并仔细检查装置的密闭性 2.把活塞顶端置于刻度“2”处(或某一刻度处)，记下管内空气的体积V和对应的压强p 四、实验操作： 探究气体等温变化的规律 核心知识 实验次数 1 2 3 4 5 6 V/cm3             /cm-3             p/kPa             3.缓慢推动活塞，用同样的方法得到多组体积和压强的测量值，将这些值填入表中(或输入计算机) 探究气体等温变化的规律 核心知识 次数 1 2 3 4 5 压强（×105Pa） 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 体积 （L） 1.3 1.6 2.0 2.7 4.0 p/105 Pa V 1 2 3 0 1 2 3 4 p-V 图像是曲线 能不能说明p-V一定成反比吗? 不能 4.建立p－坐标系，根据表中的记录值将所测数据在坐标系中描点，作出p－图像 p/105 Pa 1 2 3 0 0.2 0.4 0.6 0.8 五、实验结论： 一定质量的某种气体，在温度保持不变的情况下，压强p与体积V成反比。 探究气体等温变化的规律 核心知识 方案一 方案二 探究气体等温变化的规律 六、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，以防止气体体积变化太快，气体的温度发生变化。 2.实验过程中推拉活塞要缓慢，不要用手接触注射器的外管，以防止外管从手上吸收热量，引起内部气体温度变化。 探究气体等温变化的规律 核心知识 3.实验中应保持气体的质量不变，故实验前应在活塞上涂好润滑油，以免漏气。 4.在这个实验中，由于气体体积与长度成正比，因此研究气体的体积与压强的关系时，不需要测量空气柱的横截面积。 六、注意事项： 探究气体等温变化的规律 核心知识 1.(2025·广元市高二检测)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。用活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没必要测量 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 ACD 例题 (2)进行实验操作时，不能推拉活塞过快， 其原因是　 　　　。  防止封闭气体温度发生改变 (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)。  5 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) 1.00 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，根据乙实验室记录数据画出的图像应为____(填图线代号)。  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；实验中要探究的是压强与体积之间的比例关系，体积可以由气体柱长度表示，故注射 器内部的横截面积没有必要测量；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)如果活塞推拉的过快，气体的温度将产生显著的变化，实验误差将增大且不符合实验要求。 (3)由实验数据可知气柱长度与气柱压强的乘积基本恒定，前四组数据符合的很好，乘积在11.9~12.0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，温度升高，气体分子的平均速率增大，与器壁碰撞时平均作用力变大，又气体分子数密度不变，故压强变大，故图像①是在温度稍高的乙实验室中测量获得的。 2.某同学利用压强传感器探究气体等温变化的规律，实验装置如图所示。气体压强传感器通过胶管与注射器相连，空气柱的体积可由注射器标的示数读出，压强由压强传感器自动记录。 (1)关于本实验的操作，下列说法正确的有____。  A.注射器和柱塞间涂抹润滑油是为了减少摩擦力 B.实验时可用手紧握注射器的针筒部分 C.改变空气柱的体积时要缓慢进行 D.分别在20 ℃和25 ℃环境下完成实验对实验结论没有影响 CD (2)该同学在一次实验时获得的实验数据如下表所示：   1 2 3 4 5 6 压强p(kPa) 109.0 121.0 138.8 159.3 189.0 229.3 压强倒数(×10-6Pa-1) 9.17 8.26 7.20 6.28 5.29 4.36 体积V(mL) 18 16 14 12 10 8 体积倒数(×10-2 mL-1) 5.60 6.25 7.14 8.33 10.00 12.50 该同学画出的p-图线未过坐标原点，他认为出现这种情况可能是因为未考虑胶管内的气体体积V0，简要说明通过什么方法，可以减小未考虑V0带来的误差_____________________。  选择容积较大的注射器 (3)若通过实验探究知道pV总=C，为了便于求得注射器和压强传感器间的胶管连接处的体积，应作出____(选填“p-V”“p- ”或“V- ”)图像。 V- (4)请根据(2)中实验数据描点作图，并由图像求出胶管连接处的体积为____ mL(结果保留 一位有效数字)。  1 (1)注射器和柱塞间涂抹润滑油是防止漏气，A错误； 为了保持温度不变，实验时不可用手紧握注射器的针筒部分，B错误； 为了保证等温变化，改变空气柱的体积时要缓慢进行，C正确； 分别在20 ℃和25 ℃环境下完成实验对实验结论没有影响，D正确。 (2)胶管内有一部分气体，容易造成误差，所以选择容积较大的注射器可以忽略胶管内气体的体积，从而减小误差。 (3)根据p(V+V0)=C，得V=C·-V0 其图像如图所示， 胶管内的气体体积V0等于纵轴截距的绝对值， 故选V-图像。 (4)作出V-图像如图所示，根据图像得胶管内气体体积为V0=1 mL。 本 课 结 束 Keep Thinking! FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com $