2.4 实验：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

该高中物理课件围绕“探究气体等温变化的规律”展开，通过庆典气球升空现象导入，联系大气压、温度变化引出气体压强、体积、温度三参量关系，借助控制变量法聚焦等温变化，搭建实验原理、步骤及数据处理的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，通过实验设计（如注射器测量体积压强）、数据处理（p-1/V图像分析）培养科学思维，结合呼吸机等实际应用体现科学态度与责任。学生能提升实验探究能力，教师可高效落实物理观念与科学论证的教学目标。

第四节 实验：探究气体等温变化的规律 教学目标 01 02 通过实验确定气体的压强与体积之间的关系 掌握实验的原理、步骤及数据处理 2 新课引入 思考:在庆典活动中放飞的气球，会飞到我们看不见的地方。随着气球的升空，大气压在减小，温度在降低，气球在膨胀.…..看来一定质量的气体的压强、体积和温度三个状态参量之间是有联系的。那么，它们会有怎样的联系呢? 在物理学中，当需要研究三个物理量之间的关系时，往往采用“保持一个量不变，研究其它两个量之间的关系，然后综合起来得出所要研究的几个量之间的关系”. 控制变量的方法 思考：一定质量的气体，它的温度、体积和压强三个量之间变化是相互对应的.我们如何确定三个量之间的关系呢？ 一定质量的气体，在温度不变的情况下，其压强与体积的变化关系。 我们首先研究一种特殊情况： 我们把这种变化称为：等温变化 实验： 探究气体等温变化的规律 一定质量的空气，在温度不变的情况下，测量气体在不同体积时的压强，再分析气体压强与体积的关系。 实验思路： 利用右图装置。 注射器下端的开口有橡皮套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭。 实验： 探究气体等温变化的规律 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； 空气柱的压强可以由压力表读取； 使柱塞缓慢向下压或向上拉，读取长度和压强的几组数据 物理量的测量： 实验步骤： 做一做： 用传感器探究气体等温变化的规律 数据分析： 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 V 1 2 3 0 1 2 3 4 p-V图像 该图象是否可以说明p与V成反比？ 思考 如何确定p与V的关系呢？ 1/V 1 2 3 0 0.2 0.4 0.6 0.8 p-1/V图像 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强 p 和体积V 成反比。 结论： 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，不要用手接触注射器的圆筒，以防止圆筒从手上吸收热量，引起内部气体温度变化； ⑤本实验测量体积时误差主要出现在长度的测量上，由于柱塞不能与刻度尺非常靠近，故读数时注意视线一定要与柱塞底面相平。 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，不用测量空气柱的横截面积； 注意事项： ③实验中应保持气体的质量不变，故实验前应在柱塞上涂好润滑油，以免漏气； 玻意耳定律 （1）内容： 一定质量的气体，在温度保持不变的条件下， 压强与体积成反比； （2）公式： 或 PV=C 或 P1V1=P2V2 （3）气体等温变化的P-V图象 （等温线） o P V 例．某实验小组用如图所示实验装置来探究一定质量的气体发生等温变化遵循的规律。1）关于该实验，下列说法正确的是____。 A．实验前应将注射器内的空气完全排出 B．空气柱体积变化应尽可能的快些 C．空气柱的压强随体积的减小而减小 D．作出p－1/V 的图像可以直观反映出p与V的关系 （2）如图是甲、乙两同学在实验中得到的p－1/V图像，若两人实验时均操作无误且选取的坐标标度相同，那么两图像斜率不同的主要原因是_________。 D 研究气体的质量不同（或同质量气体在不同温度下研究） 2）根据p-1/V图像可知，如果温度相同，则说明两次气体质量不同，如果气体质量相同则两次温度不同。 跟踪练习 1.有同学在做“用DIS研究温度不变时气体的压强跟体积的关系”实验时，缓慢推动活塞，在使注射器内空气体积逐渐小的过程中，多次从注射器的刻度上读出体积值并输入计算机，同时由压强传感器将对应体积的压强值通过数据采集器传送给计算机。实验完成后，计算机屏幕上显示出如图所示的p-V图线（其中实线是实验所得图线，虚线为一根参考双曲线）。 ①实验过程中为什么要求缓慢推动活塞？___________ ②仔细观察不难发现，该图线与玻意耳定律不够吻合，造成这一现象的可能原因是：_______ 使气体有充分的时间与外界进行热交换，保证气体做等温变化 注射器漏气，使气体的体积减小，图像向左偏移（也可能是周围环境温度降低）。 2．用图甲所示装置探究气体等温变化的规律。 （1）实验中，为找到体积与压强的关系，____ （选填“需要”或“不需要”）测空气柱的横截面积； （2）关于该实验的操作，下列说法正确的有_________； A．柱塞上应该涂油 B．应缓慢推拉柱塞 C．用手握注射器推拉柱塞 D．注射器必须固定在竖直平面内 （3）测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，以p为纵坐标，1/V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像应为图乙中的________（选填“①”或“②”），造成该现象的原因可能是____________。 不需要 AB ② 由PV/T=C，可得p＝CT/V,其中p-1/V图象的斜率为k＝CT，则温度相同时，质量越小，则图象的斜率越小，图象将向下弯曲，图②是小明组所绘，造成这种情况的原因是漏气。 3.呼吸机在抗击新冠肺炎的疫情中发挥了重要的作用。呼吸机的工作原理可以简述为吸气时会将气体压入患者的肺内,当压力上升到一定值时,呼吸机会停止供气,呼气阀也会相继打开,患者的胸廓和肺就会产生被动性的收缩,进行呼气。若吸气前肺内气体的体积为V0,肺内气体压强为p0(大气压强)。吸入一些压强为p0的气体后肺内气体的体积变为V,压强为p,若空气视为理想气体,整个过程温度保持不变,则吸入气体的体积为(　　) D A.V-V0 B. C. D. 设压入的气体的体积为V1,因为是等温变化，有： 4.下图为一定质量的气体在不同温度下的两条等温线,则下列说法正确的是(　　) A.从等温线可以看出,一定质量的气体在 发生等温变化时,其压强与体积成反比 B.一定质量的气体,在不同温度下的等 温线是不同的 C.一定质量的气体,温度越高,气体压强与体积的乘积越小 D.由图可知T1>T2 AB 5.下图是一定质量的某种气体状态变化的p-V图像，气体由状态A变化到状态B的过程中，关于气体的温度和分子平均速率的变化情况，下列说法正确的是(　　) A.都一直保持不变 B.温度先升高后降低 C.温度先降低后升高 D.平均速率先增大后减小 BD 6.如图所示，一个上下都与大气相通的直圆筒，内部横截面积为S=0.01 m2，中间用两个活塞A和B封住一定质量的气体。A、B都可沿圆筒无摩擦地上下滑动，且不漏气。A的质量不计，B的质量为m0，并与一劲度系数为k=5×103 N/m的较长的弹簧相连。已知大气压p0=1×105 Pa，平衡时两活塞之间的距离L0=0.6 m，现用力压A，使之缓慢向下移动一段距离后，保持平衡。此时用于压A的力F=500 N，求活塞A下移的距离。 PoS+F＇=PoS+F+Mg...③ 因为两活塞间的距离原来为L0,活塞A向下移动L,相应B向下移动x,则末状态时,两活塞的距离为L0-L+x.得: P0L0S = (P0+)(L0-L+x)S...① 解:设活塞A向下移动L,相应B向下移动x,对气体分析: 初态:P1=P0 V1=L0S 末态:P2=P0+ V2=(L0-L+x)S 由玻-意耳定律: P1V1=P2V2 初态时,弹簧被压缩量为X＇,由胡克定律:Mg=kx＇... ② 当活塞A受到压力F时,活塞B的受力情况如图所示.F＇为此时弹簧弹力，由平衡条件得： 由胡克定律有: F＇=k(x +x＇) ... ④ 联立①②③④计算得出:L=0.3m. Lavf58.29.100 $