人教版(新教材)高中物理选择性必修3学案：2 第1课时 实验：探究气体等温变化的规律

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE22气体的等温变化第1课时实验：探究气体等温变化的规律〖学习目标〗1.知道什么是等温变化.2.会测量气体的压强与体积，能作出气体的p－V图像、p－eq\f(1,V)图像，并通过图像得出等温情况下p、V的关系．一、等温变化一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系．二、实验思路在保证密闭注射器中气体的质量和温度不变的条件下，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．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．四、物理量的测量1．如图1所示组装实验器材．图12．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可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取．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2所示．观察p－V图像的特点看能否得出p、V的定量关系．图22．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)图像中的各点位于过原点的同一条直线上(图3)，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．图33．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．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掉.一、实验原理与操作(2021·山东青岛市高二期中)某实验小组用如图4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．压力表中读取空气柱的压强，从注射器旁的刻度尺中读取空气柱的长度．图4(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)注射器上涂上润滑油(保证封闭气体质量不变的措施都可以)(2)B〖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注射器上涂上润滑油防止漏气；(2)若急速推拉活塞，则有可能造成等温条件的不满足，所以应缓慢推拉活塞，故A错误；若手握活塞会造成温度变化，故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，故C错误．二、实验数据处理(2020·启东中学高二开学考试)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：V/m31.000.500.400.250.20p/(×105Pa)1.453.103.955.987.70(1)根据所给数据在坐标纸上(如图5所示)画出p－eq\f(1,V)图线．图5(2)由画出的图线可得结论是．〖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〖解析〗(1)作图如图所示(2)由图可知p－eq\f(1,V)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eq\f(1,V)成正比，所以压强与体积成反比．三、创新实验(2020·上海市高二期末)如图6甲为研究一定质量的气体压强与体积关系的实验装置．图6(1)图中①为传感器，该实验需要保持气体的和不变．(2)某同学在实验中测出多组气体压强与体积值后，利用DIS实验绘图功能，得到如图乙所示的p－V图像，则由图(选填“能”或“不能”)得到压强与体积成反比的结论．(3)某同学在实验中得到的数据如下：次数123456压强p/kPa116.2124.6134.3145.6158.8173.2体积V/cm314131211109体积倒数eq\f(1,V)/cm－30.0710.0770.0830.0910.1000.111pV乘积1626.81619.81611.61601.61588.01558.8表中数据表明气体的pV乘积随着气体体积的减小而减小，若实验中很好地满足了实验需要满足的条件，则出现该结果的原因是．〖答案〗(1)压强质量温度(2)不能(3)实验时注射器内的空气向外发生了泄漏〖解析〗(1)题图甲中①为压强传感器；研究一定质量的气体压强与体积关系时，应保持气体的质量和温度不变；(2)压强与体积成反比的图像应为双曲线的一支，题图乙的p－V图像不能确定是不是双曲线的一支，所以不能确定压强与体积成反比；(3)实验时注射器内的空气向外发生了泄漏.1．(多选)(2020·北京高二月考)在“探究气体等温变化的规律”实验中，为保持温度不变，下列采取的措施合理的是()A．推动活塞运动时尽可能慢些B．在活塞上涂上润滑油，保持良好的密封性C．不要用手握住注射器封闭气体部分D．实验时尽量在注射器中封入较多的空气〖答案〗AC〖解析〗缓慢地推拉活塞，可以使封闭气体的温度与外界的温度保持一致，从而可以保持封闭气体的温度不变，所以A正确；在活塞上涂上润滑油，保持良好的密封性，这样是为了保持封闭气体的质量不发生变化，并不能保持封闭气体的温度不变，故B错误；当用手直接握住注射器封闭气体部分时，手的温度可能改变封闭气体的温度，所以不要用手直接握住注射器封闭气体部分，所以C正确；只要是封闭气体的质量不变，气体的多少不会改变实验的数据，与气体的温度是否会变化无关，所以D错误．2．(2020·北京市师达中学高二月考)某同学用如图7所示装置探究气体等温变化的规律．图7(1)在实验中，下列哪些操作不是必需的．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，而不是用手握住玻璃管(或注射器)，并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是．(3)下列图像中，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．(2)手温会影响气体的温度，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∝eq\f(1,V)，故p－eq\f(1,V)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－eq\f(1,V)图像，C正确．3．(2020·莱州一中高二月考)用如图8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．在注射器活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气体，移动活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．图8(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．在活塞上涂润滑油目的只是为减小摩擦力C．移动活塞应缓慢且不能用手握住注射器D．若实验中连接传感器和注射器的软管脱落，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pV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－eq\f(1,p)图像不过坐标原点，如图乙所示，图中V0代表的体积．〖答案〗(1)C(2)密封的气体质量不同(3)压强传感器与注射器之间气体〖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；为了防止漏气，应当在注射器活塞上涂润滑油，来增加连接处密封性，故B错误；移动活塞要缓慢，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C正确；压强传感器与注射器之间的软管脱落后，气体质量变化了，应该重新做实验，故D错误．(2)交流实验成果时某同学发现各小组所测的pV乘积并不相同，是因为密封的气体质量不同．(3)实验数据画出的V－eq\f(1,p)图线应是过坐标原点的直线，在实际的实验过程中实验操作规范正确，根据实验数据画出如题图乙所示的V－eq\f(1,p)图线不过坐标原点，该图线的方程为V＝k·eq\f(1,p)－V0，说明注射器中的气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验的器材可知，图中V0代表压强传感器与注射器之间气体的体积．4．某实验小组用如图9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．图9(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－eq\f(1,V)的图像可以直观反映出p与V的关系(2)如图10是甲、乙两同学在实验中得到的p－eq\f(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．图10〖答案〗(1)D(2)研究气体的质量不同(或同质量气体在不同温度下研究)〖解析〗(1)实验是以注射器内的空气为研究对象，所以实验前注射器内的空气不能完全排出，故A错误；空气柱的体积变化不能太快，要缓慢移动注射器保证气体温度不变，故B错误；气体发生等温变化，空气柱的压强随体积的减小而增大，故C错误；p－eq\f(1,V)图像是一条倾斜的直线，作出p－eq\f(1,V)的图像可以直观反映出p与V的关系，故D正确．(2)根据p－eq\f(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．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〖学习目标〗1.知道什么是等温变化.2.会测量气体的压强与体积，能作出气体的p－V图像、p－eq\f(1,V)图像，并通过图像得出等温情况下p、V的关系．一、等温变化一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系．二、实验思路在保证密闭注射器中气体的质量和温度不变的条件下，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．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．四、物理量的测量1．如图1所示组装实验器材．图12．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可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取．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2所示．观察p－V图像的特点看能否得出p、V的定量关系．图22．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)图像中的各点位于过原点的同一条直线上(图3)，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．图33．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．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掉.一、实验原理与操作(2021·山东青岛市高二期中)某实验小组用如图4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．压力表中读取空气柱的压强，从注射器旁的刻度尺中读取空气柱的长度．图4(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)注射器上涂上润滑油(保证封闭气体质量不变的措施都可以)(2)B〖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注射器上涂上润滑油防止漏气；(2)若急速推拉活塞，则有可能造成等温条件的不满足，所以应缓慢推拉活塞，故A错误；若手握活塞会造成温度变化，故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，故C错误．二、实验数据处理(2020·启东中学高二开学考试)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：V/m31.000.500.400.250.20p/(×105Pa)1.453.103.955.987.70(1)根据所给数据在坐标纸上(如图5所示)画出p－eq\f(1,V)图线．图5(2)由画出的图线可得结论是．〖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〖解析〗(1)作图如图所示(2)由图可知p－eq\f(1,V)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eq\f(1,V)成正比，所以压强与体积成反比．三、创新实验(2020·上海市高二期末)如图6甲为研究一定质量的气体压强与体积关系的实验装置．图6(1)图中①为传感器，该实验需要保持气体的和不变．(2)某同学在实验中测出多组气体压强与体积值后，利用DIS实验绘图功能，得到如图乙所示的p－V图像，则由图(选填“能”或“不能”)得到压强与体积成反比的结论．(3)某同学在实验中得到的数据如下：次数123456压强p/kPa116.2124.6134.3145.6158.8173.2体积V/cm314131211109体积倒数eq\f(1,V)/cm－30.0710.0770.0830.0910.1000.111pV乘积1626.81619.81611.61601.61588.01558.8表中数据表明气体的pV乘积随着气体体积的减小而减小，若实验中很好地满足了实验需要满足的条件，则出现该结果的原因是．〖答案〗(1)压强质量温度(2)不能(3)实验时注射器内的空气向外发生了泄漏〖解析〗(1)题图甲中①为压强传感器；研究一定质量的气体压强与体积关系时，应保持气体的质量和温度不变；(2)压强与体积成反比的图像应为双曲线的一支，题图乙的p－V图像不能确定是不是双曲线的一支，所以不能确定压强与体积成反比；(3)实验时注射器内的空气向外发生了泄漏.1．(多选)(2020·北京高二月考)在“探究气体等温变化的规律”实验中，为保持温度不变，下列采取的措施合理的是()A．推动活塞运动时尽可能慢些B．在活塞上涂上润滑油，保持良好的密封性C．不要用手握住注射器封闭气体部分D．实验时尽量在注射器中封入较多的空气〖答案〗AC〖解析〗缓慢地推拉活塞，可以使封闭气体的温度与外界的温度保持一致，从而可以保持封闭气体的温度不变，所以A正确；在活塞上涂上润滑油，保持良好的密封性，这样是为了保持封闭气体的质量不发生变化，并不能保持封闭气体的温度不变，故B错误；当用手直接握住注射器封闭气体部分时，手的温度可能改变封闭气体的温度，所以不要用手直接握住注射器封闭气体部分，所以C正确；只要是封闭气体的质量不变，气体的多少不会改变实验的数据，与气体的温度是否会变化无关，所以D错误．2．(2020·北京市师达中学高二月考)某同学用如图7所示装置探究气体等温变化的规律．图7(1)在实验中，下列哪些操作不是必需的．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，而不是用手握住玻璃管(或注射器)，并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是．(3)下列图像中，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．(2)手温会影响气体的温度，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∝eq\f(1,V)，故p－eq\f(1,V)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－eq\f(1,V)图像，C正确．3．(2020·莱州一中高二月考)用如图8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．在注射器活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气体，移动活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．图8(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．在活塞上涂润滑油目的只是为减小摩擦力C．移动活塞应缓慢且不能用手握住注射器D．若实验中连接传感器和注射器的软管脱落，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pV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－eq\f(1,p)图像不过坐标原点，如图乙所示，图中V0代表的体积．〖答案〗(1)C(2)密封的气体质量不同(3)