2.2 气体的等温变化 学案-2022-2023学年高二下学期物理 人教版2019选择性必修第三册（含答案）

2.2气体的等温变化学案（2课时）第1课时实验:探究气体等温变化的规律学习目标1.通过实验,探究一定质量的气体等温变化的规律2.明确研究内容和所需要控制的实验条件【知识自主预习】一、实验思路【实验目的】1.通过实验探究一定质量的气体在温度不变条件下的压强与体积之间的关系.2.利用图像法处理数据,描述规律.【实验原理】1.实验方法:控制气体和不变,研究气体压强与体积的关系.

2.一定质量的气体在压强p、体积V、温度T一定时,气体便处于一个稳定的状态.二、物理量的测量【实验装置】装置及安装如图所示【实验步骤】1.利用注射器选取为研究对象,注射器下端开口处有橡胶套,它和柱塞一起把一段空气柱封闭.在实验过程中,一方面让空气柱内气体的质量不变;另一方面,让空气柱的体积变化不要太快,保证温度不发生明显的变化.

2.需要测量空气柱的体积V和空气柱的压强p,具体操作如下:(1)空气柱的长度l可以通过读取,空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.

(2)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.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.示例如下表.序号注射器内空气柱的长度l/cm空气柱的压强p/(105Pa)12…三、数据分析【数据处理】根据采集到的数据作出的p-V图像如图所示.图像类似于双曲线,猜想空气柱的压强与体积成反比.我们可以进一步通过图像来检验这个猜想.再以压强p为纵坐标,以为横坐标,把采集到的各组数据在坐标纸上描点.如果p-1V图像是(如图所示),就说明压强跟体积的倒数成正比,即压强与体积成反比【误差分析】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.四、实验结论1.图像描述规律(1)p-V图中等温线为双曲线的一支.(2)p-1V图中等温线为正比例函数图线2.结论叙述:一定质量的气体等温变化时,p与V成反比.此即玻意耳定律.【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,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.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.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.例1用图甲所示装置探究气体等温变化的规律.(1)实验室有容积为5mL和20mL的两种注射器供选择,为能用较小的力作用在活塞上使气体体积发生明显变化,选用容积为的注射器更合适;实验中,为找到体积与压强的关系,(选填“需要”或“不需要”)测出空气柱的横截面积.

(2)关于该实验下列说法正确的有.

A.活塞上应该涂油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,为直观反映压强与体积之间的关系,若以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.

(4)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(3)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:.

例2某同学在用如图所示的装置做“探究温度不变时气体的压强跟体积的关系”实验时,用连接计算机的压强传感器直接测得注射器内气体的压强值.缓慢推动活塞,使注射器内空气柱从初始体积20.0mL变为12.0mL.实验共测了5次,每次体积值直接从注射器的刻度上读出并输入计算机,同时由压强传感器测得对应体积的压强值.实验完成后,计算机屏幕上立刻显示出如下表中所示的实验结果.序号V/mLp/(105Pa)pV/(105Pa·mL)120.01.001020.020218.01.095219.714316.01.231319.701414.01.403019.642512.01.635119.621(1)仔细观察不难发现,“pV”一列中的数值越来越小,造成这一现象的可能原因是(填选项前的字母).

A.实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大B.实验时环境温度升高了C.实验时外界大气压强发生了变化D.实验时注射器内的空气向外发生了泄漏(2)根据你在(1)中的选择,说明为了减小误差,应采取的措施是.

【巩固诊断】1.如图所示,在“用DIS探究气体等温变化的规律”的实验中,用一个带刻度的注射器及计算机辅助系统来探究气体的压强和体积关系.(1)实验中应保持不变的状态参量是.

(2)实验过程中,下列说法正确的是(填选项前的字母).

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.必须测量所封闭气体的质量D.在活塞上涂上润滑油,且保持良好的密封性2.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(2)进行实验操作时,不能推拉活塞过快,其原因是.

(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).

实验序号12345封闭气柱长度L(cm)12.0011.0010.009.008.00封闭气柱压强p(105Pa)1.011.091.191.331.90(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-1L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)第2课时玻意耳定律的应用学习目标1.理解玻意耳定律,能用玻意耳定律解决有关的实际问题2.知道等温变化的p-V图像,能利用图像信息进行分析和计算【知识自主预习】预习知识点一:对玻意耳定律的理解请看课本第24页,完成下列填空:玻意耳定律(1)内容:的某种气体,在不变的情况下,压强p与体积V成.

(2)表达式:pV=C或.其中p1、V1和p2、V2分别表示气体在两个不同状态下的压强和体积.

[物理观念]玻意耳定律的表达式为pV=C,C是常量,对于不同、不同、种类不同的气体,C的数值一般不同,因此C不是一个普适常量.

例1[2020·哈尔滨三十二中期末]一定质量的理想气体温度不变,体积为V时,压强为p,当体积变成2V时,压强为 ()A.2p B.p2 C.4p D.预习知识点二:气体等温变化的图像[物理观念]如图所示(1)一定质量的某种气体的等温变化过程在p-1V图像中为一条过原点的直线,在p-V图像中是的一支,由于它描述的是温度不变时的p-V关系,因此称它为(2)物理意义:图线上的一个点表示气体的一个确定的状态,同一条等温线上各状态的相同,p与V的乘积.

[科学论证](1)气体等温变化的p-1V图像原点附近画成虚线的原因是;原点附近太小了,趋近于0,即体积V,规律不再满足(2)一定质量的气体,不同温度下的等温线是不同的.图中的两条等温线,T1(选填“>”或“<”)T2.

例2如图所示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,气体分子平均速率的变化情况是 ()A.一直保持不变B.一直增大C.先减小后增大D.先增大后减小变式一定质量的气体的一条等温线如图所示,图线上的两点A、B表示气体所处的两个状态,A、B两个状态的压强之比pA∶pB=,体积之比VA∶VB=,温度之比TA∶TB=.

预习知识点三:玻意耳定律的应用[科学思维]利用玻意耳定律解题的基本思路:例3甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体).甲罐的容积为V,罐中气体的压强为p;乙罐的容积为2V,罐中气体的压强为12p.现通过连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去,两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变,调配后两罐中气体的压强相等.(1)两罐中气体的压强;(2)甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比.变式如图所示,一上端开口、下端封闭的细长玻璃管竖直放置.玻璃管的下部封有长l1=25.0cm的空气柱,中间有一段长为l2=25.0cm的水银柱,上部空气柱的长度l3=40.0cm.已知大气压强为p0=75.0cmHg.现将一活塞(图中未画出)从玻璃管开口处缓缓往下推,使管下部空气柱长度变为l'1=20.0cm.假设活塞下推过程中没有漏气,求活塞下推的距离.【课堂探究】封闭气体压强的计算方法1.利用连通器原理计算:在连通器中,同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等.如图中,pC=pD.液体内深度为h处的压强p=p0+ρgh,p0为液面上方的压强,h是液面间的竖直高度,不一定是液柱长度.2.液片法:选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象,分析液片两侧受力情况,建立平衡方程,消去面积,得到液片两侧压强相等方程,求得气体的压强.如图所示,粗细均匀的U形管中封闭了一定质量的气体A,在其最低点选一叶片B,由两侧受力平衡可知(p0+ρgh+ρgh0)S=(pA+ρgh0)S,即pA=p0+ρgh.3.平衡法:选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析,得到液柱(或活塞)的受力平衡方程,求得气体的压强.如图所示,以活塞为研究对象,受力分析如图所示,由平衡条件得mg+p0S=pS,则p=p0+mgS示例1图中的玻璃管中都灌有水银,求被封闭气体A的压强.(大气压强p0=76cmHg)示例2如图所示,活塞的质量为m,汽缸缸套的质量为M,通过弹簧吊在天花板上,汽缸内封有一定质量的气体.若缸套和活塞间无摩擦,活塞面积为S,大气压强为p0,重力加速度为g,则封闭气体的压强为 ()A.p0+mgB.p0+(C.p0-MgD.mg【巩固诊断】1.(对玻意耳定律的理解)(多选)一定质量的气体在等温变化过程中,下列物理量中发生改变的是()A.分子的平均速率 B.单位体积内的分子数C.气体的压强 D.分子总数2.(气体等温变化的图像)如图所示,D→A→B→C表示一定质量的某种气体状态变化的一个过程,则下列说法正确的是 ()A.D→A是一个等温过程B.A→B是一个等温过程C.A与B的状态参量相同D.B→C过程中,体积减小,压强减小,温度不变3.(玻意耳定律的应用)如图所示,下端用橡皮管连接的两根粗细相同的玻璃管均竖直放置,右管上端开口,水银面到管口距离较长,左管内封闭一段气体,水银面比右管稍低.现保持左管不动,为了使两管内水银面最终一