高中物理选修3步步高同步讲义第二章 2　第2课时　实验：探究气体等温变化的规律

第二章SHIYAN：TANJIUQITIDENGWENBIANHUADEGUILV第2课时实验：探究气体等温变化的规律明确原理提炼方法/精析典题提升能力/课时对点练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－

图像，

并通过图像得出等温情况下p、V的关系.学习目标内容索引明确原理

提炼方法Part1精析典题

提升能力Part2课时对点练Part3明确原理

提炼方法Part

1一定质量的气体，在温度不变的条件下，其

与

变化时的关系.一、等温变化压强体积在保证密闭注射器中气体的

和

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.二、实验思路质量温度带铁夹的铁架台、

、柱塞(与压力表密封连接)、压力表、

、刻度尺.三、实验器材注射器橡胶套1.按如图所示组装实验器材.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可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取.四、物理量的测量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，如图所示.观察p－V图像的特点看能否得出p、V的定量关系.五、数据分析3.实验结论：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，其压强与体积成反比.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－

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.六、注意事项返回精析典题

提升能力Part

2

(2021·扬州市高二期末)某同学做“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”实验，实验装置如图甲所示.例1一、实验原理与操作(1)在柱塞上涂油，目的是

；移动柱塞速度足够慢，目的是

.增加连接处的密封性防止漏气保证实验的恒温条件在柱塞上涂油目的是增加连接处的密封性防止漏气，移动活塞要缓慢，目的是为了保证实验的恒温条件.(2)向下移动柱塞记录数据，做出p－

图像，如图乙所示，图线弯曲的原因可能是

.A.漏气B.环境温度升高C.环境大气压强减小Ap－

图线的斜率k与气体的质量和体积都有关系，题图乙中的图线弯曲，斜率变小，说明气体温度降低或气体质量减小，所以图线弯曲的可能原因是环境温度降低或气体漏出.故选A.

(2021·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：例2二、实验数据处理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(如图所示)画出p－

图线.答案见解析图作图如图所示.(2)由画出的图线可得结论是_____________________________________________________.一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比由图可知p－

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

成正比，所以压强与体积成反比.

(2021·江苏省镇江第一中学高二期中改编)某同学用DIS研究温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系，实验装置如图甲所示，实验中通过注射器示数读出气体体积V，用气压传感器记录气体压强p，研究气体压强和体积的关系.例3三、创新实验(1)关于实验过程，下列说法正确的是

.A.推拉活塞时，为了读数准确，动作要快B.推拉活塞时，为了稳定，手要握住注射

器筒C.气压传感器与注射器之间的软管脱落后，

应立即重新接上，继续实验并记录数据D.活塞和注射器筒之间的摩擦并不影响压强的测量D推拉活塞时，动作要慢，使温度与环境温度保持一致，故A错误；推拉活塞时，手不能握住注射器筒，防止对其起加热作用，故B错误；气压传感器与注射器之间的软管脱落后，气体质量变化，需重新实验，故C错误；活塞和注射器筒之间的摩擦并不影响压强的测量，故D正确.(2)某同学在做实验时，按实验要求组装好实验装置，然后按实验要求推动活塞，使注射器内空气体积发生变化，实验数据如下表所示，请在图乙中作出V与

的关系图像.序号V/mLp/×105Pa/×10－5Pa－11181.0380.9632161.1600.8623141.3110.7634121.5120.6625101.7840.560682.1780.459762.7930.358答案见解析图将表格中的数据在坐标轴中描出来，然后用直线连接起来，连线的时候，使尽可能多的点分布在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，图像如图所示.(3)本实验中，可以由V与

的关系图像验证气体等温变化时p与V关系，其依据是V与

成

.(选填“正比”或“反比”)正比当温度不变时，压强p与体积V的积是一个常数，则有pV＝

C，则V＝C，可得V与

成正比；(4)由于在实验中未考虑软管中气体的体积，实验结果有一定的误差，此误差属于

.(选填“系统误差”或“偶然误差”)系统误差由于在实验中未考虑软管中气体的体积，体积的读数值总是比实际值小，故实验结果有一定的误差，此误差属于系统误差.返回课时对点练Part

31.(2021·泰州市期末)“探究气体等温变化的规律”的实验装置如图所示，下列说法正确的是A.实验时各实验小组被封闭气体的质量和温度必须相同B.实验中为找到体积与压强的关系，一定要测量空气柱

的横截面积C.在柱塞上涂润滑油，只是为了减小摩擦D.处理数据时采用p－

图像，是因为p－

图像比p－V

图像更直观1234√1234本实验探究采用的方法是控制变量法，所以要保持被封闭气体的质量和温度不变，而不需要各实验小组被封闭气体的质量和温度必须相同，故A错误；由于注射器是圆柱形的，横截面积不变，所以只需测出空气柱的长度即可，故B错误；涂润滑油的主要目的是防止漏气，使被封闭气体的质量不发生变化，不仅是为了减小摩擦，故C错误；1234当p与V成反比时，p－

图像是一条过原点的直线，而p－V图像是曲线，所以p－

图像更直观，故D正确.2.(2021·南通市高二期末改编)用图甲所示装置探究气体等温变化的规律.1234(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.5mL由于注射器长度几乎相同，因此体积越小，横截面积越小，用较小的力就可以产生比较大的压强使体积变化明显，故选5mL的注射器.(2)关于该实验下列说法正确的有

.A.柱塞上应该涂润滑油B.应缓慢推拉柱塞C.用手握住注射器推拉柱塞D.注射器必须固定在竖直平面内1234AB1234柱塞上应该涂润滑油，起到密封和润滑的作用，A正确；应缓慢推拉柱塞，从而保证气体的温度不变，B正确；用手握住注射器推拉柱塞，容易引起气体温度发生变化，C错误；由于测量的是气体的体积和压强之间的关系，与重力无关，因此注射器可以水平放置，也可以倾斜放置，D错误.(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”).1234体积的倒数②1234由于p－V图像为曲线，而p－

图像为直线，因此以p为纵坐标，应以体积的倒数为横坐标；压缩气体时，温度不变，p＝

，由于p与V乘积减小，故斜率减小，因此图线应为图乙中的②.3.某实验小组用如图(a)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－

的图像可以直观反映出p与V的关系1234D1234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，要缓慢移动柱塞保证气体温度不变，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；(2)如图(b)是甲、乙两同学在实验中得到的p－

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____

.1234气体的质量不同(或同质量气体在不同温度下研究)研究1234根据p－

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.4.(2021·莱州一中高二月考)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.在注射器活塞上涂润滑油并插上针管，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.1234(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1234C1234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，最主要的原因是

.