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
[实验目标] 1．学会通过实验的方法研究问题，探究物理规律。2．学习用表格与图像对实验数据进行处理与分析，得出实验结论。3．体验科学探究过程，培养学生严谨的科学态度与实事求是的科学精神。
类型一 实验原理与操作
【典例1】 如图所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，操作步骤如下：
①在注射器内用活塞封闭一定质量的气体，将注射器、压强传感器、数据采集器和计算机逐次连接起来；
②缓慢移动活塞至某位置，待示数稳定后记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算机显示的气体压强值p1；
③重复上述步骤②，多次测量并记录；
④根据记录的数据，作出相应图像，分析得出结论。
(1)在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的________和________。
(2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是________。
(3)实验过程中，下列说法正确的________。
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，手不可以握住注射器气体部分
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
[解析] (1)在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的质量和温度。
(2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是：要缓慢移动活塞，或者不能用手握住注射器等。
(3)推拉活塞时动作过快，会使气体的温度升高，选项A错误；推拉活塞时，手不可以握住注射器气体部分，以保证气体的温度不变，选项B正确；活塞移至某位置时，要等稳定后记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值，选项C错误。故选B。
[答案] (1)质量 温度 (2)要缓慢移动活塞(或者不能用手握住注射器等) (3)B
(1)保证气体质量不变的方法：针筒要密封，为此可于实验前在柱塞上涂好润滑油，防止漏气。
(2)保证气体温度不变的方法：
①改变气体体积时，要缓慢进行。
②实验操作时不要用手触摸注射器的空气柱部分。
③改变气体体积后不要立即读数，待稳定后再读数。
类型二 数据处理和误差分析
【典例2】 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。
(1)关于本实验过程的说法正确的是________。
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．活塞和针筒之间的摩擦并不影响压强的测量
(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，请在图中作出V与的关系图像。
序号 V/mL p/(×105Pa) /(×10-5Pa-1)
1 18 1.038 0.963
2 16 1.160 0.862
3 14 1.311 0.763
4 12 1.512 0.661
5 10 1.784 0.561
6 8 2.178 0.459
7 6 2.793 0.358
(3)由图像可以求得软管中气体的体积为________mL(保留两位有效数字)。
(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，为减小这一实验误差，请写出一条改进建议：________________。
[解析] (1)推拉活塞时，动作要慢，使气体温度与环境温度保持一致，A错误；推拉活塞时，手不能握住注射器筒，防止气体温度发生变化，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，C错误；实验使用的是气压传感器，活塞和针筒之间的摩擦并不影响压强的测量，D正确。
(2)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)设软管中气体的体积为V0，由图像可知体积的读数值比实际值小V0，根据p(V＋V0)＝C(C为定值)，有V＝－V0，则图像的斜率为k＝C＝ mL·Pa≈19.8 mL·Pa，由表格数据可得6 mL＝0.358×19.8 mL－V0，解得V0≈1.1 mL。
(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，为减小这一实验误差，可以选用容积较大的注射器，从而减小软管中气体的体积比例，或者测出软管中气体的体积。
[答案] (1)D (2)见解析 (3)1.1 (4)选用容积较大的注射器(或测出软管中气体的体积)
类型三 创新实验设计
【典例3】 实验小组同学探究气体压强与体积的关系，设计了如图装置，实验步骤如下：
①将圆柱体密闭容器装水以封闭气体，上方连接压强传感器可测封闭气体压强，左端有出水控制开关；
②不计容器的厚度，以容器下表面为零刻线，通过刻度尺读取容器的高度H和水面所在位置h；
③出水控制开关打开一小段时间后关闭，获取封闭气体压强p和液面所在位置h数据，重复实验步骤获得几组数据；
④将各组数据在坐标纸上描点，绘制图像，得出气体压强与体积的关系。
完成下列填空：
(1)实验中所研究的对象是封闭气体，应保持不变的物理量是________。
(2)实验时，为判断气体压强与体积的关系，______(选填“需要”或“不需要”)测出容器的横截面积。
(3)为直观反映压强与体积之间的关系，若以空气柱压强p为纵坐标，则应以________为横坐标在坐标系中描点作图。(用H、h表达)
[解析] (1)实验中所研究的对象是封闭气体，应保持不变的物理量是气体的质量和温度。
(2)根据
p1h1S＝p2h2S
则实验时，为判断气体压强与体积的关系，不需要测出容器的横截面积。
(3)要验证的关系为pV＝C
即p(H－h)S＝C
则p＝·
则为直观反映压强与体积之间的关系，若以空气柱压强p为纵坐标，则应以为横坐标在坐标系中描点作图。
[答案] (1)气体的质量和温度 (2)不需要 (3)
1．用气体压强传感器做“探究气体等温变化的规律”实验，实验装置如图甲所示。
(1)关于该实验下列说法正确的是________。
A．为保证封闭气体的气密性，应在活塞与注射器器壁间涂上润滑油
B．实验中不能用手握住注射器气体部位
C．为避免管内外的热量交换，实验时应快速推拉活塞和读取数据
D．实验中气体的压强和体积都可以通过数据采集器获得
E．活塞与器壁之间的摩擦力不影响实验
(2)A组同学在操作规范、不漏气的前提下，测得多组压强p和体积V的数据并作出V-图线，发现图线不通过坐标原点，如图丙所示。则
①造成这一结果的原因是________________；
②图中V0代表的物理含义是________________。
(3)若A组同学利用所得实验数据作出的p-图线，应该是________________________。
A B
C D
[解析] (1)为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油，以防止漏气，故A正确；不能手握注射器再推拉柱塞，以防止温度升高，故B正确；实验时应缓慢推拉活塞，保持气体温度不变，故C错误；注射器中封闭一定质量的气体，用压强传感器与注射器相连，通过数据采集器和计算机可以测出注射器中封闭气体的压强，体积可以从注射器上的刻度读出，故D错误；实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不会影响气压与体积，故E正确。故选ABE。
(2)①根据p(V＋V0)＝C
变形得V＝－V0
造成图线不过原点的原因是由于胶管内存在气体；
②图中V0代表的物理含义是连接压力表和注射器内空气柱的胶管中气体的体积。
(3)根据
p＝
根据数学知识可知图像B符合题意，故选B。
[答案] (1)ABE (2)①由于胶管内存在气体
②连接压力表和注射器内空气柱的胶管中气体的体积 (3)B
2．物理小组的同学们利用图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。实验步骤如下：
①将注射器下端开口处套上橡胶套，和柱塞一起封闭一段空气柱；
②测出空气柱的横截面积，通过刻度尺读取空气柱的长度，可得空气的体积V；
③从与注射器内空气柱相连的压力表读取空气柱的压强p；
④把柱塞迅速地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强，获取空气柱的体积V和压强p的几组数据；
⑤将各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线，得出温度不变时气体压强与体积的关系。完成下列填空：
(1)实验中出现错误的步骤是________(选填步骤前的数字序号)，应该纠正为________。
(2)纠正了实验中的错误后，重新规范完成实验。用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线如图乙所示，根据绘制的p-V图线，________(选填“能”或“不能”)直观判断空气柱的压强与体积成反比，理由是________________。
[解析] (1)实验中出现错误的步骤是④，为避免温度变化，应该纠正为把柱塞缓慢地向下压或向上拉。
(2)根据绘制的p-V图线，不能直观判断空气柱的压强与体积成反比，理由是p-V图线是曲线，只能猜想p与V成反比，还需要转化为直线进一步检验。
[答案] (1)④ 把柱塞缓慢地向下压或向上拉 (2)不能 p-V图线是曲线，只能猜想p与V成反比，需要转化为直线进一步检验
3．(2023·山东卷)利用图甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上，注射器内封闭一定质量的空气，下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘，托盘中放入砝码，待气体状态稳定后，记录气体压强p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV之和)。逐次增加砝码质量，采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。
回答以下问题：
(1)在实验误差允许范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况下，一定质量的气体________。
A．p与V成正比 B．p与成正比
(2)若气体被压缩到V＝10.0 mL，由图乙可读出封闭气体压强为________Pa(保留三位有效数字)。
(3)某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了ΔV，则在计算pV乘积时，他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而________(选填“增大”或“减小”)。
[解析] (1)题图乙为一条过原点的倾斜直线，说明一定质量的气体在温度不变的条件下压强与体积的倒数成正比，B正确。
(2)气体体积V＝10.0 mL时，＝，由题图乙直接读出该状态下的压强p＝2.04×105 Pa。
(3)正确记录数据时p、V的乘积为p(V0＋ΔV)，漏掉ΔV时，该乘积为pV0，则计算结果之差的绝对值为p·ΔV，由于ΔV为定值，所以压强p越大，计算结果之差的绝对值越大。
[答案] (1)B (2)2.04×105 (3)增大(共33张PPT)
第1课时 实验：探究气体等温变化的规律
第二章 气体、固体和液体
2．气体的等温变化
[实验目标]
1．学会通过实验的方法研究问题，探究物理规律。
2．学习用表格与图像对实验数据进行处理与分析，得出实验结论。
3．体验科学探究过程，培养学生严谨的科学态度与实事求是的科学精神。
必备知识·自主预习储备
探究重构·关键能力达成
类型一 实验原理与操作
【典例1】 如图所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，操作步骤如下：
①在注射器内用活塞封闭一定质量的气体，将注射器、压强传感器、数据采集器和计算机逐次连接起来；
②缓慢移动活塞至某位置，待示数稳定后记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算机显示的气体压强值p1；
③重复上述步骤②，多次测量并记录；
④根据记录的数据，作出相应图像，分析得出结论。
(1)在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的________和________。
质量
温度
(2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是___________________________________________。
(3)实验过程中，下列说法正确的________。
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，手不可以握住注射器气体部分
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
要缓慢移动活塞(或者不能用手握住注射器等)
B
[解析] (1)在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的质量和温度。
(2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是：要缓慢移动活塞，或者不能用手握住注射器等。
(3)推拉活塞时动作过快，会使气体的温度升高，选项A错误；推拉活塞时，手不可以握住注射器气体部分，以保证气体的温度不变，选项B正确；活塞移至某位置时，要等稳定后记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值，选项C错误。故选B。
规律方法 (1)保证气体质量不变的方法：针筒要密封，为此可于实验前在柱塞上涂好润滑油，防止漏气。
(2)保证气体温度不变的方法：
①改变气体体积时，要缓慢进行。
②实验操作时不要用手触摸注射器的空气柱部分。
③改变气体体积后不要立即读数，待稳定后再读数。
类型二 数据处理和误差分析
【典例2】 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。
(1)关于本实验过程的说法正确的是________。
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．活塞和针筒之间的摩擦并不影响压强的测量
D
序号 V/mL p/(×105Pa)
1 18 1.038 0.963
2 16 1.160 0.862
3 14 1.311 0.763
见解析
序号 V/mL p/(×105Pa)
4 12 1.512 0.661
5 10 1.784 0.561
6 8 2.178 0.459
7 6 2.793 0.358
(3)由图像可以求得软管中气体的体积为________mL(保留两位有效数字)。
(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，为减小这一实验误差，请写出一条改进建议：_____________________________________________。
1.1
选用容积较大的
注射器(或测出软管中气体的体积)
[解析] (1)推拉活塞时，动作要慢，使气体温度与环境温度保持一致，A错误；推拉活塞时，手不能握住注射器筒，防止气体温度发生变化，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，C错误；实验使用的是气压传感器，活塞和针筒之间的摩擦并不影响压强的测量，D正确。
(2)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。
类型三 创新实验设计
【典例3】 实验小组同学探究气体压强与体积的关系，设计了如图装置，实验步骤如下：
①将圆柱体密闭容器装水以封闭气体，上方连接压强传感器可测封闭气体压强，左端有出水控制开关；
②不计容器的厚度，以容器下表面为零刻线，通过刻度尺读取容器的高度H和水面所在位置h；
③出水控制开关打开一小段时间后关闭，获取封闭气体压强p和液面所在位置h数据，重复实验步骤获得几组数据；
④将各组数据在坐标纸上描点，绘制图像，得出气体压强与体积的关系。
完成下列填空：
(1)实验中所研究的对象是封闭气体，应保持不变的物理量是_________________。
(2)实验时，为判断气体压强与体积的关系，______(选填“需要”或“不需要”)测出容器的横截面积。
(3)为直观反映压强与体积之间的关系，若以空气柱压强p为纵坐标，则应以________为横坐标在坐标系中描点作图。(用H、h表达)
气体的质量和温度
不需要
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1．用气体压强传感器做“探究气体等温变化的规律”实验，实验装置如图甲所示。
(1)关于该实验下列说法正确的是________。
A．为保证封闭气体的气密性，应在活塞与注射器器壁间涂上润滑油
B．实验中不能用手握住注射器气体部位
C．为避免管内外的热量交换，实验时应快速推拉活塞和读取数据
D．实验中气体的压强和体积都可以通过数据采集器获得
E．活塞与器壁之间的摩擦力不影响实验
ABE
由于胶管内存在气体
连接压力表和注射器内空气柱的胶管中
气体的体积
A B
C D
B
[解析] (1)为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油，以防止漏气，故A正确；不能手握注射器再推拉柱塞，以防止温度升高，故B正确；实验时应缓慢推拉活塞，保持气体温度不变，故C错误；注射器中封闭一定质量的气体，用压强传感器与注射器相连，通过数据采集器和计算机可以测出注射器中封闭气体的压强，体积可以从注射器上的刻度读出，故D错误；实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不会影响气压与体积，故E正确。故选ABE。
2．物理小组的同学们利用图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。实验步骤如下：
①将注射器下端开口处套上橡胶套，和柱塞一起封闭一段空气柱；
②测出空气柱的横截面积，通过刻度尺读取空气柱的长度，可得空气的体积V；
③从与注射器内空气柱相连的压力表读取空气柱的压强p；
④把柱塞迅速地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强，获取空气柱的体积V和压强p的几组数据；
⑤将各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线，得出温度不变时气体压强与体积的关系。完成下列填空：
(1)实验中出现错误的步骤是________(选填步骤前的数字序号)，应该纠正为_____________________________。
(2)纠正了实验中的错误后，重新规范完成实验。用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线如图乙所示，根据绘制的p-V图线，________(选填“能”或“不能”)直观判断空气柱的压强与体积成反比，理由是_______________________________________________________________。
④
把柱塞缓慢地向下压或向上拉
不能
p-V图线是曲线，只能猜想p与V成反比，需要转化为直线进一步检验
[解析] (1)实验中出现错误的步骤是④，为避免温度变化，应该纠正为把柱塞缓慢地向下压或向上拉。
(2)根据绘制的p-V图线，不能直观判断空气柱的压强与体积成反比，理由是p-V图线是曲线，只能猜想p与V成反比，还需要转化为直线进一步检验。
3．(2023·山东卷)利用图甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上，注射器内封闭一定质量的空气，下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘，托盘中放入砝码，待气体状态稳定后，记录气体压强p和体积V(等于注射器示数V0与塑
料管容积ΔV之和)。逐次增加砝码质量，采集多
组数据并作出拟合曲线如图乙所示。
B
2.04×105
增大
