人教版高中物理选择性必修第三册第二章气体、固体和液体第2节气体的等温变化（第1课时）课件（30页PPT）

(共30张PPT)
第二章　气体、固体和液体
第2节　气体的等温变化（第1课时）
学习任务一　实验：探究气体等温变化的规律
1. 等温变化： 的气体，在 的条件下，其压强与体 积变化时的关系叫作气体的等温变化。
2. 实验目的：探究一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变 化时的关系。
3. 研究对象（系统）：注射器内被封闭的 。
一定质量　
温度不变　
空气柱　
4. 实验思路：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。
5. 实验器材：带铁夹的铁架台、 、柱塞（与压力表密封连接）、 压力表、 、刻度尺。
质量　
温度　
注射器　
橡胶套　
6. 物理量的测量
（1）密封气体：用橡胶套在玻璃管中密封一定质量的气体（气体的体积大 约是玻璃管容积的一半）。
（2）安装固定：将压力表和玻璃管按如图方式固定在铁架台上。
（3）记录压强p和测量体积V
①空气柱的压强p可以从仪器上方的指针读出；
②空气柱的长度l可以从玻璃管两侧的刻度尺上读出，
空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V；
次数 1 2 3 4 5 6
压强（p）
空气柱长度（l）
体积（V）
③用手把柱塞向下压或向上拉，读出体积与压强的几组数据填入表格。
7. 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，如图所示。观察p-V图像的特点看能否得出p、V的 定量关系。
正比　
反比　
8. 实验注意事项
（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玻璃管，以防止玻璃管从手上吸 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。
【典例1】　在利用特制的注射器做“探究气体等温变化的规律”实验中， 某小组同学通过压力连杆上拉或下压柱塞得到了如表四组实验数据。如图甲 是压力表记录第2组数据时的状态。通过记录对应的四个封闭气柱的长度L （单位：cm）算出体积，已知封闭气柱的横截面积S＝2 cm2，且V＝LS，若 测第3组数据时，读出空气柱的长度为2.0 cm。
次数 1 2 3 4
压强p/（×105 Pa） 0.8 1.6 1.9
体积V/cm3 8 6.4 3.4
0.125 0.156 0.294
1.0
4.0
0.250
（1）完善表格。
见解析图
在温度不变的情况下，压强
p与体积V成反比　
【典例2】　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的关系。
（1）实验中应保持不变的状态参量是 。
气体温度　
解析：（1）实验研究的对象是注射器内密闭的气体，实验中应保持不变的 状态参量是气体温度。
（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
BD　
解析：（2）推拉活塞时，动作要慢，使气体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，防止手向其传热，从而保证气体
的温度不变，故B正确；探究的是一部分封闭气体在温度不变的情况下压
强和体积的关系，故本实验只要保证封闭气体的质量不变即可，无需测量
封闭气体的质量，故C错误；活塞与针筒之间涂上润滑油，可以防止漏
气，保证气体质量一定，故D正确。
学习任务二　玻意耳定律
3. 适用条件：（1）气体质量不变、 不变；（2）气体温度不太低、 压强不太大。
反
比　
p2V2　
温度　
在一个恒温池中，一串串气泡由池底慢慢升到水面，有趣的是气泡在上升过 程中，体积逐渐变大，到水面时就会破裂。
【问题】
（1）上升过程中，气泡内气体的温度发生改变吗？
（1）因为在恒温池中，所以气泡内气体的温度保持不变。
（2）上升过程中，气泡内气体的压强怎么改变？
（2）变小。
（3）气泡在上升过程中体积为何会变大？
A. 体积不变，压强变小 B. 体积变小，压强变大
C. 体积不变，压强变大 D. 体积变小，压强变小
B
解析：由于气体温度不变，属于等温变化，水位升高，封闭气体的体积减 小，根据玻意耳定律pV＝C，可知压强增大，故B正确。
B
A. 压强变大，体积变大 B. 压强变大，体积变小
C. 压强变小，体积变大 D. 压强变小，体积变小
解析：设活塞和沙漏的总质量为m，则对活塞分析可知pS＋mg＝p0S，则当m 减小时，p增大；根据玻意耳定律pV＝C可知，体积减小，故选B。
A. 实验过程中应保持被封闭气体的质量和温度不发生变化
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. 为了减小实验误差，可以在柱塞上涂润滑油，以减小摩擦
AD
A. 注射器必须水平放置
B. 推拉活塞时，动作要快，以免气体进入或漏出
C. 活塞移至某位置时，应等状态稳定后再记录数据
D. 实验中气体的压强和体积都可以通过数据采集器获得
C
解析：实验时注射器如何放置对实验结果没有影响，故A错误；推拉活塞 时，动作要慢，使气体的温度与环境保持一致，故B错误；活塞移至某位置 时，应等状态稳定后再记录数据，故C正确；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。
B. 2 L D. 3 L
解析：设气体的原体积为V1，根据玻意耳定律p1V1＝p2V2，其中p1＝3 atm， p2＝1 atm，V2＝V1＋4 L，解得V1＝2 L。故选B。
B
4. 使用如图所示装置做“探究气体压强与体积的关系”的实验，压力表通过 柱塞内的细管与空气柱相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。
序号 V/mL p/（×105 Pa） pV/（×105 Pa·mL）
1 3.85 1.0 3.85
2 3.17 1.2 3.81
3 2.70 1.4 3.78
4 2.25 1.6 3.60
5 1.95 1.8 3.51
（1）使用控制变量法，实验中必须保持不变的状态参量是 （选填 “温度”“体积”或“压强”）。
解析：（1）该实验为“探究气体压强与体积的关系”的实验，使用控制变 量法，实验中必须保持不变的状态参量是温度。
温度　
（2）某同学在实验中，测得的实验数据如表中所示，仔细观察“pV”一栏 中的数值，发现越来越小，造成这一现象的主要原因是 。
A. 实验时外界大气压强降低
B. 实验时装置内的气体向外发生了泄漏
C. 实验时装置内柱塞与筒壁间的摩擦力越来越大
解析：（2）封闭气体的压强与外界大气压无关，故A错误；实验时装置内的 气体向外发生了泄漏，则pV的乘积将减小，故B正确；实验时装置内柱塞与 筒壁间的摩擦力越来越大并不会影响气体的压强和体积，故C错误。
B　
（3）实验过程中，下列操作正确的是 。
A. 为方便推拉柱塞，应用手握住装置外壁再推拉柱塞
B. 为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与装置内壁间涂上油脂
C. 装置旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，可以不标注具体数值
D. 连接压力表和装置内空气柱的细管中的气体体积对实验没有影响
BC　
解析：（3）若用手握住装置外壁再推拉柱塞，则会因人体与装置内气体发 生传热而改变气体的温度，因此不能用手握住装置外壁再推拉柱塞，故A错 误；为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与装置内壁间涂上油脂，故B正 确；由于注射器横截面积一定，初、末状态的体积之比就等于空气柱的长度 之比，因此装置旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，可以不标注具体数值， 对实验的可靠度不会产生影响，故C正确；设细管中气体的体积为ΔV，则随 着压强的变化，细管中气体的密度将发生改变，当压强越大时，细管中进入 的气体的质量就越大，从而造成气体的质量发生改变，因此会对实验结果产 生影响，故D错误。