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节第1课时实验：探究气体等温变化的规律课件（35页PPT）

(共35张PPT)
[学习目标]
1.知道描述气体的三个状态参量和气体的等温变化。
2.通过实验探究玻意耳定律。
气体等温变化：一定质量的气体，在温度不变的条件下，其____与____变化时的关系，我们把这种变化叫作气体的等温变化。
[实验目的]
1.知道等温变化的概念，理解一定质量的气体在温度不变的情况下压强与体积的关系。
2.会用表格与图像对实验数据进行处理与分析。
压强
体积
[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。
[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
[物理量的测量]
1.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______，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______读取。
橡胶套
压力表
[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，如图甲所示。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
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p与体积V成____。
反比
题型一　 教材原型实验
[例1]　某实验小组用如图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。
(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.推拉柱塞时，动作要快，以免气体进入或漏出
B.推拉柱塞时，手不可以握住整个注射器
C.柱塞移至某位置时，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)在柱塞上涂上润滑油(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在柱塞上涂上润滑油防止漏气。
(2)若急速推拉柱塞，则有可能破坏等温条件，所以应缓慢推拉柱塞，故A错误；若手握住整个注射器会造成温度变化，故B正确；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。
(2)由画出的图线可得出的结论是_____________________________________________。
V/m3 1.00 0.50 0.40 0.25 0.20
p/(×105 Pa) 1.45 3.10 3.95 5.98 7.70
[例2]　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：
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。
题型二　拓展创新实验
[例3]　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。
答案　(1)B　(2)密封的气体质量不同 (3)压强传感器与注射器之间气体
[例4]　某学习小组用图示装置做“探究气体等温变化的规律”的实验。
(1)若测得注射器的全部刻度长为l，对应的刻度的容积为V，由天平测得注射器的柱塞和钩码框架的总质量为m1，由气压计读出大气压强为p0。当框架两侧对称悬挂钩码总质量为m2时，气体压强为________________。
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5 mL和20 mL 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)(多选)关于该实验，下列说法正确的有________。
A.柱塞上应该涂油 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
答案　(1)5 mL　不需要　(2)AB
解析　(1)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5 mL的注射器；知道横截面积不变，体积关系可用长度关系表示，不必算出体积的大小，就可以找到体积与压强的关系，因此不需要测量空气柱的横截面积。
(2)柱塞上应该涂油，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。
2.某小组探究气体在等温变化时压强随体积变化的规律。实验方案如下：在带刻度的注射器内密封一段掺入酒精蒸气的空气，然后将注射器与气体压强传感器连接管相连接。气体压强p由传感器测量，气体体积V等于注射器读数与连接管的容积(1 cm3)之和。
(1)实验时手不要握注射器筒，且应缓慢推动注射器活塞，其目的是_______________
__________________________________________________________________________。
解析　(1)实验时手不要握注射器筒，且应缓慢推动注射器活塞，其目的是减小传热和做功对气体温度的影响。
(2)描点作图如图所示。
3.某同学用如图所示装置探究气体等温变化的规律。
(1)在实验中，下列操作不必需的是________。
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
4.某同学用图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。在橡胶套和柱塞间封闭着一段空气柱，空气柱的长度L可以从刻度尺读取，由于注射器横截面积各处相同，所以可用空气柱长度L代替空气柱体积，空气柱的压强p可以从与空气柱相连的压力表读取。改变并记录空气柱的长度及对应的压强。
答案　(1)AC　(2)丙　(3)B
5.为了便于研究一定质量气体在温度不变时气体压强与体积的关系，某兴趣小组同学借助如图所示DIS实验软件系统进行实验，主要步骤如下：
①将压强传感器接入数据采集器；
②将注射器体积调整为18 mL，并接入压强传感器；
③打开电脑上“专用软件”，待数据稳定后开始记录气体体积为18 mL时的压强值；
④减小注射器内气体体积，重复②③操作，每隔1 mL记录一次数据，得到如下表实验数据。
次序 1 2 3 4 5
压强p/kPa 104.0 112.7 117.9 125.3 132.9
体积V/cm3 18 17 16 15 14
体积的倒
数/cm-3 0.056 0.059 0.063 0.067 0.071
pV 乘积 1 872.0 1 915.9 1 886.4 1 879.5 1 860.6
回答下列问题：
(1)根据表中实验数据，以p 为纵坐标进行拟合，发现是一条不过原点的直线，应该选择表中________为横坐标。
(2)将体积V一栏每次的体积加上ΔV＝1 mL 再重新拟合，发现拟合后的直线过原点，则每次加上的ΔV 主要为________________的体积(漏气的体积远小于ΔV )。
(3)实验小组同学发现将体积V 一栏每次的体积加上ΔV 前后，pV 乘积一栏均依次增加，可能原因为_______________________________________________________________
________________________________________________________________________。