資源簡介

2．氣體的等溫變化
第1課時　實驗：探究氣體等溫變化的規律
[實驗目標]　1．學會通過實驗的方法研究問題，探究物理規律。2．學習用表格與圖像對實驗數據進行處理與分析，得出實驗結論。3．體驗科學探究過程，培養學生嚴謹的科學態度與實事求是的科學精神。
類型一　實驗原理與操作
【典例1】　如圖所示，用氣體壓強傳感器探究氣體等溫變化的規律，操作步驟如下：
①在注射器內用活塞封閉一定質量的氣體，將注射器、壓強傳感器、數據采集器和計算機逐次連接起來；
②緩慢移動活塞至某位置，待示數穩定后記錄此時注射器內封閉氣體的體積V1和由計算機顯示的氣體壓強值p1；
③重復上述步驟②，多次測量并記錄；
④根據記錄的數據，作出相應圖像，分析得出結論。
(1)在本實驗操作的過程中，需要保持不變的量是氣體的________和________。
(2)為了保持封閉氣體的溫度不變，實驗中采取的主要措施是________。
(3)實驗過程中，下列說法正確的________。
A．推拉活塞時，動作要快，以免氣體進入或漏出
B．推拉活塞時，手不可以握住注射器氣體部分
C．活塞移至某位置時，應迅速記錄此時注射器內氣柱的長度和壓力表的壓強值
[解析]　(1)在本實驗操作的過程中，需要保持不變的量是氣體的質量和溫度。
(2)為了保持封閉氣體的溫度不變，實驗中采取的主要措施是：要緩慢移動活塞，或者不能用手握住注射器等。
(3)推拉活塞時動作過快，會使氣體的溫度升高，選項A錯誤；推拉活塞時，手不可以握住注射器氣體部分，以保證氣體的溫度不變，選項B正確；活塞移至某位置時，要等穩定后記錄此時注射器內氣柱的長度和壓力表的壓強值，選項C錯誤。故選B。
[答案]　(1)質量　溫度　(2)要緩慢移動活塞(或者不能用手握住注射器等)　(3)B
　(1)保證氣體質量不變的方法：針筒要密封，為此可于實驗前在柱塞上涂好潤滑油，防止漏氣。
(2)保證氣體溫度不變的方法：
①改變氣體體積時，要緩慢進行。
②實驗操作時不要用手觸摸注射器的空氣柱部分。
③改變氣體體積后不要立即讀數，待穩定后再讀數。
類型二　數據處理和誤差分析
【典例2】　某同學用DIS研究溫度不變時一定質量的氣體壓強與體積的關系，實驗裝置如圖所示，實驗中通過注射器示數讀出氣體體積V，用氣壓傳感器記錄氣體壓強p。
(1)關于本實驗過程的說法正確的是________。
A．推拉活塞時，為了讀數準確，動作要快
B．推拉活塞時，為了穩定，手要握住注射器筒
C．氣壓傳感器與注射器之間的軟管脫落后，應立即重新接上，繼續實驗并記錄數據
D．活塞和針筒之間的摩擦并不影響壓強的測量
(2)某同學在做實驗時，按實驗要求組裝好實驗裝置，然后按實驗要求推動活塞，使注射器內空氣體積發生變化，實驗數據如下表所示，請在圖中作出V與的關系圖像。
序號 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)由圖像可以求得軟管中氣體的體積為________mL(保留兩位有效數字)。
(4)由于在實驗中未考慮軟管中氣體的體積，實驗結果有一定的誤差，為減小這一實驗誤差，請寫出一條改進建議：________________。
[解析]　(1)推拉活塞時，動作要慢，使氣體溫度與環境溫度保持一致，A錯誤；推拉活塞時，手不能握住注射器筒，防止氣體溫度發生變化，B錯誤；氣壓傳感器與注射器之間的軟管脫落后，氣體質量變化，需重新實驗，C錯誤；實驗使用的是氣壓傳感器，活塞和針筒之間的摩擦并不影響壓強的測量，D正確。
(2)將表格中的數據在坐標軸中描出來，然后用直線連接起來，連線的時候，使盡可能多的點分布在直線上，不在直線上的點均勻分布在直線兩側，圖像如圖所示。
(3)設軟管中氣體的體積為V0，由圖像可知體積的讀數值比實際值小V0，根據p(V＋V0)＝C(C為定值)，有V＝－V0，則圖像的斜率為k＝C＝ mL·Pa≈19.8 mL·Pa，由表格數據可得6 mL＝0.358×19.8 mL－V0，解得V0≈1.1 mL。
(4)由于在實驗中未考慮軟管中氣體的體積，實驗結果有一定的誤差，為減小這一實驗誤差，可以選用容積較大的注射器，從而減小軟管中氣體的體積比例，或者測出軟管中氣體的體積。
[答案]　(1)D　(2)見解析　(3)1.1　(4)選用容積較大的注射器(或測出軟管中氣體的體積)
類型三　創新實驗設計
【典例3】　實驗小組同學探究氣體壓強與體積的關系，設計了如圖裝置，實驗步驟如下：
①將圓柱體密閉容器裝水以封閉氣體，上方連接壓強傳感器可測封閉氣體壓強，左端有出水控制開關；
②不計容器的厚度，以容器下表面為零刻線，通過刻度尺讀取容器的高度H和水面所在位置h；
③出水控制開關打開一小段時間后關閉，獲取封閉氣體壓強p和液面所在位置h數據，重復實驗步驟獲得幾組數據；
④將各組數據在坐標紙上描點，繪制圖像，得出氣體壓強與體積的關系。
完成下列填空：
(1)實驗中所研究的對象是封閉氣體，應保持不變的物理量是________。
(2)實驗時，為判斷氣體壓強與體積的關系，______(選填“需要”或“不需要”)測出容器的橫截面積。
(3)為直觀反映壓強與體積之間的關系，若以空氣柱壓強p為縱坐標，則應以________為橫坐標在坐標系中描點作圖。(用H、h表達)
[解析]　(1)實驗中所研究的對象是封閉氣體，應保持不變的物理量是氣體的質量和溫度。
(2)根據
p1h1S＝p2h2S
則實驗時，為判斷氣體壓強與體積的關系，不需要測出容器的橫截面積。
(3)要驗證的關系為pV＝C
即p(H－h)S＝C
則p＝·
則為直觀反映壓強與體積之間的關系，若以空氣柱壓強p為縱坐標，則應以為橫坐標在坐標系中描點作圖。
[答案]　(1)氣體的質量和溫度　(2)不需要　(3)
1．用氣體壓強傳感器做“探究氣體等溫變化的規律”實驗，實驗裝置如圖甲所示。
(1)關于該實驗下列說法正確的是________。
A．為保證封閉氣體的氣密性，應在活塞與注射器器壁間涂上潤滑油
B．實驗中不能用手握住注射器氣體部位
C．為避免管內外的熱量交換，實驗時應快速推拉活塞和讀取數據
D．實驗中氣體的壓強和體積都可以通過數據采集器獲得
E．活塞與器壁之間的摩擦力不影響實驗
(2)A組同學在操作規范、不漏氣的前提下，測得多組壓強p和體積V的數據并作出V-圖線，發現圖線不通過坐標原點，如圖丙所示。則
①造成這一結果的原因是________________；
②圖中V0代表的物理含義是________________。
(3)若A組同學利用所得實驗數據作出的p-圖線，應該是________________________。
A　　　　　　　B
C　　　　　　　D
[解析]　(1)為保證封閉氣體的氣密性，應在柱塞與注射器壁間涂上潤滑油，以防止漏氣，故A正確；不能手握注射器再推拉柱塞，以防止溫度升高，故B正確；實驗時應緩慢推拉活塞，保持氣體溫度不變，故C錯誤；注射器中封閉一定質量的氣體，用壓強傳感器與注射器相連，通過數據采集器和計算機可以測出注射器中封閉氣體的壓強，體積可以從注射器上的刻度讀出，故D錯誤；實驗時注射器活塞與筒壁間的摩擦力不會影響氣壓與體積，故E正確。故選ABE。
(2)①根據p(V＋V0)＝C
變形得V＝－V0
造成圖線不過原點的原因是由于膠管內存在氣體；
②圖中V0代表的物理含義是連接壓力表和注射器內空氣柱的膠管中氣體的體積。
(3)根據
p＝
根據數學知識可知圖像B符合題意，故選B。
[答案]　(1)ABE　(2)①由于膠管內存在氣體
②連接壓力表和注射器內空氣柱的膠管中氣體的體積　(3)B
2．物理小組的同學們利用圖甲所示的裝置探究氣體等溫變化的規律。實驗步驟如下：
①將注射器下端開口處套上橡膠套，和柱塞一起封閉一段空氣柱；
②測出空氣柱的橫截面積，通過刻度尺讀取空氣柱的長度，可得空氣的體積V；
③從與注射器內空氣柱相連的壓力表讀取空氣柱的壓強p；
④把柱塞迅速地向下壓或向上拉，讀取空氣柱的長度與壓強，獲取空氣柱的體積V和壓強p的幾組數據；
⑤將各組數據在坐標紙上描點，繪制曲線，得出溫度不變時氣體壓強與體積的關系。完成下列填空：
(1)實驗中出現錯誤的步驟是________(選填步驟前的數字序號)，應該糾正為________。
(2)糾正了實驗中的錯誤后，重新規范完成實驗。用采集的各組數據在坐標紙上描點，繪制曲線如圖乙所示，根據繪制的p-V圖線，________(選填“能”或“不能”)直觀判斷空氣柱的壓強與體積成反比，理由是________________。
[解析]　(1)實驗中出現錯誤的步驟是④，為避免溫度變化，應該糾正為把柱塞緩慢地向下壓或向上拉。
(2)根據繪制的p-V圖線，不能直觀判斷空氣柱的壓強與體積成反比，理由是p-V圖線是曲線，只能猜想p與V成反比，還需要轉化為直線進一步檢驗。
[答案]　(1)④　把柱塞緩慢地向下壓或向上拉　(2)不能　p-V圖線是曲線，只能猜想p與V成反比，需要轉化為直線進一步檢驗
3．(2023·山東卷)利用圖甲所示實驗裝置可探究等溫條件下氣體壓強與體積的關系。將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺上，注射器內封閉一定質量的空氣，下端通過塑料管與壓強傳感器相連。活塞上端固定一托盤，托盤中放入砝碼，待氣體狀態穩定后，記錄氣體壓強p和體積V(等于注射器示數V0與塑料管容積ΔV之和)。逐次增加砝碼質量，采集多組數據并作出擬合曲線如圖乙所示。
回答以下問題：
(1)在實驗誤差允許范圍內，圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線，說明在等溫情況下，一定質量的氣體________。
A．p與V成正比　　B．p與成正比
(2)若氣體被壓縮到V＝10.0 mL，由圖乙可讀出封閉氣體壓強為________Pa(保留三位有效數字)。
(3)某組同學進行實驗時，一同學在記錄數據時漏掉了ΔV，則在計算pV乘積時，他的計算結果與同組正確記錄數據同學的計算結果之差的絕對值會隨p的增大而________(選填“增大”或“減小”)。
[解析]　(1)題圖乙為一條過原點的傾斜直線，說明一定質量的氣體在溫度不變的條件下壓強與體積的倒數成正比，B正確。
(2)氣體體積V＝10.0 mL時，＝，由題圖乙直接讀出該狀態下的壓強p＝2.04×105 Pa。
(3)正確記錄數據時p、V的乘積為p(V0＋ΔV)，漏掉ΔV時，該乘積為pV0，則計算結果之差的絕對值為p·ΔV，由于ΔV為定值，所以壓強p越大，計算結果之差的絕對值越大。
[答案]　(1)B　(2)2.04×105　(3)增大(共33張PPT)
第1課時　實驗：探究氣體等溫變化的規律
第二章　氣體、固體和液體
2．氣體的等溫變化
[實驗目標]　
1．學會通過實驗的方法研究問題，探究物理規律。
2．學習用表格與圖像對實驗數據進行處理與分析，得出實驗結論。
3．體驗科學探究過程，培養學生嚴謹的科學態度與實事求是的科學精神。
必備知識·自主預習儲備
探究重構·關鍵能力達成
類型一　實驗原理與操作
【典例1】　如圖所示，用氣體壓強傳感器探究氣體等溫變化的規律，操作步驟如下：
①在注射器內用活塞封閉一定質量的氣體，將注射器、壓強傳感器、數據采集器和計算機逐次連接起來；
②緩慢移動活塞至某位置，待示數穩定后記錄此時注射器內封閉氣體的體積V1和由計算機顯示的氣體壓強值p1；
③重復上述步驟②，多次測量并記錄；
④根據記錄的數據，作出相應圖像，分析得出結論。
(1)在本實驗操作的過程中，需要保持不變的量是氣體的________和________。
質量
溫度
(2)為了保持封閉氣體的溫度不變，實驗中采取的主要措施是___________________________________________。
(3)實驗過程中，下列說法正確的________。
A．推拉活塞時，動作要快，以免氣體進入或漏出
B．推拉活塞時，手不可以握住注射器氣體部分
C．活塞移至某位置時，應迅速記錄此時注射器內氣柱的長度和壓力表的壓強值
要緩慢移動活塞(或者不能用手握住注射器等)
B
[解析]　(1)在本實驗操作的過程中，需要保持不變的量是氣體的質量和溫度。
(2)為了保持封閉氣體的溫度不變，實驗中采取的主要措施是：要緩慢移動活塞，或者不能用手握住注射器等。
(3)推拉活塞時動作過快，會使氣體的溫度升高，選項A錯誤；推拉活塞時，手不可以握住注射器氣體部分，以保證氣體的溫度不變，選項B正確；活塞移至某位置時，要等穩定后記錄此時注射器內氣柱的長度和壓力表的壓強值，選項C錯誤。故選B。
規律方法　(1)保證氣體質量不變的方法：針筒要密封，為此可于實驗前在柱塞上涂好潤滑油，防止漏氣。
(2)保證氣體溫度不變的方法：
①改變氣體體積時，要緩慢進行。
②實驗操作時不要用手觸摸注射器的空氣柱部分。
③改變氣體體積后不要立即讀數，待穩定后再讀數。
類型二　數據處理和誤差分析
【典例2】　某同學用DIS研究溫度不變時一定質量的氣體壓強與體積的關系，實驗裝置如圖所示，實驗中通過注射器示數讀出氣體體積V，用氣壓傳感器記錄氣體壓強p。
(1)關于本實驗過程的說法正確的是________。
A．推拉活塞時，為了讀數準確，動作要快
B．推拉活塞時，為了穩定，手要握住注射器筒
C．氣壓傳感器與注射器之間的軟管脫落后，應立即重新接上，繼續實驗并記錄數據
D．活塞和針筒之間的摩擦并不影響壓強的測量
D　
序號 V/mL p/(×105Pa)
1 18 1.038 0.963
2 16 1.160 0.862
3 14 1.311 0.763
見解析
序號 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)由圖像可以求得軟管中氣體的體積為________mL(保留兩位有效數字)。
(4)由于在實驗中未考慮軟管中氣體的體積，實驗結果有一定的誤差，為減小這一實驗誤差，請寫出一條改進建議：_____________________________________________。
1.1　
選用容積較大的
注射器(或測出軟管中氣體的體積)
[解析]　(1)推拉活塞時，動作要慢，使氣體溫度與環境溫度保持一致，A錯誤；推拉活塞時，手不能握住注射器筒，防止氣體溫度發生變化，B錯誤；氣壓傳感器與注射器之間的軟管脫落后，氣體質量變化，需重新實驗，C錯誤；實驗使用的是氣壓傳感器，活塞和針筒之間的摩擦并不影響壓強的測量，D正確。
(2)將表格中的數據在坐標軸中描出來，然后用直線連接起來，連線的時候，使盡可能多的點分布在直線上，不在直線上的點均勻分布在直線兩側，圖像如圖所示。
類型三　創新實驗設計
【典例3】　實驗小組同學探究氣體壓強與體積的關系，設計了如圖裝置，實驗步驟如下：
①將圓柱體密閉容器裝水以封閉氣體，上方連接壓強傳感器可測封閉氣體壓強，左端有出水控制開關；
②不計容器的厚度，以容器下表面為零刻線，通過刻度尺讀取容器的高度H和水面所在位置h；
③出水控制開關打開一小段時間后關閉，獲取封閉氣體壓強p和液面所在位置h數據，重復實驗步驟獲得幾組數據；
④將各組數據在坐標紙上描點，繪制圖像，得出氣體壓強與體積的關系。
完成下列填空：
(1)實驗中所研究的對象是封閉氣體，應保持不變的物理量是_________________。
(2)實驗時，為判斷氣體壓強與體積的關系，______(選填“需要”或“不需要”)測出容器的橫截面積。
(3)為直觀反映壓強與體積之間的關系，若以空氣柱壓強p為縱坐標，則應以________為橫坐標在坐標系中描點作圖。(用H、h表達)
氣體的質量和溫度
不需要

應用遷移·隨堂評估自測
1．用氣體壓強傳感器做“探究氣體等溫變化的規律”實驗，實驗裝置如圖甲所示。
(1)關于該實驗下列說法正確的是________。
A．為保證封閉氣體的氣密性，應在活塞與注射器器壁間涂上潤滑油
B．實驗中不能用手握住注射器氣體部位
C．為避免管內外的熱量交換，實驗時應快速推拉活塞和讀取數據
D．實驗中氣體的壓強和體積都可以通過數據采集器獲得
E．活塞與器壁之間的摩擦力不影響實驗
ABE　
由于膠管內存在氣體
連接壓力表和注射器內空氣柱的膠管中
氣體的體積
A　　　　　　　B
C　　　　　　　D
B
[解析]　(1)為保證封閉氣體的氣密性，應在柱塞與注射器壁間涂上潤滑油，以防止漏氣，故A正確；不能手握注射器再推拉柱塞，以防止溫度升高，故B正確；實驗時應緩慢推拉活塞，保持氣體溫度不變，故C錯誤；注射器中封閉一定質量的氣體，用壓強傳感器與注射器相連，通過數據采集器和計算機可以測出注射器中封閉氣體的壓強，體積可以從注射器上的刻度讀出，故D錯誤；實驗時注射器活塞與筒壁間的摩擦力不會影響氣壓與體積，故E正確。故選ABE。
2．物理小組的同學們利用圖甲所示的裝置探究氣體等溫變化的規律。實驗步驟如下：
①將注射器下端開口處套上橡膠套，和柱塞一起封閉一段空氣柱；
②測出空氣柱的橫截面積，通過刻度尺讀取空氣柱的長度，可得空氣的體積V；
③從與注射器內空氣柱相連的壓力表讀取空氣柱的壓強p；
④把柱塞迅速地向下壓或向上拉，讀取空氣柱的長度與壓強，獲取空氣柱的體積V和壓強p的幾組數據；
⑤將各組數據在坐標紙上描點，繪制曲線，得出溫度不變時氣體壓強與體積的關系。完成下列填空：
(1)實驗中出現錯誤的步驟是________(選填步驟前的數字序號)，應該糾正為_____________________________。
(2)糾正了實驗中的錯誤后，重新規范完成實驗。用采集的各組數據在坐標紙上描點，繪制曲線如圖乙所示，根據繪制的p-V圖線，________(選填“能”或“不能”)直觀判斷空氣柱的壓強與體積成反比，理由是_______________________________________________________________。
④　
把柱塞緩慢地向下壓或向上拉
不能
p-V圖線是曲線，只能猜想p與V成反比，需要轉化為直線進一步檢驗
[解析]　(1)實驗中出現錯誤的步驟是④，為避免溫度變化，應該糾正為把柱塞緩慢地向下壓或向上拉。
(2)根據繪制的p-V圖線，不能直觀判斷空氣柱的壓強與體積成反比，理由是p-V圖線是曲線，只能猜想p與V成反比，還需要轉化為直線進一步檢驗。
3．(2023·山東卷)利用圖甲所示實驗裝置可探究等溫條件下氣體壓強與體積的關系。將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺上，注射器內封閉一定質量的空氣，下端通過塑料管與壓強傳感器相連。活塞上端固定一托盤，托盤中放入砝碼，待氣體狀態穩定后，記錄氣體壓強p和體積V(等于注射器示數V0與塑
料管容積ΔV之和)。逐次增加砝碼質量，采集多
組數據并作出擬合曲線如圖乙所示。
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