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实验：探究气体等温变化的规律
年 级：高二年级 学 科：物理（教科版）
气体状态变化
还需关注质量 m ！
几何参量：体积V
热学参量：温度T
力学参量：压强p
描述气体状态的物理量
扭转瓶身后，旋开瓶盖，瓶盖被发射出去
情境
思考
发射前，瓶内气体的体积、压强、温度、质量四个量，哪些发生了变化，哪些未发生变化
质量和温度几乎不变，压强和体积发生了变化
判一判
气体的等温变化
定义：一定质量的某种气体，如果在状态变化时，其温度保持不变，这种变化叫作等温变化。
等温变化过程中压强与体积有何具体关系？
问题
结合空气炮的例子猜一猜等温变化过程中压强与体积的关系
猜想
猜想1：一定质量的气体在温度不变时，体积减小，压强增加，两者成反比关系。
猜想2：一定质量的气体在温度不变时，体积和压强变化趋势相反，但两者不一定是反比的关系，有可能是平方反比或者更其他次数幂的反比关系。
定性
定量
探究等温变化中压强与体积的关系
实验目的
1.设计实验
2.收集数据
3.分析数据
4.实验结论
探究等温变化中压强与体积的关系
寻找证据！
怎么测量气体的压强和体积？
问题1
探究等温变化中压强与体积的关系
改变气体体积还是改变压强？怎么改变？
问题2
如何保证气体质量和温度不变？
问题3
测量的p与V数据怎么分析？
问题4
设计实验
怎么测量气体的压强和体积？
问题1
利用压强计或者压强传感器测量压强，体积可以通过容器活塞的刻度显示
探究等温变化中压强与体积的关系
实验改变气体压强还是改变体积？怎么改变？
问题2
改变气体体积更容易，可以通过上下拉动活塞来改变气体体积。
测量的p与V数据怎么分析？
问题4
探究等温变化中压强与体积的关系
可以用图像分析，p与V的变化趋势相反，p-V图像看不出具体的反比次数。可以考虑 图像，通过此图像形状，能够得到p、V之间的具体关系。
如何控制气体质量和温度不变？
问题3
将一定的气体封闭在密闭容器内可以保持质量不变；装置置于常温的环境下并在改变体积时缓慢拉动活塞就可控制温度几乎不变。
探究等温变化中压强与体积的关系
实验方案1：气体定律演示器
压强计
管塞
体积标尺
活塞
固定架
定容机构
接头
探究等温变化中压强与体积的关系
实验次数 V（单位体积） （单位体积分之一） P（105 Pa）
1 2.00 0.500 1.00
2 1.75 0.571 1.15
3 1.50 0.667 1.24
4 2.25 0.444 0.91
5 2.50 0.400 0.85
初步结论：一定质量的某种气体，在温度保持不变的情况下，压强p与体积V成反比。
实验方案2
探究等温变化中压强与体积的关系
3.数据收集器
2.压强传感器
1.注射器
4.计算机
探究等温变化中压强与体积的关系
你认为图像是否应该过原点？如果应该，为什么又没有过原点？
问题
应该过原点，实验存在部分系统误差和偶然误差。
探究等温变化中压强与体积的关系
未计算注射器与传感器连接处胶管内气体体积！
探究等温变化中压强与体积的关系
修正体积
L=3.10cm
L=3.10cm
d=0.402cm
d=0.402cm
探究等温变化中压强与体积的关系
修正体积
L=3.10cm
d=0.402cm
结论：一定质量的某种气体，在温度保持不变的情况下，压强p与体积V成反比。
L=3.10cm
d=0.402cm
气体的等温变化
规律：一定质量的某种气体，在温度保持不变的情况下，压强p与体积V成反比。
表达式： 常量或
1662年玻意耳最早发现！
气体的等温变化
玻意耳
空气
挤压一定的空气，压强与体积成反比
气体的等温变化
规律：一定质量的某种气体，在温度保持不变的情况下，压强p与体积V成反比。
表达式： 常量或
1662年玻意耳最早发现！
玻意耳定律
解释“空气炮”
为什么瓶盖能被发射出去那么远？瓶内的气体发生了怎样的变化？
问题
扭转瓶身后气体体积减小，质量和温度几乎不变
玻意耳定律
气体压强增加，大于大气压强
拧开瓶盖一瞬间，瓶盖因受到瓶内较大压强被挤压发射出去。
空气炮
学以致用
人们常常用充气泵为鱼缸内的水补充氧气。图为充气泵气室的工作原理图。设大气压强为p0，气室内气体的压强为p，气室通过阀门K1、K2与空气导管相连接。则下列说法正确的是( )
A.向上拉橡皮膜时，P>P0，K1关闭，K2开通
B.向上拉橡皮膜时，PC.向下压橡皮膜时，P>P0，K1关闭，K2开通
D.向下压橡皮膜时，P学以致用
初始状态
上拉橡皮膜，气体质量和温度不变，是等温变化
根据玻意耳定律可知，压强会减小，即 ：p < p0
上拉橡皮膜
气体压强与大气压强平衡， 即 p=p0
气体体积增大
故外部压强更大，应是K1阀门打开
学以致用
初始状态
下拉橡皮膜，气体质量和温度不变，是等温变化
根据玻意耳定律可知，压强会增大，即 ：p > p0
下拉橡皮膜
气体压强与大气压强平衡， 即 p=p0
气体体积减小
故内部压强更大，应是K2阀门打开
学以致用
人们常常用充气泵为鱼缸内的水补充氧气。图为充气泵气室的工作原理图。设大气压强为p0，气室内气体的压强为p，气室通过阀门K1、K2与空气导管相连接。则下列说法正确的是( )
A.向上拉橡皮膜时，P>P0，K1关闭，K2开通
B.向上拉橡皮膜时，PC.向下压橡皮膜时，P>P0，K1关闭，K2开通
D.向下压橡皮膜时，PBD
总结
等温变化
气体定律演示器
空气炮
传感器
玻意耳定律： 常量或
课后思考
如果是气体体积或者压强不变，又是怎么样的规律？你能否找到生活中这样的例子？
问题

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