资源简介

(共52张PPT)
2　气体的等温变化
课时1　实验:探究气体等温变化的规律
素养·目标定位
目标素养
1.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.学会通过实验的方法研究问题、探究物理规律,学习用电子表格与图像对实验数据进行处理与分析,体验科学探究过程
3.理解气体等温变化的p-V图像、p- 图像的物理意义
4.学会用玻意耳定律计算有关的问题
知识概览
实验探究·方案梳理
实验目的
一定质量的气体,探究在温度不变的条件下,气体压强与体积的变化关系。
实验原理
在保证密闭注射器中气体的质量和温度不变的条件下,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,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、注射器、柱塞(与压力表密封连接)、压力表、橡胶套、刻度尺。
实验步骤
1.把注射器竖直固定在铁架台上,把柱塞(与压力表密封连接)插入注射器内,另一端用橡胶套封住,如图所示。
2.注射器两端有柱塞和橡胶套,管内密封一段空气柱,这段空气柱就是我们的研究对象。在实验过程中,我们可以近似认为空气柱的质量和温度不变。
3.用手把柱塞缓慢向下压,选取几个位置,同时读出刻度尺读数与压强,记录数据。
4.用手把柱塞缓慢向上拉,选取几个位置,同时读出刻度尺读数与压强,记录数据。在该实验中,我们可以直接用刻度尺读数作为空气柱体积,不需要测量空气柱的横截面积。
数据处理
1.设计表格记录数据。
3.实验结论:一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,其压强与体积的倒数成正比。
误差分析
1.注射器有漏气现象。
2.实验过程中因手接触到空气柱使气体温度升高。
3.柱塞移动速度快使得空气柱温度发生变化。
注意事项
1.改变气体体积时,要缓慢进行,等压力表示数稳定后再读出气体压强,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圆筒,以防止圆筒从手上吸收热量,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.本实验中,由于气体体积与长度成正比,因此研究气体体积与压强的关系时,不用测量空气柱的横截面积。
5.本实验测量体积时误差主要出现在长度的测量上,由于柱塞不能与刻度尺非常靠近,故读数时视线一定要与柱塞底面相平。
6.在等温过程中,气体的压强和体积的关系在p-V图像中呈现为类似于双曲线的图像。处理实验数据时,要通过变换,即画出p- 图像,把双曲线变为直线,说明p和V成反比,这是科学研究中常用的数据处理的方法。
实验热点·探究突破
典型例题
【例1】 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,下列操作不必要的是　 。
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压强
D.读取刻度尺上显示的空气柱长度
热点1 实验原理与操作
(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
解析:(1)为了保证气密性,应用橡胶套密封注射器的下端,选项A必需;由于注射器的直径均匀恒定,根据V=lS可知体积和空气柱长度成正比,所以只需读取刻度尺上显示的空气柱长度,无须测量直径,选项B不必需,D必需;为了得知气压的变化情况,需要读取压力表上显示的压强,选项C必需。
(2)手温会影响气体的温度,且实验过程中若气体压缩太快,温度升高后热量不能快速释放,气体温度会升高,所以这样做的目的是保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变。
热点2 数据处理与误差分析
典型例题
【例2】 某实验小组用如图甲所示实验装置来探究一定质量的气体发生等温变化所遵循的规律。
甲
乙
丙
(1)实验时,为判断气体压强与体积的关系,　　　　　(选填“需要”或“不需要”)测出空气柱的横截面积。
(2)实验中空气柱体积变化缓慢,可认为　　　　保持不变。为了直观地判断压强p与体积V的数量关系,应作出
　　　　(选填“p-V”或“p- ”)图像。
(3)他们进行了两次实验,得到的p-V图像如图乙所示,由图乙可知两次实验气体的温度大小关系为T1　　　(选填“<”“=”或“>”)T2。
(4)另一小组根据实验数据作出的V- 图像如图丙所示,若他们的实验操作无误,造成图线不过原点的原因可能是　 　。
答案:(1)不需要　
(2)温度　p-
(3)>　
(4)实验时未考虑注射器前端与橡胶套连接处的气体体积
解析:(1)设气体初状态压强为p1,空气柱长度为L1,气体末状态压强为p2,空气柱长度为L2,空气柱的横截面积为S,由玻意耳定律得p1L1S=p2L2S,实验只需要验证p1L1=p2L2,因此不需要测量空气柱的横截面积。(2)实验中空气柱体积变化缓慢,可认为温度保持不变。为了直观地判断压强p与体积V的数量关系,应作出p- 图像。(3)根据 =C,得pV=CT,则知在p-V图像中,离坐标原点越远的等温线温度越高,故T1>T2。(4)造成图线不过原点的原因可能是试管中的气体的体积小于实际的封闭气体的体积,结合实验的器材可知,实验时未考虑注射器前端与橡胶套连接处的气体。
热点3 实验探究拓展
典型例题
【例3】 如图甲所示,用一个带有刻度的注射器及DIS实验系统来探究气体的压强与体积的关系。
甲
乙
(1)完成本实验的基本要求是　　　　(选填选项前的字母)。
A.在等温条件下操作
B.封闭气体的容器密封良好
C.必须弄清所封闭气体的质量
D.气体的压强和体积必须用国际单位
(2)小明同学在做本实验时,缓慢推动活塞,使注射器内空气柱体积减小,且pV(105 Pa·mL)数值越来越小,造成这一现象的原因可能是　　　　(选填选项前的字母)。
A.实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大
B.实验时环境温度升高了
C.实验时外界大气压强发生了变化
D.实验时注射器的空气向外发生了泄漏
(3)小亮同学实验数据用图像处理,但如图乙所示的V- 图线不过原点,则造成这一现象的原因可能是　　　　　　　。
答案:(1)AB　
(2)D　
(3)注射器与压强传感器连接部位存在部分气体体积
解析:(1)玻意耳定律成立的前提是等温且质量一定,实验要求在等温条件下操作,并且实验过程中要确保容器气密性良好,选项A、B正确;玻意耳定律成立的前提是等温且质量一定,气体质量具体值不需要测量,单位也可以不用国际单位,选项C、D错误。
(2)实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大,不会影响气压与体积,选项A错误;实验时环境温度升高了,根据玻意耳定律可知,pV乘积变大,选项B错误;封闭气体压强与外界大气压强无关,选项C错误;实验时注射器内的空气向外发生了泄漏,根据一定质量理想气体状态方程 =C可知,常数C与质量有关,C变小,故pV乘积减小,选项D正确。
成 果 验 收 站
1.某同学用如图所示装置探究气体等温变化的规律。下列说法正确的是(　　)
A.柱塞上涂油的主要目的是减小摩擦
对实验的影响
B.柱塞与注射器之间的摩擦不影响压强
的测量
C.为了方便推拉柱塞,应用手握紧注射器
再推拉柱塞
D.实验中为找到体积与压强的关系,需要测量柱塞的横截面积
B
解析:在柱塞上涂油的目的是避免漏气,不是减小摩擦,选项A错误。柱塞与注射器之间的摩擦对气体压强的测量无影响,选项B正确。该实验探究气体等温变化的规律,手握紧注射器会改变气体的温度,不符合实验条件,选项C错误。实验中要验证p1V1=p2V2,由于V=Sl,推拉柱塞前后柱塞横截面积不变,因此只需验证p1l1=p2l2,无需测量柱塞的横截面积,选项D错误。
2.用图甲所示装置探究气体等温变化的规律。
甲
乙
丙
(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,应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油
B.应快速推拉柱塞
C.为方便推拉柱塞,应用手握注射器再推拉柱塞
D.注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可,可以不标注单位
(2)测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后,为直观反映压强与体积之间的关系,以p为纵坐标,以 为横坐标在坐标系中描点作图。小明所在的小组压缩气体时漏气,则用上述方法作出的图像应为图乙中的　　　　(选填“①”或“②”)。
(3)为更准确地测出气体的压强,小华用压强传感器和注射器相连,得到某次实验的p-V图像如图丙所示,究其原因,是温度发生了怎样的变化　　　　。
A.一直下降 B.先上升后下降
C.先下降后上升 D.一直上升
答案:(1)AD　(2)②　(3)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,选项A正确;快速推拉或用手握住注射器,会导致气体温度发生变化,不符合实验条件,选项B、C错误;实验只需要关注图像的斜率变化即可探究压强跟体积的关系,所以注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可,可以不标注单位,选项D正确。
(2)根据玻意耳定律pV=C可知,图像的斜率与气体质量成正比,所以漏气导致气体质量减小,即图像斜率减小,故选②。
(3)根据图像与等温线的关系,可知气体温度先升高再降低,选项B正确。
3.某同学用如图所示的装置探究气体等温变化的规律,该同学按如下操作步骤进行实验:
a.将柱塞移动到使空气柱体积适中的位置,用橡胶套密封注射器的下端,记录此时压力表上显示的气压值和刻度尺上显示的空气柱长度;
b.缓慢向下压或向上拉柱塞改变气体体积;
c.读出此时压力表上显示的气压值和刻度尺上显示的空气柱长度;
d.重复b、c两步操作,记录6组数据,作p-V图像。
解析:(1)由于注射器长度几乎相同,容积为5 mL的注射器,横截面积小,用相同的力,可以产生较大的压强,使体积变化明显。故选用容积为5 mL的注射器更合适。由于横截面积不变,只要知道空气柱长度之间的关系,就可以得到体积之间的关系,从而找到体积与压强之间的关系,因此不需要测出空气柱的横截面积。
4.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:
V/m3 1.00 0.50 0.40 0.25 0.20
p/(105Pa) 1.45 3.10 3.95 5.98 7.70
5.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的气体
解析:(1)本实验研究气体的压强和体积的比例关系,单位无需统一为国际单位,选项A错误。移动活塞要缓慢,实验时不要用手握住注射器,都是为了保证实验的恒温条件,选项B正确。压强传感器与注射器之间的软管脱落后,气体质量变化了,应该重新做实验,选项C错误。
(2)各小组所测的pV乘积不相同,可能是因为密封的气体质量不同。
6.在“探究气体等温变化的
规律”的实验中,某研究小组
采用如图所示装置进行探究,
用一个带两根细管的橡皮塞
塞紧烧瓶的瓶口,压强传感器
通过其中一根不带阀门的细
管连通烧瓶中的空气,另一根带阀门的细管连通注射器,开始时阀门处于关闭状态,注射器针筒的最大刻度线到阀门之间充满了水。根据图示连接好实验器材,运行DIS软件进入实验界面,点击“开始记录”后:
①打开阀门,推动注射器活塞向烧瓶内注入适量的水,关闭阀门;
②待温度与外界相等时,记录气体的压强p,并在表格中记录注入的水的体积V;
③保持烧瓶中气体的温度不变,重复实验得到多组实验数据,点击“停止记录”。
(1)实验中通过　　　　　　　　　测得注入烧瓶中的水的体积。
(2)为探究气体等温变化的规律,若采用图像法处理实验数据时,应选择　　　　。
(3)根据上述实验数据的图像可以测得　　　　　;上述实验中可能影响实验精确度的因素有　　　　　　　　　(写出一条即可)。
答案:(1)注射器针筒上的刻度
(2)C
(3)烧瓶的容积　烧瓶密封不严,有漏气
解析:(1)因为注射器上有刻度,所以可以通过注射器上的刻度测得注入烧瓶中的水的体积。
(2)设烧瓶的体积为V0,由玻意耳定律可得p(V0-V)=C,
(3)由V=V0- C可知,此图像的延长线与V轴的交点就是烧瓶的容积V0,所以由图像可以求出烧瓶的容积;影响实验精确度的因素有烧瓶密封不严有漏气、烧瓶中气体温度有变化、压强传感器测量不准确等。

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