氣體的等溫變化(-第二課時-)實驗：探究氣體等溫變化的規(guī)律(人教2019選擇性必修第三冊-原卷版)

第二章氣體、固體和液體第2節(jié)氣體等溫變化（第二課時）實驗：探究氣體等溫變化的規(guī)律【核心素養(yǎng)目標】物理觀念知道什么是等溫變化.科學思維會測量氣體的壓強與體積，能作出氣體的p－V圖像、p－eq\f(1,V)圖像，并通過圖像得出等溫情況下p、V的關系．科學探究經歷探究一定質量的氣體在溫度不變的情況下，氣體的壓強與體積的實驗過程學會設計實驗觀察現(xiàn)象分析結果歸納總結的科學探究方法?？茖W態(tài)度與責任通過氣體等溫變化的規(guī)律知識應用的實例，感受物理中科學技術與社會的緊密聯(lián)系，體會科學知識的應用價值，進一步增強學生的學習動力和科學意識。一、實驗目的探究一定質量的氣體，在溫度不變的條件下，其與變化時的關系．二、研究對象(系統(tǒng))注射器內被封閉的．三、實驗方法采用控制變量法，控制氣體和不變，研究氣體壓強與體積的關系．四、實驗原理在保證密閉注射器中氣體的和不變的條件下，通過改變密閉注射器中氣體的體積，由壓力表讀出對應氣體的壓強值，進而研究在恒溫條件下氣體的壓強與體積的關系．五、實驗器材帶鐵夾的鐵架臺、、柱塞(與壓力表密封連接)、壓力表、、刻度尺．六、物理量的測量1.如圖所示組裝實驗器材．2．利用注射器選取一段空氣柱為研究對象，注射器下端的開口有橡膠套，它和柱塞一起把一段空氣柱封閉．3．把柱塞緩慢地向下壓或向上拉，讀取空氣柱的長度與壓強的幾組數(shù)據(jù)．空氣柱的長度l可以通過刻度尺讀取，空氣柱的長度l與橫截面積S的乘積就是它的體積V.空氣柱的壓強p可以從與注射器內空氣柱相連的壓力表讀?。?、數(shù)據(jù)分析1．作p－V圖像以壓強p為縱坐標，以體積V為橫坐標，用采集的各組數(shù)據(jù)在坐標紙上描點，繪出等溫曲線，如圖所示．觀察p－V圖像的特點看能否得出p、V的定量關系．2．作p－eq\f(1,V)圖像以壓強p為縱坐標，以eq\f(1,V)為橫坐標，在坐標紙上描點．如果p－eq\f(1,V)圖像中的各點位于過原點的同一條直線上(如圖)，就說明壓強p跟eq\f(1,V)成正比，即壓強與體積成反比．如果不在同一條直線上，我們再嘗試其他關系．3．實驗結論：一定質量的某種氣體，在溫度不變的情況下，其壓強與體積的倒數(shù)成正比．八、注意事項1．改變氣體體積時，要緩慢進行．2．實驗過程中，不要用手接觸注射器的外壁．3．實驗前要在柱塞上涂抹潤滑油．4．讀數(shù)時視線要與柱塞底面平行．5．作p－eq\f(1,V)圖像時，應使盡可能多的點落在直線上，不在直線上的點應均勻分布于直線兩側，偏離太大的點應舍棄．針對訓練一、實驗題1．（1）如圖甲所示，用一個帶有刻度的注射器及計算機輔助系統(tǒng)來探究氣體壓強與體積的關系，實驗中所研究的對象是___________，應保持不變的物理量是___________和___________，它的體積可從___________直接讀出，它的壓強由圖中的壓強傳感器等計算機輔助系統(tǒng)得到。（2）某同學在做“氣體的壓強與體積的關系”實驗中，測得的實驗數(shù)據(jù)在計算機屏幕上顯示如下表所示，仔細觀察“p·V”一欄中的數(shù)值，發(fā)現(xiàn)越來越小，造成這一現(xiàn)象的可能原因是___________。序號V/mLp/（×105Pa）p·V/（×105Pa·mL）120.01.001020.020218.01.095219.714316.01.231319.701414.01.403019.642512.01.635119.621A．實驗時注射器活塞與筒壁間的摩擦力越來越大B．實驗時環(huán)境溫度升高了C．實驗時外界大氣壓強發(fā)生了變化D．實驗時注射器內的氣體向外發(fā)生了泄漏（3）某同學在一次實驗中，計算機屏幕顯示如圖乙所示，其縱坐標表示封閉氣體的壓強，則橫坐標表示的物理量是封閉氣體的___________。A．熱力學溫度TB．攝氏溫度tC．體積VD．體積的倒數(shù)（4）如果由注射器的滿刻度處開始推動活塞，記錄刻度值V，同時記錄對應的由計算機顯示的氣體壓強值p，用V-圖像處理實驗數(shù)據(jù)，得出圖丙所示的圖線，如果實驗操作規(guī)范正確，那么V0代表___________。（5）某同學實驗時緩慢推動活塞，并記錄下每次測量的壓強p與注射器刻度值V。在實驗中出現(xiàn)壓強傳感器軟管脫落，他重新接上后繼續(xù)實驗，其余操作無誤。若該同學用軟管脫落前測得的實驗數(shù)據(jù)在圖丁中畫出了V-圖線，則在圖丁中大致畫出可能的、符合軟管脫落后測得的實驗數(shù)據(jù)的那部分V-圖線。()2．圖（a）是“用DIS研究在溫度不變時，一定質量的氣體壓強與體積關系”的實驗裝置。（1）關于該實驗的操作，下列說法正確的有________；A．柱塞上應該涂潤滑油

B．應緩慢推拉柱塞C．用手握注射器推拉柱塞

D．改變體積后要快速記錄壓強數(shù)據(jù)（2）實驗中，連接注射器與壓強傳感器之間軟管內的氣體不可忽略。移動活塞，多次記錄注射器上的體積刻度和壓強傳感器讀數(shù)，繪出的圖像可能為()A．B．C．D．3．在“探究氣體等溫變化的規(guī)律”的實驗中，利用注射器選取一段空氣柱為研究對象，如圖所示，注射器下端的開口有橡膠套，它和柱塞一起把一段空氣柱封閉。（1）在實驗過程中，空氣柱的體積變化不要太快的原因是___________；在移動柱塞的過程中，正確的操作是___________。（2）在溫度不變的情況下，得到壓強p與體積V成反比的結論，你對這一結論的微觀解釋是：___________。4．小強同學用如圖所示裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律。①他在實驗過程中注射器沒有完全豎直而是略微傾斜，則壓力表讀數(shù)______（單選）。A．偏大

B．偏小

C．沒有影響②下列實驗操作，正確的有______（單選）。A．柱塞上應該涂油以更好地密封氣體B．應快速推拉柱塞以避免氣體與外界熱交換C．用手握住注射器推拉柱塞以使裝置更加穩(wěn)定5．用如圖（a）所示的裝置探究“氣體等溫變化的規(guī)律”的實驗，操作步驟如下：①在活塞上均勻涂抹潤滑油，把活塞移至注射器適當刻度處；②逐一連接注射器、壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機；③推動活塞，記錄多組注射器內氣體的體積V，以及相應的壓強傳感器示數(shù)p。（1）實驗完成后，計算機屏幕上顯示出如圖（b）所示的p-V圖線（其中實線是實驗所得圖線，虛線為一支參考雙曲線）。仔細觀察不難發(fā)現(xiàn)，該圖線與玻意耳定律不夠吻合，造成這一現(xiàn)象的可能原因是：_______；（2）實驗中，連接注射器與壓強傳感器之間軟管內的氣體不可忽略，作出的圖像可能為_______；（3）用獲得的數(shù)據(jù)繪制圖像，如圖（c）所示，則連接注射器與壓強傳感器之間軟管內氣體的體積為_______。6．“用DIS研究在溫度不變時，一定質量氣體壓強與體積關系”的實驗裝置如圖所示。（1）保持溫度不變，封閉氣體的壓強用______傳感器測量，體積由______讀出。實驗前是否需要對傳感器進行調零？______（選填：“是”或“否”）（2）某次實驗中，數(shù)據(jù)表格內第2次～第8次壓強沒有點擊記錄，但其它操作規(guī)范。根據(jù)表格中第1次和第9次數(shù)據(jù)，推測出第7次的壓強，其最接近的值是______次數(shù)123456789壓強100.1p7179.9體積181716151413121110A．

B．

C．

D．（3）若考慮到連接注射器與傳感器的軟管內氣體體積不可忽略，則封閉氣體的真實體積為______。從理論上講圖像可能接近下列哪個圖？______7．“用DIS研究在溫度不變時，一定質量氣體壓強與體積關系”的實驗裝置如圖所示。（1）保持溫度不變，封閉氣體的壓強p用_________傳感器測量，體積V由注射器_________讀出。實驗前是否需要對傳感器進行調零？_________（選填：“是”或“否”）。（2）（單選）某次實驗中，數(shù)據(jù)表格內第2次~第8次壓強沒有點擊記錄，但其它操作規(guī)范。根據(jù)表格中第1次和第9次數(shù)據(jù)，推測出第7次的壓強，其最接近的值是()次數(shù)123455789壓強p/kPa100.1179.9體積V/cm3181716151413121110A．128.5kPa

B．138.4kPa

C．149.9kPa

D．163.7kPa（3）（單選）若考慮到連接注射器與傳感器的軟管內氣體體積不可忽略，則封閉氣體的真實體積為。從理論上講圖像可能接近下列哪個圖？()A．B．C．D．8．某實驗小組用如圖甲所示實驗裝置來探究一定質量的氣體發(fā)生等溫變化遵循的規(guī)律。（1）關于該實驗，下列說法正確的是___________A．實驗前應將注射器的空氣完全排出B．空氣柱體積變化應盡可能的快些C．空氣柱的壓強隨體積的減小而減小D．作出的圖像可以直觀反映出p與V的關系（2）為了探究氣體在不同溫度時發(fā)生等溫變化是否遵循相同的規(guī)律，他們進行了兩次實驗，得到的圖像如圖乙所示，由圖可知兩次實驗氣體的溫度大小關系為T1___________T2（選填“<”“=”或“>”）。（3）為了能最直觀地判斷氣體壓強p與氣體體積V的函數(shù)關系，應作出___________（選填“”或“”）圖像。對圖線進行分析，如果在誤差允許范圍內該圖線是一條___________線，就說明一定質量的氣體在溫度不變時，其壓強與體積成反比。（4）另一小組根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的圖線如圖丙所示，若實驗操作規(guī)范正確，則圖線不過原點的原因可能是___________。9．某實驗小組用如圖甲所示實驗裝置來探究一定質量的氣體發(fā)生等溫變化遵循的規(guī)律。（1）關于該實驗，下列說法正確的是()A．實驗前應將注射器的空氣完全排出B．空氣柱體積變化應盡可能的快些C．空氣柱的壓強隨體積的減小而減小D．作出的圖象可以直觀反映出p與V的關系（2）為了探究氣體在不同溫度時發(fā)生等溫變化是否遵循相同的規(guī)律，他們進行了兩次實驗，得到的圖象如圖乙所示，由圖可知兩次實驗氣體的溫度大小關系為T1________T2（選填“<”“＝”或“>”）。（3）為了能最直觀地判斷氣體壓強p與氣體體積V的函數(shù)關系，應作出_____________選填“”或“”圖象。對圖線進行分析，如果在誤差允許范圍內該圖線是一條_________________線，就說明一定質量的氣體在溫度不變時，其壓強與體積成反比。（4）另一小組根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的圖線如圖丙所示，若實驗操作規(guī)范正確，則圖線不過原點的原因可能是_________________，圖乙中的代表_________________。10．用DIS研究一定質量氣體在溫度不變時，壓強與體積關系的實驗裝置如圖（a）所示，用一個帶有刻度的注射器及DIS實驗系統(tǒng)來探究氣體的壓強與體積的關系。實驗中氣體的質量保持不變，氣體的體積可直接讀出，氣體的壓強由圖中壓強傳感器等計算機輔助系統(tǒng)得到，請回答下列有關問題。①完成本實驗的基本要求是____。A．在等溫條件下操作B．封閉氣體的容器密封良好C．必須測出所封閉氣體的質量D．氣體的壓強和體積必須用國際單位②甲同學在做本實驗時，按實驗要求組裝好實驗裝置，然后緩慢推動活塞，使注射器內空氣柱從初始體積20.0mL減為12.0mL。實驗共測出五組數(shù)據(jù)，每次體積值直接從注射器的刻度讀出并輸入計算機，同時由壓強傳感器測得對應體積的壓強值。實驗完成后，計算機屏幕上顯示出如下表所示的實驗結果：序號V（mL）p（×105Pa）pV（×105）120.01.001020.020218.01.095219.714316.01.231319.701414.01.403019.642512.01.635119.621仔細觀察不難發(fā)現(xiàn)，pV（×105）一欄中的數(shù)值越來越小，造成這一現(xiàn)象的原因可能是____。A．實驗時注射器活塞與筒壁間的摩擦力不斷增大B．實驗時環(huán)境溫度升高了C．實驗時外界大氣壓強發(fā)生了變化D．實驗時注射器中的空氣向外發(fā)生了泄漏③根據(jù)你在第②題中的選擇，為了減小誤差，你應當采取的措施是：____。④乙同學實驗操作規(guī)范正確，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出如圖（b）所示的圖線，圖線不過坐標原點，則圖中b代表____。11．某實驗小組用如圖所示的裝置探究氣體做等溫變化的規(guī)律。已知壓力表通過細管與注射器內的空氣柱相連，細管隱藏在柱塞內部未在圖中標明。壓力表中讀取空氣柱的壓強，從注射器旁的刻度尺中讀取空氣柱的長度。（1）為了保持封閉氣體的質量不變，實驗中采取的主要措施是________________；（2）實驗過程中，下列說法正確的是________；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，手不可以握住整個注射器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示數(shù)（3）某同學測出了注射器內封閉氣體的幾組壓強p和體積V的值后，以p為縱軸、為橫軸，畫出圖像如圖所示，則產生的可能原因是________。A．實驗過程中有漏氣現(xiàn)象B．實驗過程中氣體溫度降低C．實驗過程中氣體溫度升高12．某實驗小組同學用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，實驗中通過注射器上的刻度讀出氣體體積V，用氣體體壓強傳