人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE22氣體的等溫變化第1課時實驗：探究氣體等溫變化的規律〖學習目標〗1.知道什么是等溫變化.2.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．一、等溫變化一定質量的氣體，在溫度不變的條件下，其壓強與體積變化時的關系．二、實驗思路在保證密閉注射器中氣體的質量和溫度不變的條件下，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．三、實驗器材帶鐵夾的鐵架臺、注射器、柱塞(與壓力表密封連接)、壓力表、橡膠套、刻度尺．四、物理量的測量1．如圖1所示組裝實驗器材．圖12．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據．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取．五、數據分析1．作p－V圖像以壓強p為縱坐標，以體積V為橫坐標，用采集的各組數據在坐標紙上描點，繪出等溫曲線，如圖2所示．觀察p－V圖像的特點看能否得出p、V的定量關系．圖22．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(圖3)，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．圖33．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成正比．六、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掉.一、實驗原理與操作(2021·山東青島市高二期中)某實驗小組用如圖4所示裝置探究氣體做等溫變化的規律．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．圖4(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壓強值〖答案〗(1)注射器上涂上潤滑油(保證封閉氣體質量不變的措施都可以)(2)B〖解析〗(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注射器上涂上潤滑油防止漏氣；(2)若急速推拉活塞，則有可能造成等溫條件的不滿足，所以應緩慢推拉活塞，故A錯誤；若手握活塞會造成溫度變化，故B正確；應等狀態穩定后，記錄此時注射器內氣柱的長度和壓力表的壓強值，故C錯誤．二、實驗數據處理(2020·啟東中學高二開學考試)對一定質量的氣體，在等溫條件下得出體積V與壓強p的數據如下表：V/m31.000.500.400.250.20p/(×105Pa)1.453.103.955.987.70(1)根據所給數據在坐標紙上(如圖5所示)畫出p－eq\f(1,V)圖線．圖5(2)由畫出的圖線可得結論是．〖答案〗(1)見〖解析〗圖(2)一定質量的氣體，在溫度不變的情況下，壓強與體積成反比〖解析〗(1)作圖如圖所示(2)由圖可知p－eq\f(1,V)圖線過原點，即一定質量的氣體，在溫度不變的情況下，壓強p與體積的倒數eq\f(1,V)成正比，所以壓強與體積成反比．三、創新實驗(2020·上海市高二期末)如圖6甲為研究一定質量的氣體壓強與體積關系的實驗裝置．圖6(1)圖中①為傳感器，該實驗需要保持氣體的和不變．(2)某同學在實驗中測出多組氣體壓強與體積值后，利用DIS實驗繪圖功能，得到如圖乙所示的p－V圖像，則由圖(選填“能”或“不能”)得到壓強與體積成反比的結論．(3)某同學在實驗中得到的數據如下：次數123456壓強p/kPa116.2124.6134.3145.6158.8173.2體積V/cm314131211109體積倒數eq\f(1,V)/cm－30.0710.0770.0830.0910.1000.111pV乘積1626.81619.81611.61601.61588.01558.8表中數據表明氣體的pV乘積隨著氣體體積的減小而減小，若實驗中很好地滿足了實驗需要滿足的條件，則出現該結果的原因是．〖答案〗(1)壓強質量溫度(2)不能(3)實驗時注射器內的空氣向外發生了泄漏〖解析〗(1)題圖甲中①為壓強傳感器；研究一定質量的氣體壓強與體積關系時，應保持氣體的質量和溫度不變；(2)壓強與體積成反比的圖像應為雙曲線的一支，題圖乙的p－V圖像不能確定是不是雙曲線的一支，所以不能確定壓強與體積成反比；(3)實驗時注射器內的空氣向外發生了泄漏.1．(多選)(2020·北京高二月考)在“探究氣體等溫變化的規律”實驗中，為保持溫度不變，下列采取的措施合理的是()A．推動活塞運動時盡可能慢些B．在活塞上涂上潤滑油，保持良好的密封性C．不要用手握住注射器封閉氣體部分D．實驗時盡量在注射器中封入較多的空氣〖答案〗AC〖解析〗緩慢地推拉活塞，可以使封閉氣體的溫度與外界的溫度保持一致，從而可以保持封閉氣體的溫度不變，所以A正確；在活塞上涂上潤滑油，保持良好的密封性，這樣是為了保持封閉氣體的質量不發生變化，并不能保持封閉氣體的溫度不變，故B錯誤；當用手直接握住注射器封閉氣體部分時，手的溫度可能改變封閉氣體的溫度，所以不要用手直接握住注射器封閉氣體部分，所以C正確；只要是封閉氣體的質量不變，氣體的多少不會改變實驗的數據，與氣體的溫度是否會變化無關，所以D錯誤．2．(2020·北京市師達中學高二月考)某同學用如圖7所示裝置探究氣體等溫變化的規律．圖7(1)在實驗中，下列哪些操作不是必需的．A．用橡膠套密封注射器的下端B．用游標卡尺測量柱塞的直徑C．讀取壓力表上顯示的氣壓值D．讀取刻度尺上顯示的空氣柱長度(2)實驗裝置用鐵架臺固定，而不是用手握住玻璃管(或注射器)，并且在實驗中要緩慢推動活塞，這些要求的目的是．(3)下列圖像中，最能直觀反映氣體做等溫變化的規律的是．〖答案〗(1)B(2)保證氣體狀態變化過程中溫度盡可能保持不變(3)C〖解析〗(1)為了保證氣密性，應用橡膠套密封注射器的下端，A需要；由于注射器的直徑均勻恒定，根據V＝LS可知體積和空氣柱長度成正比，所以只需讀取刻度尺上顯示的空氣柱長度，無需測量直徑，B不需要，D需要；為了得知氣壓的變化情況，需要讀取壓力表上顯示的氣壓值，C需要．(2)手溫會影響氣體的溫度，且實驗過程中氣體壓縮太快，溫度升高后熱量不能快速釋放，氣體溫度會升高，所以這樣做的目的是保證氣體狀態變化過程中溫度盡可能保持不變．(3)當氣體做等溫變化時，p與V成反比，即p∝eq\f(1,V)，故p－eq\f(1,V)圖像為直線，所以為了能直觀反映p與V成反比的關系，應作p－eq\f(1,V)圖像，C正確．3．(2020·萊州一中高二月考)用如圖8甲所示的實驗裝置探究等溫情況下一定質量氣體壓強與體積的關系．在注射器活塞上涂潤滑油并插入針管，用細軟管將針管小孔與壓強傳感器連接密封一定質量氣體，移動活塞改變氣體的體積和壓強，氣體體積由注射器刻度讀取，氣體壓強由壓強傳感器讀取．圖8(1)下列說法正確的是．A．氣體的壓強和體積必須用國際單位B．在活塞上涂潤滑油目的只是為減小摩擦力C．移動活塞應緩慢且不能用手握住注射器D．若實驗中連接傳感器和注射器的軟管脫落，可以立即接上繼續實驗(2)交流實驗成果時某同學發現各小組所測的pV乘積并不相同，最主要的原因是．(3)某小組實驗操作無誤，但根據測得的數據作出V－eq\f(1,p)圖像不過坐標原點，如圖乙所示，圖中V0代表的體積．〖答案〗(1)C(2)密封的氣體質量不同(3)壓強傳感器與注射器之間氣體〖解析〗(1)本實驗研究氣體的壓強和體積的比例關系，單位無需統一為國際單位，故A錯誤；為了防止漏氣，應當在注射器活塞上涂潤滑油，來增加連接處密封性，故B錯誤；移動活塞要緩慢，實驗時不要用手握住注射器，都是為了保證實驗的恒溫條件，故C正確；壓強傳感器與注射器之間的軟管脫落后，氣體質量變化了，應該重新做實驗，故D錯誤．(2)交流實驗成果時某同學發現各小組所測的pV乘積并不相同，是因為密封的氣體質量不同．(3)實驗數據畫出的V－eq\f(1,p)圖線應是過坐標原點的直線，在實際的實驗過程中實驗操作規范正確，根據實驗數據畫出如題圖乙所示的V－eq\f(1,p)圖線不過坐標原點，該圖線的方程為V＝k·eq\f(1,p)－V0，說明注射器中的氣體的體積小于實際的封閉氣體的體積，結合實驗的器材可知，圖中V0代表壓強傳感器與注射器之間氣體的體積．4．某實驗小組用如圖9所示實驗裝置來探究一定質量的氣體發生等溫變化遵循的規律．圖9(1)關于該實驗，下列說法正確的是．A．實驗前應將注射器內的空氣完全排出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p－eq\f(1,V)的圖像可以直觀反映出p與V的關系(2)如圖10是甲、乙兩同學在實驗中得到的p－eq\f(1,V)圖像，若兩人實驗時均操作無誤且選取的坐標標度相同，那么兩圖像斜率不同的主要原因是．圖10〖答案〗(1)D(2)研究氣體的質量不同(或同質量氣體在不同溫度下研究)〖解析〗(1)實驗是以注射器內的空氣為研究對象，所以實驗前注射器內的空氣不能完全排出，故A錯誤；空氣柱的體積變化不能太快，要緩慢移動注射器保證氣體溫度不變，故B錯誤；氣體發生等溫變化，空氣柱的壓強隨體積的減小而增大，故C錯誤；p－eq\f(1,V)圖像是一條傾斜的直線，作出p－eq\f(1,V)的圖像可以直觀反映出p與V的關系，故D正確．(2)根據p－eq\f(1,V)圖像可知，如果溫度相同，則說明兩次氣體質量不同，如果氣體質量相同則兩次溫度不同．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〖學習目標〗1.知道什么是等溫變化.2.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．一、等溫變化一定質量的氣體，在溫度不變的條件下，其壓強與體積變化時的關系．二、實驗思路在保證密閉注射器中氣體的質量和溫度不變的條件下，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．三、實驗器材帶鐵夾的鐵架臺、注射器、柱塞(與壓力表密封連接)、壓力表、橡膠套、刻度尺．四、物理量的測量1．如圖1所示組裝實驗器材．圖12．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據．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取．五、數據分析1．作p－V圖像以壓強p為縱坐標，以體積V為橫坐標，用采集的各組數據在坐標紙上描點，繪出等溫曲線，如圖2所示．觀察p－V圖像的特點看能否得出p、V的定量關系．圖22．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(圖3)，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．圖33．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成正比．六、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掉.一、實驗原理與操作(2021·山東青島市高二期中)某實驗小組用如圖4所示裝置探究氣體做等溫變化的規律．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．圖4(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壓強值〖答案〗(1)注射器上涂上潤滑油(保證封閉氣體質量不變的措施都可以)(2)B〖解析〗(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注射器上涂上潤滑油防止漏氣；(2)若急速推拉活塞，則有可能造成等溫條件的不滿足，所以應緩慢推拉活塞，故A錯誤；若手握活塞會造成溫度變化，故B正確；應等狀態穩定后，記錄此時注射器內氣柱的長度和壓力表的壓強值，故C錯誤．二、實驗數據處理(2020·啟東中學高二開學考試)對一定質量的氣體，在等溫條件下得出體積V與壓強p的數據如下表：V/m31.000.500.400.250.20p/(×105Pa)1.453.103.955.987.70(1)根據所給數據在坐標紙上(如圖5所示)畫出p－eq\f(1,V)圖線．圖5(2)由畫出的圖線可得結論是．〖答案〗(1)見〖解析〗圖(2)一定質量的氣體，在溫度不變的情況下，壓強與體積成反比〖解析〗(1)作圖如圖所示(2)由圖可知p－eq\f(1,V)圖線過原點，即一定質量的氣體，在溫度不變的情況下，壓強p與體積的倒數eq\f(1,V)成正比，所以壓強與體積成反比．三、創新實驗(2020·上海市高二期末)如圖6甲為研究一定質量的氣體壓強與體積關系的實驗裝置．圖6(1)圖中①為傳感器，該實驗需要保持氣體的和不變．(2)某同學在實驗中測出多組氣體壓強與體積值后，利用DIS實驗繪圖功能，得到如圖乙所示的p－V圖像，則由圖(選填“能”或“不能”)得到壓強與體積成反比的結論．(3)某同學在實驗中得到的數據如下：次數123456壓強p/kPa116.2124.6134.3145.6158.8173.2體積V/cm314131211109體積倒數eq\f(1,V)/cm－30.0710.0770.0830.0910.1000.111pV乘積1626.81619.81611.61601.61588.01558.8表中數據表明氣體的pV乘積隨著氣體體積的減小而減小，若實驗中很好地滿足了實驗需要滿足的條件，則出現該結果的原因是．〖答案〗(1)壓強質量溫度(2)不能(3)實驗時注射器內的空氣向外發生了泄漏〖解析〗(1)題圖甲中①為壓強傳感器；研究一定質量的氣體壓強與體積關系時，應保持氣體的質量和溫度不變；(2)壓強與體積成反比的圖像應為雙曲線的一支，題圖乙的p－V圖像不能確定是不是雙曲線的一支，所以不能確定壓強與體積成反比；(3)實驗時注射器內的空氣向外發生了泄漏.1．(多選)(2020·北京高二月考)在“探究氣體等溫變化的規律”實驗中，為保持溫度不變，下列采取的措施合理的是()A．推動活塞運動時盡可能慢些B．在活塞上涂上潤滑油，保持良好的密封性C．不要用手握住注射器封閉氣體部分D．實驗時盡量在注射器中封入較多的空氣〖答案〗AC〖解析〗緩慢地推拉活塞，可以使封閉氣體的溫度與外界的溫度保持一致，從而可以保持封閉氣體的溫度不變，所以A正確；在活塞上涂上潤滑油，保持良好的密封性，這樣是為了保持封閉氣體的質量不發生變化，并不能保持封閉氣體的溫度不變，故B錯誤；當用手直接握住注射器封閉氣體部分時，手的溫度可能改變封閉氣體的溫度，所以不要用手直接握住注射器封閉氣體部分，所以C正確；只要是封閉氣體的質量不變，氣體的多少不會改變實驗的數據，與氣體的溫度是否會變化無關，所以D錯誤．2．(2020·北京市師達中學高二月考)某同學用如圖7所示裝置探究氣體等溫變化的規律．圖7(1)在實驗中，下列哪些操作不是必需的．A．用橡膠套密封注射器的下端B．用游標卡尺測量柱塞的直徑C．讀取壓力表上顯示的氣壓值D．讀取刻度尺上顯示的空氣柱長度(2)實驗裝置用鐵架臺固定，而不是用手握住玻璃管(或注射器)，并且在實驗中要緩慢推動活塞，這些要求的目的是．(3)下列圖像中，最能直觀反映氣體做等溫變化的規律的是．〖答案〗(1)B(2)保證氣體狀態變化過程中溫度盡可能保持不變(3)C〖解析〗(1)為了保證氣密性，應用橡膠套密封注射器的下端，A需要；由于注射器的直徑均勻恒定，根據V＝LS可知體積和空氣柱長度成正比，所以只需讀取刻度尺上顯示的空氣柱長度，無需測量直徑，B不需要，D需要；為了得知氣壓的變化情況，需要讀取壓力表上顯示的氣壓值，C需要．(2)手溫會影響氣體的溫度，且實驗過程中氣體壓縮太快，溫度升高后熱量不能快速釋放，氣體溫度會升高，所以這樣做的目的是保證氣體狀態變化過程中溫度盡可能保持不變．(3)當氣體做等溫變化時，p與V成反比，即p∝eq\f(1,V)，故p－eq\f(1,V)圖像為直線，所以為了能直觀反映p與V成反比的關系，應作p－eq\f(1,V)圖像，C正確．3．(2020·萊州一中高二月考)用如圖8甲所示的實驗裝置探究等溫情況下一定質量氣體壓強與體積的關系．在注射器活塞上涂潤滑油并插入針管，用細軟管將針管小孔與壓強傳感器連接密封一定質量氣體，移動活塞改變氣體的體積和壓強，氣體體積由注射器刻度讀取，氣體壓強由壓強傳感器讀取．圖8(1)下列說法正確的是．A．氣體的壓強和體積必須用國際單位B．在活塞上涂潤滑油目的只是為減小摩擦力C．移動活塞應緩慢且不能用手握住注射器D．若實驗中連接傳感器和注射器的軟管脫落，可以立即接上繼續實驗(2)交流實驗成果時某同學發現各小組所測的pV乘積并不相同，最主要的原因是．(3)某小組實驗操作無誤，但根據測得的數據作出V－eq\f(1,p)圖像不過坐標原點，如圖乙所示，圖中V0代表的體積．〖答案〗(1)C(2)密封的氣體質量不同(3)