实验：探究气体等温变化的规律【核心知识精讲精研】高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第二章气体、固体和液体2.2第1课时实验：探究气体等温变化的规律教学目标CONTENT0102通过实验确定气体的压强与体积之间的关系掌握实验的原理、步骤及数据处理新课引入思考:在庆典活动中放飞的气球，会飞到我们看不见的地方。随着气球的升空，大气压在减小，温度在降低，气球在膨胀.…..看来一定质量的气体的压强、体积和温度三个状态参量之间是有联系的。那么，它们会有怎样的联系呢?在物理学中，当需要研究三个物理量之间的关系时，往往采用“保持一个量不变，研究其它两个量之间的关系，然后综合起来得出所要研究的几个量之间的关系”.

☆控制变量的方法思考：一定质量的气体，它的温度、体积和压强三个量之间变化是相互对应的.我们如何确定三个量之间的关系呢？一定质量的气体，在温度不变的情况下，其压强与体积的变化关系。我们首先研究一种特殊情况：我们把这种变化称为：等温变化实验：

探究气体等温变化的规律一定质量的空气，在温度不变的情况下，测量气体在不同体积时的压强，再分析气体压强与体积的关系。实验思路：利用右图装置。注射器下端的开口有橡皮套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭。实验：

探究气体等温变化的规律空气柱的长度l可以通过刻度尺读取空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V；空气柱的压强可以由压力表读取；使柱塞缓慢向下压或向上拉，读取长度和压强的几组数据物理量的测量：实验步骤：数据分析：次数12345压强（×105Pa)3.02.52.01.51.0体积(L)1.31.62.02.74.0V12301234p-V图像该图象是否可以说明p与V成反比？思考如何确定p与V的关系呢？1/V12300.20.40.60.8p-1/V图像一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p和体积V成反比。结论：①改变气体体积时，要缓慢进行，等稳定后再读出气体压强，以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；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，故读数时注意视线一定要与柱塞底面相平。④在这个实验中，由于气体体积与长度成正比，因此研究气体的体积与压强的关系时，不用测量空气柱的横截面积；注意事项：做一做：用传感器探究气体等温变化的规律典例精析例．某实验小组用如图所示实验装置来探究一定质量的气体发生等温变化遵循的规律。（1）关于该实验，下列说法正确的是________。A．实验前应将注射器内的空气完全排出B．空气柱体积变化应尽可能的快些C．空气柱的压强随体积的减小而减小D．作出p－1/V

的图像可以直观反映出p与V的关系（2）如图是甲、乙两同学在实验中得到的p－1/V图像，若两人实验时均操作无误且选取的坐标标度相同，那么两图像斜率不同的主要原因是_________。【答案】D研究气体的质量不同（或同质量气体在不同温度下研究）

【解析】（1）A．实验是以注射器内的空气为研究对象，所以实验前注射器内的空气不能完全排出，A错误；B．空气柱的体积变化不能太快，要缓慢移动注射器保证气体温度不变，B错误；C．气体发生等温变化，空气柱的压强随体积的减小而增大，C错误；D．p-1/V图像是一条倾斜的直线，作出p-1/V的图像可以直观反映出p与V的关系，D正确。故选D。（2）根据p-1/V图像可知，如果温度相同，则说明两次气体质量不同，如果气体质量相同则两次温度不同。课堂小结探究气体等温变化的规律1.实验思路；2.物理量的测量；3.数据分析.跟踪练习1.有同学在做“用DIS研究温度不变时气体的压强跟体积的关系”实验时，缓慢推动活塞，在使注射器内空气体积逐渐小的过程中，多次从注射器的刻度上读出体积值并输入计算机，同时由压强传感器将对应体积的压强值通过数据采集器传送给计算机。实验完成后，计算机屏幕上显示出如图所示的p-V图线（其中实线是实验所得图线，虚线为一根参考双曲线）。①实验过程中为什么要求缓慢推动活塞？___________②仔细观察不难发现，该图线与玻意耳定律不够吻合，造成这一现象的可能原因是：_______【答案】使气体有充分的时间与外界进行热交换，保证气体做等温变化

注射器漏气，使气体的体积减小，图像向左偏移

【解析】①实验过程中要缓慢推动活塞，使气体有充分的时间与外界进行热交换，保证气体做等温变化；②仔细观察不难发现，该图线与玻意耳定律不够吻合，造成这一现象的可能原因是：注射器漏气，使气体的体积减小，图像向左偏移（也可能是周围环境温度降低）。2．用图甲所示装置探究气体等温变化的规律。（1）实验中，为找到体积与压强的关系，____（选填“需要”或“不需要”）测空气柱的横截面积；（2）关于该实验的操作，下列说法正确的有_________；A．柱塞上应该涂油B．应缓慢推拉柱塞C．用手握注射器推拉柱塞

D．注射器必须固定在竖直平面内（3）测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，以p为纵坐标，1/V为横坐标。在坐标系中描点作图；小明所在的小组不断压缩气体，由测得数据发现p与V的乘积值越来越小，则用上述方法作出的图像应为图乙中的________（选填“①”或“②”），造成该现象的原因可能是____________。【答案】不需要AB②漏气

【解析】(1)由于注射器的横截面积相等，所以在此可用长度代替体积，故不需要测空气柱的横截面积。(2)A．柱塞上涂油，既减小摩擦，又防止漏气，故A正确；B．若急速推拉活塞，则有可能造成漏气和等温条件的不满足，所以应缓慢推拉活塞，故B正确；C．手握活塞造成温度变化，故C错误；D．压强由压力表测量，不是由竖直的平衡条件计