物理选择性必修 第三册1 温度和温标第1课时学案

这是一份物理选择性必修 第三册1 温度和温标第1课时学案，共8页。

[学习目标] 1.知道什么是等温变化.2.会测量气体的压强与体积，能作出气体的p－V图像、p－eq \f(1,V)图像，并通过图像得出等温情况下p、V的关系．
一、等温变化
一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系．
二、实验思路
在保证密闭注射器中气体的质量和温度不变的条件下，通过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值，进而研究在恒温条件下气体的压强与体积的关系．
三、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．
四、物理量的测量
1．如图1所示组装实验器材．
图1
2．利用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭．
3．把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据．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p可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取．
五、数据分析
1．作p－V图像
以压强p为纵坐标，以体积V为横坐标，用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘出等温曲线，如图2所示．观察p－V图像的特点看能否得出p、V的定量关系．
图2
2．作p－eq \f(1,V)图像
以压强p为纵坐标，以eq \f(1,V)为横坐标，在坐标纸上描点．如果p－eq \f(1,V)图像中的各点位于过原点的同一条直线上(图3)，就说明压强p跟eq \f(1,V)成正比，即压强与体积成反比．如果不在同一条直线上，我们再尝试其他关系．
图3
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．
六、注意事项
1．改变气体体积时，要缓慢进行．
2．实验过程中，不要用手接触注射器的外壁．
3．实验前要在柱塞上涂抹润滑油．
4．读数时视线要与柱塞底面平行．
5．作p－eq \f(1,V)图像时，应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布于直线两侧，偏离太大的点应舍弃掉.
一、实验原理与操作
(2020·江苏如皋高二月考)利用如图4甲所示的装置“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”．
图4
(1)装置用铁架台固定，而不是用手握住玻璃管，并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是________．
(2)实验作出的p－eq \f(1,V)图线如图乙所示，图线弯曲的可能原因是________________________．
答案 (1)保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变 (2)降温或气体漏出
解析 (1)用手握住玻璃管，由于手上有一定的热量，可能使气体温度发生变化，不能保证气体做等温变化．实验中推动活塞时，外界对气体做功，气体内能增大，温度升高，因此应缓慢推动活塞，使气体能与外界充分地进行热交换，从而保证气体发生等温变化．综上，实验中如此操作的目的都是保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变．
(2)p－eq \f(1,V)图线的斜率k与气体的质量和体积都有关系，题图乙中的图线弯曲，斜率变小，说明气体温度降低或气体质量减小，所以图线弯曲的可能原因是降温或气体漏出．
二、实验数据处理
(2020·启东中学高二开学考试)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：
(1)根据所给数据在坐标纸上(如图5所示)画出p－eq \f(1,V)图线．
图5
(2)由画出的图线可得结论是_______________________________________________．
答案 (1)见解析图 (2)一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比
解析 (1)作图如图所示
(2)由图可知p－eq \f(1,V)图线过原点，即一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强p与体积的倒数eq \f(1,V)成正比，所以压强与体积成反比．
三、创新实验
(2020·上海市高二期末)如图6甲为研究一定质量的气体压强与体积关系的实验装置．
图6
(1)图中①为________传感器，该实验需要保持气体的________和________不变．
(2)某同学在实验中测出多组气体压强与体积值后，利用DIS的实验绘图功能，得到如图乙所示的p－V图像，则由图________(选填“能”或“不能”)得到压强与体积成反比的结论．
(3)某同学在实验中得到的数据如下：
表中数据表明气体的pV乘积随着气体体积的减小而减小，若实验中很好地满足了实验需要满足的条件，则出现该结果的原因是______________________________________________．
答案 (1)压强 质量 温度 (2)不能 (3)实验时注射器内的空气向外发生了泄漏
解析 (1)题图甲中①为压强传感器；研究一定质量的气体压强与体积关系时，应保持气体的质量和温度不变；
(2)压强与体积成反比的图像应为双曲线的一支，题图乙的p－V图像不能确定是不是双曲线的一支，所以不能确定压强与体积成反比；
(3)实验时注射器内的空气向外发生了泄漏.
1．(2021·江苏省如东高级中学高二月考)某小组在“用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系”实验．下列操作正确的是( )
A．推拉活塞时，动作要快，以免气体进入或漏出
B．推拉活塞时，手可以握住整个注射器
C．压强传感器与注射器之间的连接管脱落后，应立即重新接上，继续实验
D．活塞与针筒之间要保持润滑又不漏气
答案 D
解析 推拉活塞时，动作不能快，以免气体温度变化，故A错误；推拉活塞时，手不可以握住整个注射器，以免气体温度变化，故B错误；压强传感器与注射器之间的连接管脱落后，气体质量变化了，应该重新做实验，故C错误；活塞与针筒之间要保持润滑又不漏气，故D正确．
2.(2021·江苏南通高二期末)用图7所示装置探究气体等温变化的规律．
图7
(1)实验室有容积为5 mL和20 mL的两种注射器供选择，为能用较小的力作用在活塞上使气体体积发生明显变化，选用容积为________的注射器更合适；实验中，为找到体积与压强的关系，__________(选填“需要”或“不需要”)测出空气柱的横截面积．
(2)关于该实验，下列说法正确的有________．
A．活塞上应该涂油
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，为直观反映压强与体积之间的关系，若以p为纵坐标，则应以________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线应为图8甲中的________(选填“①”或“②”)，造成该现象的原因可能是__________________________．
图8
(4)为能更准确地测出气体的压强，小华用软管连通注射器和压强传感器，用(3)中方法作出的图线如图乙所示，该图线不过原点，为减小这一实验误差，请给出你的改进方法：________________________________________________________________________.
答案 (1)5 mL 不需要 (2)AB (3)体积的倒数 ② 漏气(或气体温度降低) (4)选用容积较大的注射器(或实验中气体的体积不压缩得过小或测出软管中气体的体积等)
解析 (1)由于注射器长度几乎相同，因此体积越小，横截面积越小，用较小的力就可以产生比较大的压强使体积变化明显，故选5 mL的注射器；只要知道体积之间的关系，不必算出体积的大小，就可以找到体积与压强的关系，因此不需要测量空气柱的横截面积；
(2)活塞上应该涂油，起到密封和润滑的作用，A正确；应缓慢推拉柱塞，从而保证气体的温度不变，B正确；用手握注射器推拉柱塞，容易引起气体温度发生变化，C错误；由于测量的是气体的体积和压强之间的关系，与重力无关，因此注射器可以水平放置，也可以倾斜放置，D错误．
(3)由于p－V图像为曲线，而p－eq \f(1,V)为直线，因此以p为纵坐标，应以体积的倒数为横坐标在坐标系中描点作图；压缩气体时，相当于eq \f(1,V)逐渐变大的过程中，压强比正常值小，因此图线应为题图甲中的②；造成该现象的原因可能是封闭气体漏气(或气体温度降低)；
(4)由于软管中存有一部分气体，从而导致图像不过坐标原点，因此应选用容积较大的注射器(或实验中气体的体积不压缩得过小或测出软管中气体的体积等)从而使那小部分气体忽略不计．
3．(2020·莱州一中高二月考)用如图9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上针管，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．

图9
(1)下列说法正确的是________．
A．气体的压强和体积必须用国际单位
B．在活塞上涂润滑油目的只是为减小摩擦力
C．移动活塞应缓慢且不能用手握住注射器
D．若实验中连接传感器和注射器的软管脱落，可以立即接上继续实验
(2)交流实验成果时某同学发现各小组所测的pV乘积并不相同，最主要的原因是________．
(3)某小组实验操作无误，但根据测得的数据作出V－eq \f(1,p)图像不过坐标原点，如图乙所示，图中V0代表______________的体积．
答案 (1)C (2)密封的气体质量不同 (3)压强传感器与注射器之间气体
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，故A错误；为了防止漏气，应当在注射器活塞上涂润滑油，来增加连接处密封性，故B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，故C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，故D错误．
(2)交流实验成果时某同学发现各小组所测的pV乘积并不相同，是因为密封的气体质量不同．
(3)实验数据画出的V－eq \f(1,p)图线应是过坐标原点的直线，在实际的实验过程中实验操作规范正确，根据实验数据画出如题图乙所示的V－eq \f(1,p)图线不过坐标原点，该图线的方程为V＝k·eq \f(1,p)－V0，说明注射器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，图中V0代表压强传感器与注射器之间气体的体积．
4．某实验小组用如图10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．
图10
(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－eq \f(1,V)的图像可以直观反映出p与V的关系
(2)如图11是甲、乙两同学在实验中得到的p－eq \f(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___________________________________．
图11
答案 (1)D (2)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)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，故A错误；空气柱的体积变化不能太快，要缓慢移动柱塞保证气体温度不变，故B错误；气体发生等温变化，空气柱的压强随体积的减小而增大，故C错误；p－eq \f(1,V)图像是一条倾斜的直线，作出p－eq \f(1,V)的图像可以直观反映出p与V的关系，故D正确．
(2)根据p－eq \f(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．V/m3
1.00
0.50
0.40
0.25
0.20
p/ (×105 Pa)
1.45
3.10
3.95
5.98
7.70
次数
1
2
3
4
5
6
压强p/kPa
116.2
124.6
134.3
145.6
158.8
173.2
体积V/cm3
14
13
12
11
10
9
体积倒数eq \f(1,V)/cm－3
0.071
0.077
0.083
0.091
0.100
0.111
pV乘积
1 626.8
1 619.8
1 611.6
1 601.6
1 588.0
1 558.8