人教版 (2019)选择性必修 第三册2 气体的等温变化教学演示ppt课件

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1.知道等温变化的概念,能通过实验探究气体等温变化的规律。(物理观念)2.理解探究气体等温变化规律的实验,学会观察与探究,与他人合作交流,得出实验结论。(科学探究)3.通过表格与图像对实验数据进行处理与分析,培养实事求是的科学态度,激发探索科学的兴趣。(科学态度与责任)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、实验思路和物理量的测量1.实验方法:控制变量法。在保证密闭注射器中气体的　　　　和　　　　不变的条件下,探究气体压强和体积的关系。 2.物理量的测量:需要测量　　　　　　　　和　　　　　　　　。组装实验器材如图所示。 
探究一个量与多个量的关系时用
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;空气柱的压强可以从与注射器内空气柱相连的　　　　读取。 (1)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。(2)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。
二、数据分析1.作p-V图像以压强p为纵坐标,体积V为横坐标,用采集的各组数据在坐标纸上描点,绘出等温线,如图所示。观察p-V图像的特点,看能否得出p、V的关系。
2.作p- 图像
以压强p为纵坐标,体积的倒数 为横坐标,把采集的各组数据在坐标纸上描点。如果p- 图像中的各点位于过原点的同一条直线上,就说明压强跟体积的倒数成　　　　比,即压强与体积成　　　　比。如果不在同一条直线上,我们再尝试其他关系。 
“化曲为直”是数据处理的常用方法
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　　　　　　成正比。 
易错辨析(1)实验中可以用手触摸注射器的空气柱部分。(　　)(2)实验中橡胶套不能漏气。(　　)(3)若根据实验数据画出的p- 图像是直线,则气体的压强与体积成反比。(　　)(4)p-V图像为曲线说明p与V成反比。(　　)
提示用手触摸注射器的空气柱部分会使手的温度影响气体,不能保持温度不变。
提示只有p- 图像是过原点的倾斜直线,气体的压强与体积才成反比。
提示p-V图像为曲线没法说明p与V的具体关系。
探究点一　实验原理及操作
1.实验步骤(1)安装实验器材。(2)将注射器活塞推到刻度2处,记下此时的压强值和对应的体积值,填入表格。(3)把柱塞缓慢地向下压或向上拉,使刻度值分别为1.5、1、0.5(或2.5、3…)记下对应的压强和体积。
2.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相平。
【例1】 如图所示,用气体压强传感器探究气体等温变化的规律,操作步骤如下:①在注射器内用活塞封闭一定质量的气体,将注射器、压强传感器、数据采集器和计算机逐一连接起来;②移动活塞至某一位置,记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算机显示的气体压强值p1;③重复步骤②,多次测量并记录;④根据记录的数据,作出相应图像,分析得出结论。
(1)关于本实验的基本要求,下列说法正确的是　　　　(填选项前的字母)。 A.移动活塞时应缓慢一些B.封闭气体的注射器应密封良好C.必须测出注射器内封闭气体的质量D.气体的压强和体积必须用国际单位(2)为了能最直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系,应作出　　　　(选填“p-V”或“p- ”)图像。对图线进行分析,如果在误差允许范围内该图线是一条　　　　　 　　,就说明一定质量的气体在温度不变时,其压强与体积成反比。 
解析 (1)由于该实验是“用气体压强传感器探究气体等温变化的规律”,条件是对于一定质量的气体而言的,故实验中不能出现漏气的现象,移动活塞时,外界对气体做功或者气体对外做功,如果太快的话,气体的温度就可能会发生变化,故A、B正确;等温变化的规律为p1V1=p2V2,所以不必测出气体的质量,只要看它是否满足这样的变化规律即可,故C错误;只要压强p两边的单位统一,体积V两边的单位统一,就可以得出等温变化的规律,故D错误。
(2)如果作p-V图像,因为它们的乘积是不变的,故这个图像应该是一条曲线,不能直观地判断压强p与体积V的关系,直线更能形象直观地体现二者的关系,故应作出p- 的图像,在误差允许的范围内,p- 图线是一条过原点的倾斜直线。
方法技巧　1.保证气体质量不变的方法:针筒要密封,为此可于实验前在柱塞上涂好润滑油,防止漏气。2.保证气体温度不变的方法。(1)改变气体体积时,要缓慢进行。(2)实验操作时不要用手触摸注射器的空气柱部分。(3)改变气体体积后不要立即读数,待稳定后再读数。
1.(2023山东聊城一中期末)物理课上,同学们利用如图所示的装置进行探究气体等温变化的规律的实验。(1)在实验中,下列哪些操作不是必需的　　　　。 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气压值D.读取刻度尺上显示的空气柱长度
(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,最能直观反映气体做等温变化的规律的是　　　　。 
保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变
解析 (1)为了保证气密性,应用橡胶套密封注射器的下端,故A正确,不符合题意;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,无需测量直径,故B错误,符合题意;D正确,不符合题意;为了得知气压的变化情况,需要读取压力表上显示的气压值,故C正确,不符合题意。
(2)手的温度会影响玻璃管内气体的温度,且如果实验过程中气体压缩太快,产生的热量不能快速释放,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。
(3)当气体做等温变化时,由玻意耳定律可知,p与V成反比,即p∝ ,p-V图像为双曲线,不易直观反映气体变化规律,p- 图像为直线,最能直观反映气体等温变化规律,故A、B、D错误,C正确。
探究点二　数据处理及误差分析
1.数据处理(1)作p-V图像。(2)作p- 图像。(3)得出结论。2.误差分析(1)体积测量引起的误差。(2)不能保持温度不变。(3)有漏气现象。
【例2】 用DIS研究在温度不变时,一定质量的气体压强与体积的关系的实验装置示意图如图所示。实验操作步骤如下:
①将活塞移动到注射器满刻度处;②用软管连接注射器和压强传感器,并将压强传感器重置;③用数据线依次连接压强传感器、数据采集器、计算机;④推动活塞,记录多组注射器上的刻度数值V,以及相应的压强传感器示数p。
其中一小组根据测量的数据,绘出p- 图像如图所示。发现图线的上端出现了一小段弯曲,产生这一现象的可能原因是　　　　　　　　　(写出一条即可)。 
解析 图线的上端出现了一小段弯曲,即当 增大,V减小时,p增加的程度不是线性关系,斜率减小说明压强增加程度减小,其原因是注射器存在漏气现象。
2.(2023江苏南通高二期中)某同学用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系,实验装置如图所示,实验中通过注射器示数读出气体体积V,用气压传感器记录气体压强p。
(1)关于本实验过程的说法正确的是　　　　; A.推拉活塞时,为了读数准确,动作要快B.推拉活塞时,为了稳定,手要握住注射器筒C.气压传感器与注射器之间的软管脱落后,应立即重新接上,继续实验并记录数据D.活塞和针筒之间的摩擦并不影响压强的测量
(2)某同学在做实验时,按实验要求组装好实验装置,然后按实验要求推动活塞,使注射器内空气体积发生变化,实验数据如下表所示,请在图中作出V与 的关系图像。
(3)由图像可以求得软管中气体的体积为　　　　 mL(保留两位有效数字)。 (4)由于在实验中未考虑软管中气体的体积,实验结果有一定的误差,为减小这一实验误差,请写出一条改进建议:　 。 
选用容积较大的注射器(或测出软管中气体的体积)
解析 (1)推拉活塞时,动作要慢,使气体温度与环境温度保持一致,A错误;推拉活塞时,手不能握住注射器筒,防止气体温度发生变化,B错误;气压传感器与注射器之间的软管脱落后,气体质量变化,需重新实验,C错误;实验使用的是气压传感器,活塞和针筒之间的摩擦并不影响压强的测量,D正确。
(2)将表格中的数据在坐标轴中描出来,然后用直线连接起来,连线的时候,使尽可能多的点分布在直线上,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,图像如图所示。
(3)设软管中气体的体积为V0,由图像可知体积的读数值比实际值小V0,根据
mL·Pa=19.8 mL·Pa,由表格数据可得6 mL=0.358×19.8 mL-V0,解得V0=1.1 mL。
(4)由于在实验中未考虑软管中气体的体积,实验结果有一定的误差,为减小这一实验误差,可以选用容积较大的注射器,从而减小软管中气体的体积比例,或者测出软管中气体的体积。
1.(实验操作)在探究气体压强与体积的关系实验中,下列四个因素对实验的准确性影响最小的是(　　)A.针筒封口处漏气B.采用横截面积较大的针筒C.针筒壁与活塞之间存在摩擦D.实验过程中用手去握针筒
解析 该实验前提是气体的质量和温度不变,针筒封口处漏气,则质量变小,用手握针筒,则温度升高,所以选项A、D错误;实验中我们只是测量空气柱的长度,不需测量针筒的横截面积,选项B正确;活塞与筒壁的摩擦对结果没有影响的前提是不考虑摩擦产生的热量,但实际上由于摩擦生热,会使气体温度升高,影响实验的准确性,选项C错误。
2.(实验操作、数据处理和误差分析)(2023辽宁抚顺高二期末)某物理实验小组利用如图所示装置探究一定质量的空气等温变化的规律。
(1)实验中需保证两个前提,简要说明为保证两个前提采用的方法:①　 ; ②　 。 (2)为求测量更精确,实验小组改进了测量器材,利用　　 　　传感器代替压力表测量压强,将橡胶套、刻度尺等撤下,利用计算机传感系统替代。 (3)采用新装置进行实验,操作过程无误,但根据测得的数据作出V- 图像不过坐标原点,如图所示,图像不过原点的可能原因为:　 。 
保证柱塞和橡胶套气密性良好,不漏气
活塞移动要缓慢,且不能用手长时间握空气柱
实验时未考虑注射器前端与计算机传感系统连接处的气体