2021学年第一节 气体实验定律（Ⅰ）第1课时学案

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第1课时 实验：探究气体等温变化的规律
[学习目标] 1.知道控制变量法.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、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，由气压计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．
二、实验过程
(一)观察与思考
1．按如图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皮塞，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可以通过注射器玻璃管处的刻度尺读取，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可以从注射器上方的气压计指针读出．
4．观察空气柱体积与压强的变化规律．
(二)实验与探究
由于气压计读数误差相对较大，为了更精确地测量气体压强，我们引进压强传感器和数据采集器获取数据，并借助计算机处理数据，如图2所示．
图2
1．按图组装好仪器．
2．改变注射器内气体的体积，记录气体的压强值．
3．启用系统“绘图”功能，利用计算机得到压强与体积的关系图线．
三、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3所示．观察p－V图像的特点看能否得出p、V的定量关系．
图3
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4)，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4
3．实验结论：一定质量的气体，在温度不变的情况下，其压强与体积成反比．
四、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．实验前要在活塞上涂抹润滑油．
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．
(多选)“探究气体等温变化的规律”的实验装置如图5所示，下列说法正确的是( )
图5
A．实验过程中应保持被封闭气体的质量和温度不发生变化
B．实验中为找到体积与压强的关系，一定要测量空气柱的横截面积
C．为了减小实验误差，可以在柱塞上涂润滑油，以减小摩擦
D．处理数据时采用p－eq \f(1,V)图像，是因为p－eq \f(1,V)图像比p－V图像更直观
答案 AD
解析 本实验采用的方法是控制变量法，所以要保持被封闭气体的质量和温度不变，A正确；由于注射器的横截面积不变，所以只需测出空气柱的长度即可，B错误；涂润滑油的主要目的是防止漏气，使被封闭气体的质量不发生变化，C错误；p与V成反比，p－eq \f(1,V)图像是一条过原点的直线，而p－V图像是双曲线的一支，所以p－eq \f(1,V)图像更直观，D正确．
(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)某同学在实验中测得的数据在计算机屏幕上显示如下表所示，仔细观察“p·V”一栏中的数值，发现越来越小，造成这一现象的原因可能是________．
A.实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力越来越大
B．实验时环境温度升高了
C．实验时外界大气压强发生了变化
D．实验时注射器内的气体向外发生了泄漏
答案 (1)压强 质量 温度 (2)不能 (3)D
1．(多选)(2020·北京高二月考)在“探究气体等温变化的规律”实验中，为保持温度不变，下列采取的措施合理的是( )
A．推动活塞运动时尽可能慢些
B．在活塞上涂上润滑油，保持良好的密封性
C．不要用手握住注射器封闭气体部分
D．实验时尽量在注射器中封入较多的空气
答案 AC
2．(2020·北京市师达中学高二月考)某同学用如图1所示装置探究气体等温变化的规律．
图1
(1)在实验中，下列哪些操作不是必需的________．
A．用橡皮塞密封注射器的下端
B．用游标卡尺测量柱塞的直径
C．读取气压计上显示的气压值
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________．
答案 (1)B (2)保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变 (3)C
解析 (1)为了保证气密性，应用橡皮塞密封注射器的下端，A需要；由于注射器的直径为定值，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，B不需要，D需要；为了得知气压的变化情况，需要读取气压计上显示的气压值，C需要．
(2)手温会影响气体的温度，且实验过程中若气体压缩太快，温度升高后热量不能快速释放，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，p与V成反比，即p∝eq \f(1,V)，故p－eq \f(1,V)图像为直线，最能直观反映p与V成反比的关系．
3．(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2所示)画出p－eq \f(1,V)图线．
图2
(2)由画出的图线可得出的结论是________________________________．
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)图线为过原点的直线，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．
4．某实验小组用如图3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3
(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)图像可以直观反映出p与V的关系
(2)如图4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可能原因是_____________________________________．
图4
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的研究)
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，要缓慢移动注射器保证气体温度不变，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)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，则两次实验温度不同．
5．(2020·莱州一中高二月考)用如图5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入针管，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5
(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软管内气体
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)实验中画出的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软管内气体的体积．
6. “用DIS研究在温度不变时，一定质量气体压强与体积关系”的实验装置如图6所示．
图6
(1)保持温度不变，封闭气体的压强p用________传感器测量，体积V由________读出．
(2)某次实验中，数据表格内第2次～第8次压强没有记录，但其他操作规范．根据表格中第1次和第9次数据，推测出第7次的压强p7，其最接近的值是________．
A.128.5 kPa B．138.4 kPa
C．149.9 kPa D．163.7 kPa
(3)若考虑到连接注射器与传感器的软管内气体体积V0不可忽略，则封闭气体的真实体积为________．
答案 (1)压强 注射器刻度 (2)C (3)V0＋V
解析 (1)根据实验原理，结合实验设计，在保持温度不变的情况，用压强传感器测量气体的压强；体积V由注射器刻度来读出，气体的体积记作V.
(2)在温度不变的条件下，一定质量气体，压强与体积成反比；而第1次和第9次数据，它们的压强与体积乘积也正好近似相等，因此第7次的压强p7＝eq \f(100.1×18,12) kPa≈150 kPa，故选C.
(3)在软管内气体体积V0不可忽略时，被封闭气体的真实体积为V＋V0.序号
V(mL)
p(×105 Pa)
p·V(×105 Pa·mL)
1
20.0
1.001 0
20.020
2
18.0
1.095 2
19.714
3
16.0
1.231 3
19.701
4
14.0
1.403 0
19.642
5
12.0
1.635 1
19.621
V/m3
1.00
0.50
0.40
0.25
0.20
p/ (×105 Pa)
1.45
3.00
3.95
5.98
7.70
次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
压强p/kPa
100.1
p7
179.9
体积V/cm3
18
17
16
15
14
13
12
11
10