一輪復(fù)習(xí)新人教版實(shí)驗(yàn)20探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系學(xué)案

實(shí)驗(yàn)20探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄康葴厍闆r下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理在保證密閉注射器中氣體的質(zhì)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(yīng)氣體的壓強(qiáng)值,進(jìn)而研究在溫度不變的條件下氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)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、刻度尺等。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.如圖所示組裝實(shí)驗(yàn)器材。2.利用注射器封閉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(qiáng)的幾組數(shù)據(jù)?？諝庵拈L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?？諝庵膲簭?qiáng)p可以從與注射器內(nèi)柱塞相連的壓力表讀取。五、數(shù)據(jù)處理-V圖像以壓強(qiáng)p為縱坐標(biāo),以體積V為橫坐標(biāo),用采集的各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn),繪出等溫曲線,如圖所示。觀察p-V圖像的特點(diǎn)看能否得出p、V的定量關(guān)系。-1V以壓強(qiáng)p為縱坐標(biāo),以1V為橫坐標(biāo),在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)。如果p-1V圖像中的各點(diǎn)位于過原點(diǎn)的同一條直線上(如圖),就說明壓強(qiáng)p跟體積的倒數(shù)一定質(zhì)量的某種氣體,在溫度不變的情況下,壓強(qiáng)p與體積V成反比。六、誤差分析1.實(shí)驗(yàn)的過程中存在漏氣現(xiàn)象會造成誤差,在實(shí)驗(yàn)的過程中要保證橡膠套的氣密性,可在柱塞上涂潤滑油。2.下壓柱塞或上拉柱塞過快,會造成氣體溫度變化,引起實(shí)驗(yàn)誤差。在實(shí)驗(yàn)操作的過程中,改變空氣柱長度時(shí)操作要緩慢,同時(shí)手不能握住注射器。3.在讀壓力表和刻度尺示數(shù)時(shí)都會引起讀數(shù)誤差。因此要多測幾次取平均值。七、注意事項(xiàng)1.改變氣體體積時(shí),要緩慢進(jìn)行。2.實(shí)驗(yàn)過程中,不要用手接觸注射器的外壁。3.實(shí)驗(yàn)前要在柱塞上涂抹潤滑油。4.讀數(shù)時(shí)視線要與刻度線平行,與尺面垂直。-1V考點(diǎn)一基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)[例1][實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)步驟](2022·海南三亞模擬)某同學(xué)應(yīng)用如圖甲所示的裝置做“探究氣體等溫變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)。(1)他設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)步驟,其中有錯誤的步驟是(填步驟前的數(shù)字序號)。

①利用注射器選取一段空氣柱作為研究對象,保持氣體的質(zhì)量和溫度不變。②把柱塞快速地向下壓或向上拉,讀取空氣柱的長度l(可得到空氣柱體積V)與壓強(qiáng)p的幾組數(shù)據(jù)。③作出p-1V④改變空氣柱或環(huán)境溫度,重復(fù)實(shí)驗(yàn)。(2)若圖像中的各點(diǎn)位于過原點(diǎn)的同一條直線上,說明一定質(zhì)量的某種氣體,在溫度不變的情況下,壓強(qiáng)與體積成(選填“正比”或“反比”)。圖乙是該同學(xué)在不同環(huán)境溫度下,對同一段空氣柱實(shí)驗(yàn),得出的兩條等溫線a和b,對應(yīng)的溫度分別為Ta、Tb,則Ta(選填“>”“=”或“<”)Tb。

解析:(1)步驟②中不應(yīng)該把柱塞快速地向下壓或向上拉,這樣會導(dǎo)致氣體溫度發(fā)生明顯變化。(2)若圖像中的各點(diǎn)位于過原點(diǎn)的同一條直線上,即pV=常數(shù),說明一定質(zhì)量的某種氣體,在溫度不變的情況下,壓強(qiáng)與體積成反比。根據(jù)pVT=C可得p=CT·1V,則在p-1V圖像中,斜率越大,溫度越高,則Ta答案:(1)②(2)反比>[例2][數(shù)據(jù)處理與誤差分析]某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)用DIS研究溫度不變時(shí)一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。實(shí)驗(yàn)中通過注射器上的刻度讀出氣體體積V,用氣體壓強(qiáng)傳感器記錄氣體壓強(qiáng)p,研究氣體壓強(qiáng)和體積的關(guān)系。(1)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)過程的說法正確的是。

A.需要用天平測出注射器活塞的質(zhì)量,并將注射器豎直固定在鐵架臺上B.推拉活塞時(shí),為了穩(wěn)定,手要握住注射器筒C.推拉活塞時(shí),為了讀數(shù)準(zhǔn)確,動作要快(2)實(shí)驗(yàn)之前,在注射器的內(nèi)壁和活塞之間涂一些潤滑油,除了可以減小兩者之間的摩擦之外,主要作用是

。

(3)某同學(xué)在做實(shí)驗(yàn)時(shí),按實(shí)驗(yàn)要求組裝好實(shí)驗(yàn)裝置,然后按實(shí)驗(yàn)要求推動活塞,使注射器內(nèi)空氣體積發(fā)生變化,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示,請?jiān)趫D乙中作出V與1p序號V/mLp/(×105Pa)1p/(×10-5Pa-11182163144125106876(4)根據(jù)圖像可知軟管中氣體的體積為mL。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

(5)另一小組在做此實(shí)驗(yàn)時(shí),將注射器活塞置于刻度為10mL處,然后將注射器連接壓強(qiáng)傳感器并開始實(shí)驗(yàn),氣體體積V每增加1mL測一次壓強(qiáng)p,最后得到如圖丙所示的圖像。由此可推斷圖線彎曲的可能原因是在實(shí)驗(yàn)過程中。

解析:(1)該實(shí)驗(yàn)是研究溫度不變時(shí)一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系,不需要用到注射器活塞的質(zhì)量,故A錯誤;推拉活塞時(shí),手不能握住注射器筒,防止對其起到加熱作用,故B錯誤;推拉活塞時(shí),動作要慢,使氣體溫度與環(huán)境溫度保持一致,故C錯誤;活塞和針筒之間的摩擦并不影響壓強(qiáng)的測量,故D正確。(2)實(shí)驗(yàn)之前,在注射器的內(nèi)壁和活塞之間涂一些潤滑油,除了可以減小兩者之間的摩擦之外,主要作用是提高活塞密封性,防止漏氣。(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)連線,如圖所示。(4)設(shè)軟管中氣體體積為V0,由圖像可知體積的讀數(shù)值比實(shí)際值小V0,依據(jù)p(V+V0)=C,C為定值,則有V=Cp-V0,可得軟管中氣體的體積為圖線的縱軸截距,由圖像可得V0≈1.1mL(5)注射器內(nèi)氣體溫度升高,根據(jù)pVT=C,可知當(dāng)T增大時(shí),pV會增大,此時(shí)圖線應(yīng)向上彎曲,故A錯誤;同理可得,當(dāng)T減小時(shí),pV答案:(1)D(2)提高活塞密封性,防止漏氣(3)圖見解析(4)1.1(5)B考點(diǎn)二創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)[例3][實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新]如圖甲所示,用一個(gè)帶有刻度的注射器及DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來探究氣體的壓強(qiáng)與體積關(guān)系。(1)完成本實(shí)驗(yàn)的基本要求是。(多選)

(2)甲同學(xué)在做本實(shí)驗(yàn)時(shí),緩慢推動活塞,使注射器內(nèi)空氣柱體積減小,且pV(×105Pa·mL)數(shù)值越來越小,造成這一現(xiàn)象的原因可能是。

(3)乙同學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用圖像處理,但如圖乙所示的V-1p圖線不過原點(diǎn),則造成這一現(xiàn)象可能的原因是解析:(1)玻意耳定律成立的前提是等溫且質(zhì)量一定,實(shí)驗(yàn)要求在等溫條件下操作,實(shí)驗(yàn)過程中要確保容器氣密性良好,故A、B正確;氣體質(zhì)量一定即可,具體值不需要測量,故C錯誤;單位前后一致即可,可以不用國際單位,故D錯誤。(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)注射器活塞與筒壁間的摩擦力不斷增大,不會影響氣壓與體積,故A錯誤;實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度增大了,根據(jù)一定質(zhì)量理想氣體狀態(tài)方程pVT=C,pV乘積變大,故B錯誤;封閉氣體壓強(qiáng)與外界大氣壓強(qiáng)無關(guān),故C錯誤;實(shí)驗(yàn)時(shí)注射器的空氣向外發(fā)生了泄漏,根據(jù)一定質(zhì)量理想氣體狀態(tài)方程pVT=C,常數(shù)C與質(zhì)量有關(guān),C變小,(3)根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pVT=C可知,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的V-1p圖線是過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范正確,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的V-1p答案:(1)AB(2)D(3)注射器與壓強(qiáng)傳感器連接部位存在的氣體體積[例4][實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新]如圖為“研究一定質(zhì)量氣體在體積不變的條件下,壓強(qiáng)變化與溫度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。粗細(xì)均勻的彎曲玻璃管A臂插入燒瓶中,B臂與玻璃管C下部用橡膠管連接,C管開口向上,一定質(zhì)量的氣體被水銀封閉于燒瓶內(nèi)。開始時(shí),B、C內(nèi)的水銀面等高。(1)若氣體溫度升高,為使燒瓶及A、B管中氣體的體積不變,應(yīng)將C管(選填“向上”或“向下”)移動,直至B內(nèi)的水銀面回到原位置。

(2)實(shí)驗(yàn)中使燒瓶及A、B管中氣體的體積不變,多次改變氣體溫度,用Δt表示氣體升高的攝氏溫度,用p表示燒瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)。根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的圖線是。

(3)某同學(xué)還想用此實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證玻意耳定律,在保證溫度不變的情況下,尋找體積和壓強(qiáng)滿足一定的關(guān)系,現(xiàn)在不知道大氣壓強(qiáng)的具體數(shù)值,但大氣壓強(qiáng)可視為不變。也無法直接測出氣體的體積和B管的內(nèi)徑,但該同學(xué)通過分析還是可以驗(yàn)證玻意耳定律。①保證溫度不變的方法是。

②初始時(shí),B、C管中水銀面等高,然后向上移動C管,測量B管中水銀面比初始狀態(tài)水銀面上升了h,此時(shí),B、C管中水銀面的高度差為Δh,在h和Δh都很小的情況下(即Δh=0),只要h和Δh滿足(填字母)關(guān)系就可以驗(yàn)證玻意耳定律。

解析:(1)若氣體溫度升高,燒瓶及A、B管中氣體的體積不變,則氣體壓強(qiáng)增大,所以應(yīng)將C管向上移動,直至B內(nèi)的水銀面回到原位置。(2)燒瓶及A、B管中氣體的體積不變,設(shè)初狀態(tài)壓強(qiáng)為p1,溫度為T1,氣體升高的攝氏溫度與升高的熱力學(xué)溫度相等,則有ΔT=Δt,由p1T1=pT1+ΔT可得p=p1+p(3)①燒瓶及A、B管可與外界進(jìn)行熱傳遞,所以保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度不變,緩慢移動C管,穩(wěn)定后再測量數(shù)據(jù),故a正確。②設(shè)玻璃管的橫截面積為S,氣體做等溫變化,有p0V0=p1V1,末狀態(tài)壓強(qiáng)與體積為p1=p0+Δh,V1=V0-hS,代入上式有p0V0=(p0+Δh)(V0-hS),由于h、Δh都很小,即Δhh可以忽略,化簡得h=V0答案:(1)向上(2)C(3)①a②C[例5][實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)新]如圖甲是研究一定質(zhì)量的氣體在體積不變的時(shí)候,其壓強(qiáng)與溫度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。與壓強(qiáng)傳感器相連的試管內(nèi)裝有密閉的空氣和溫度傳感器的熱敏元件。將試管放在大燒杯的涼水中,逐次加入熱水并攪拌,通過計(jì)算機(jī)記錄并處理數(shù)據(jù)。(1)開始實(shí)驗(yàn)時(shí),壓強(qiáng)傳感器(選填“需要”或“不需要”)調(diào)零。

(2)計(jì)算機(jī)屏幕顯示如圖乙所示的壓強(qiáng)p與攝氏溫度t的關(guān)系圖像,圖線與p軸的交點(diǎn)Ⅰ為的壓強(qiáng)。另一組同學(xué)在相同環(huán)境下采用不同容積的試管做實(shí)驗(yàn),獲得的p-t關(guān)系圖像與圖乙相比,兩組圖像的斜率(選填“相同”或“不同”),且都經(jīng)過圖乙中的點(diǎn)。

(3)溫度傳感器中的熱敏元件用金屬鉑制成,在0～100℃范圍內(nèi)其電阻值Rt隨溫度t變化的線性關(guān)系如圖丙所示。溫度傳感器的測溫原理是通過測量與電阻值成正比、比例系數(shù)為k的電壓值U來顯示溫度值,則ΔUΔt解析:(1)壓強(qiáng)傳感器測量的是實(shí)際壓強(qiáng),不需要調(diào)零。(2)由題圖可知圖線與p軸的交點(diǎn)Ⅰ為0℃時(shí)的壓強(qiáng)。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有pVt+273=C,p=CV(t+273),則采用不同體積的試管做實(shí)驗(yàn),p-t關(guān)系圖像斜率不同。由p=CV(3)根據(jù)題圖丙可知Rt=R1+R2-R1t1t,根據(jù)題意有U=kRt,綜合得U=kR1+答案:(1)不需要(2)0℃時(shí)不同Ⅱ(3)k[例6][實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新]某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的裝置來探究“氣體溫度不變時(shí)壓強(qiáng)隨體積變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn),注射器導(dǎo)熱性能良好,用空心橡皮帽和活塞在注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體。質(zhì)量不計(jì)的細(xì)繩跨過滑輪,一端系到活塞上,調(diào)節(jié)滑輪的高度,使左側(cè)細(xì)繩拉直時(shí)能保持水平,另一端可以掛鉤碼。實(shí)驗(yàn)時(shí),在細(xì)繩的下端依次掛上質(zhì)量相同的鉤碼1,2,3,…,穩(wěn)定后通過注射器的標(biāo)度讀出對應(yīng)空氣柱的體積V,并能求出對應(yīng)氣體的壓強(qiáng)p。已知注射器的最大體積為Vm,刻度全長為L,大氣壓為p0,每個(gè)鉤碼的質(zhì)量為m,重力加速度為g。(1)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的操作,下列說法正確的是。(多選)

A.為減小誤差,每掛上一個(gè)鉤碼后,應(yīng)平衡后再讀出體積B.掛鉤碼時(shí),為了防止注射器脫落,應(yīng)用手緊緊握住注射器C.實(shí)驗(yàn)前,應(yīng)在活塞上涂上潤滑油,并來回拉動幾次(2)若在某次實(shí)驗(yàn)中細(xì)繩上所掛鉤碼個(gè)數(shù)為n,則平衡后對應(yīng)氣體的壓強(qiáng)為p=(用題目中已知量表示)。

(3)該同學(xué)根據(jù)測得氣體的體積和對應(yīng)的壓強(qiáng),作出了V-1p圖像,如圖乙所示,圖線不過原點(diǎn),則縱坐標(biāo)b代表;體積增大到一定值后,圖線開始偏離直線,可能是由于氣體溫度(選填“升高”或“降低”);也可能是由于裝置氣密性問題導(dǎo)致氣體質(zhì)量解析:(1)每掛上一個(gè)鉤碼,平衡后,待封閉氣體的體積不再發(fā)生變化,再讀出體積,可以減小誤差,故A正確;掛