2024年高考物理第一輪復習：創(chuàng)新實驗課(20)　探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關(guān)系

創(chuàng)新實驗課20

探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關(guān)系一、實驗基本技能1．實驗目的探究在溫度不變的情況下，一定質(zhì)量的理想氣體壓強與體積的關(guān)系．2．實驗原理本實驗就是研究在溫度不變時，氣體的壓強與體積之間的關(guān)系．在溫度不變的條件下，氣體壓強增大時，體積減??；氣體壓強減小時，體積增大．3．實驗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．實驗基礎(chǔ)知識C4．實驗步驟(1)如圖所示組裝實驗器材．(2)注射器兩端有柱塞和橡膠套，管內(nèi)密封一段空氣柱，這段空氣柱就是我們的研究對象．在實驗過程中，我們可以近似認為空氣柱的質(zhì)量和溫度不變．(3)用手把柱塞向下壓，選取幾個位置，同時讀出刻度尺讀數(shù)與壓強，記錄數(shù)據(jù)．二、規(guī)律方法總結(jié)1．數(shù)據(jù)處理(1)設(shè)計表格記錄數(shù)據(jù)．4．注意事項(1)適用條件是溫度保持不變，所以操作要緩慢，才能保證溫度不變．(2)要等到示數(shù)穩(wěn)定之后，再去讀數(shù)．(3)研究對象為一定質(zhì)量的氣體，防止漏氣．現(xiàn)用“驗證玻意耳定律”的儀器來測量大氣壓強p.注射器針筒已被固定在豎直方向上，針筒上所標刻度是注射器的容積，最大刻度Vm＝10mL.注射器活塞已裝上鉤碼框架，如圖所示．此外，還有一架托盤天平、若干鉤碼、一把米尺、一個針孔橡皮帽和少許潤滑油．(1)下面是實驗步驟，試填寫所缺的②和⑤.①用米尺測出注射器針筒上全部刻度的長度L.②________．命題點一實驗原理與操作C例

1③把適量的潤滑油抹在注射器的活塞上，將活塞插入外筒中，上下拉動活塞，使活塞與針筒的間隙內(nèi)均勻地涂上潤滑油．④將活塞插到適當?shù)奈恢茫輄____________________________________________________________.⑥在鉤碼框架兩側(cè)掛上鉤碼，記下掛上的鉤碼的質(zhì)量m1.在達到平衡后，記下注射器中空氣柱的體積V1.在這個過程中不要用手接觸注射器以保證空氣柱溫度不變．⑦增加鉤碼的個數(shù)，使鉤碼的質(zhì)量增大為m2，達到平衡后，記下空氣柱的體積V2.(2)計算大氣壓強p的公式是____________________．(用已給的和測得的物理量表示，重力加速度為g)解析：(1)實驗步驟：①用米尺測出注射器針筒上全部刻度的長度L.②稱出活塞和鉤碼框架的總質(zhì)量M.③把適量的潤滑油抹在注射器的活塞上，將活塞插入外筒中，上下拉動活塞，使活塞與針筒的間隙內(nèi)均勻地涂上潤滑油．④將活塞插到適當?shù)奈恢茫輰⒆⑸淦麽樛采系男】子孟鹌っ倍伦。拊阢^碼框架兩側(cè)掛上鉤碼，記下掛上的鉤碼的質(zhì)量m1，在達到平衡后，記下注射器中空氣柱的體積V1，在這個過程中不要用手接觸注射器以保證空氣柱溫度不變．⑦增加鉤碼的個數(shù)，使鉤碼的質(zhì)量增大為m2，達到平衡后，記下空氣柱的體積V2.[對點演練]1．某同學用如圖所示裝置探究氣體做等溫變化的規(guī)律．(1)在實驗中，下列哪些操作不是必需的_______________．A．用橡膠套密封注射器的下端B．用游標卡尺測量柱塞的直徑C．讀取壓力表上顯示的氣壓值D．讀取刻度尺上顯示的空氣柱長度(2)實驗裝置用鐵架臺固定，而不是用手握住玻璃管(或注射器)，并且在實驗中要緩慢推動活塞，這些要求的目的是_____________________________________________.(3)下列圖像中，最能直觀反映氣體做等溫變化的規(guī)律的是__________．解析：(1)由于玻璃管粗細均勻，因此用游標卡尺測量柱塞的直徑的操作不需要，選擇B.(2)不用手握住玻璃管(或注射器)，并且在實驗中要緩慢推動活塞，這些要求的目的是防止玻璃管內(nèi)的空氣溫度升高(或保持玻璃管內(nèi)的空氣溫度不變)．(3)根據(jù)氣體等溫變化，壓強與體積成反比可知最能反映氣體做等溫變化的規(guī)律的是圖像C.答案：(1)B

(2)防止玻璃管內(nèi)的空氣溫度升高

(或保持玻璃管內(nèi)的空氣溫度不變)

(3)C某實驗小組用如圖甲所示實驗裝置來探究一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等溫變化遵循的規(guī)律．命題點二數(shù)據(jù)處理與誤差分析C例

2答案：(1)D

(2)>

(3)實驗時未考慮注射器前端與橡皮帽連接處的氣體體積[對點演練]2．某同學用如圖所示裝置探究氣體做等溫變化的規(guī)律．(1)下列各項要求中，屬于本實驗必須要做到的是________．A．在等溫條件下操作B．注射器的密封性良好C．測量所封閉氣體的質(zhì)量D．氣體的壓強和體積必須用國際單位(2)某小組某次實驗只記錄了如表格所示的兩組數(shù)據(jù)．小王認為，這兩組數(shù)據(jù)很好地體現(xiàn)了玻意耳定律的規(guī)律，因為兩組數(shù)據(jù)p和V的乘積幾乎相等，說明p跟V成反比；小李卻認為，如果把這兩組數(shù)據(jù)在縱坐標軸為p、橫坐標軸為的坐標系中描點，這兩點連線的延長線將不經(jīng)過坐標原點，因此這兩組數(shù)據(jù)沒有反映玻意耳定律的規(guī)律．對此你有什么看法？_________________________________.數(shù)據(jù)序號均勻玻璃管內(nèi)空氣柱長度l/cm空氣柱的壓強p/105Pa139.81.024240.30.998命題點三創(chuàng)新拓展實驗C實驗器材的創(chuàng)新實驗目的的創(chuàng)新實驗原理的創(chuàng)新應(yīng)用傳感器采集實驗數(shù)據(jù)，結(jié)合計算機完成數(shù)據(jù)的處理分析，方便得出實驗規(guī)律.由探究氣體壓強和體積的關(guān)系遷移為測量不規(guī)則小物體的體積.利用連通器原理，通過U形管液面高度的變化，改變壓強與體積如圖1所示，用氣體壓強傳感器探究氣體等溫變化的規(guī)律，操作步驟如下：例

3①在注射器內(nèi)用活塞封閉一定質(zhì)量的氣體，將注射器、壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機逐一連接起來；②緩慢移動活塞至某一位置，待示數(shù)穩(wěn)定后記錄此時注射器內(nèi)封閉氣體的體積V1和由計算機顯示的氣體壓強值p1；③重復上述步驟②，多次測量并記錄數(shù)據(jù)；④根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，作出相應(yīng)圖像，分析得出結(jié)論．(1)在本實驗操作的過程中，需要保持不變的量是氣體的________和________．(2)根據(jù)記錄的實驗數(shù)據(jù)，作出了如圖2所示的p-V圖．對圖線進行分析，如果在誤差允許范圍內(nèi)，p1、p2、V1、V2之間滿足關(guān)系式________，就說明一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時，其壓強與體積成反比．圖線在V1、V2之間所圍的面積的物理意義是________________________．(3)(多選)在不同溫度環(huán)境下，另一位同學重復了上述實驗，實驗操作和數(shù)據(jù)處理均正確．環(huán)境溫度分別為T1、T2，且T1>T2.在如圖3所示的四幅圖中，可能正確反映相關(guān)物理量之間關(guān)系的是________(選填選項前的字母)．(4)在相同溫度環(huán)境下，不同小組的同學均按正確的實驗操作和數(shù)據(jù)處理的方法完成了實驗，并在相同坐標標度的情況下畫出了壓強與體積的關(guān)系圖線，如圖4所示．對于兩組的圖線并不相同的結(jié)果，他們請教了老師，老師的解釋是由于他們選取的氣體質(zhì)量不同．若4個小組所選擇的研究對象的質(zhì)量分別是m1、m2、m3和m4，則由圖可知它們的大小關(guān)系是m1________m2，m3________m4(均選填“大于”或“小于”)．[對點演練]3．(實驗器材的創(chuàng)新)如圖甲所示，用氣體壓強傳感器“探究氣體等溫變化的規(guī)律”，操作步驟如下：答案：(1)為過坐標原點的直線(2)傳感器與注射器間有氣體傳感器與注射器間的氣體體積4．(實驗原理的創(chuàng)新)如圖是探究氣體溫度不變時壓強與體積關(guān)系的實驗裝置，甲、乙兩圖中氣體的體積分別為(設(shè)玻璃管的截面積為S，水的密度為ρ，重力加速度為g，大氣壓強為p0)V甲＝________，V乙＝________；壓強分別為p甲＝________，p乙＝________．實驗中從測量的幾組數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)________，這個等式成立的條件是________，實驗中其值等于________．解析：根據(jù)圓柱體體積公式V＝hS得：V甲＝l1SV乙＝l2S根據(jù)連通器原理可知封閉氣體壓強為：p＝p0±ρgh，可得：p甲＝p0－