高考物理系統(tǒng)性復習 (要點歸納+夯實基礎練) 第五節(jié) 實驗：探究理想氣體狀態(tài)方程（附解析）

第五節(jié)實驗：探究理想氣體狀態(tài)方程【要點歸納】一、實驗目的通過實驗探究一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變時，其壓強與體積變化的關系。二、實驗思路本實驗的方法為控制變量法，即控制氣體的質(zhì)量和溫度一定，探究氣體壓強與體積的關系。三、實驗器材鐵架臺、壓力表、注射器(帶橡膠套、柱塞)、刻度尺。四、實驗步驟1．按如圖所示，組裝實驗器材，在注射器下端的開口套緊橡膠套，密封一定質(zhì)量的空氣。2．測量空氣柱的體積V和壓強p?？諝庵拈L度l可以通過刻度尺讀取，空氣柱長度l與橫截面積S的乘積就是它的體積V；空氣柱的壓強p可以從與注射器內(nèi)空氣柱相連的壓力表讀取。3．把柱塞緩慢地向下壓或向上拉，再讀取一組空氣柱的長度與壓強的數(shù)據(jù)。4．重復步驟3，獲取多組數(shù)據(jù)。五、數(shù)據(jù)處理1．以壓強p為縱坐標，以體積V為橫坐標，在坐標紙上描點作圖，分析p與V之間的關系。某次實驗的p-V圖如圖甲。2．p-V圖不是線性關系，很難判斷p與V的關系。由圖甲猜想p可能與V成反比，p還可能與V2成反比，……可以進一步通過圖像來檢驗這些猜想。先以壓強p為縱坐標，以體積的倒數(shù)為橫坐標，把采集的各組數(shù)據(jù)在坐標紙上描點。如果p-eq\f(1,V)圖像中的各點位于過原點的同一條直線上，就說明壓強跟體積的倒數(shù)成正比，即壓強與體積成反比。如果不在同一條直線上，再嘗試其他關系。3．根據(jù)多次實驗的數(shù)據(jù)均可作出乙圖，由此可得到結論：一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，其壓強與體積的倒數(shù)成正比，即壓強與體積成反比。六、誤差分析1．漏氣造成空氣柱質(zhì)量變化。改進措施：給注射器柱塞涂潤滑油，使橡膠套盡量密封，壓強不要太大。2．空氣柱溫度不恒定造成誤差。改進措施：盡量在恒溫環(huán)境操作，移動柱塞盡量緩慢。3．空氣柱體積和氣壓測量不準確。改進措施：采用較細的注射器和準確度高的壓力表。七、注意事項1．為了保持封閉氣體的質(zhì)量不變，實驗中采取的主要措施是注射器活塞上涂潤滑油。2．為了保持封閉氣體的溫度不變，實驗中采取的主要措施是移動活塞要緩慢，且不能用手握住注射器封閉氣體部分?！竞粚嵒A練】1．(2022?福建師范大學附屬中學高三(下)開學考試)在“探究氣體等溫變化的規(guī)律”實驗中，封閉的空氣如圖所示，形管粗細均勻，右端開口，已知外界大氣壓為水銀柱高，圖中給出了氣體的兩個不同的狀態(tài)。(1)實驗時甲圖氣體的壓強為___________；乙圖氣體壓強為___________。(2)實驗時某同學認為形管的橫截面積可不用測量，這一觀點正確嗎？___________(選填“正確”或“錯誤”)。(3)數(shù)據(jù)測量完后在用圖像法處理數(shù)據(jù)時，某同學以壓強為縱坐標，以體積(或空氣柱長度)為橫坐標來作圖，你認為他這樣做能方便地看出與間的反比關系嗎？___________(選填“能”或“不能”)。【解析】(1)[1][2]題圖甲中氣體壓強為，圖乙中氣體壓強為；(2)[3]由玻意耳定律，即，(、為空氣柱長度)，知，形管的橫截面積可不用測量；(3)[4]以為縱坐標，以為橫坐標，作出圖線是一條曲線，但曲線未必表示反比關系，所以應作出圖線，看是否為過原點的直線，才能最終確定與是否成反比?！敬鸢浮竣?6②80③正確④不能2．某實驗小組用如圖所示裝置探究氣體做等溫變化的規(guī)律。已知壓力表通過細管與注射器內(nèi)的空氣柱相連，細管隱藏在柱塞內(nèi)部未在圖中標明。壓力表中讀取空氣柱的壓強，從注射器旁的刻度尺中讀取空氣柱的長度。(1)為了保持封閉氣體的質(zhì)量不變，實驗中采取的主要措施是______；(2)實驗過程中，下列說法正確的______；A．推拉活塞時，動作要快，以免氣體進入或漏出B．推拉活塞時，手不可以握住整個注射器C．活塞移至某位置時，應迅速記錄此時注射器內(nèi)氣柱的長度和壓力表的壓強值(3)某同學測出了注射器內(nèi)封閉氣體的幾組壓強p和體積V的值后，以p為縱軸、為橫軸，畫出圖象如圖所示，則產(chǎn)生的可能原因是______；A．實驗過程中有漏氣現(xiàn)象B．實驗過程中氣體溫度降低C．實驗過程中氣體溫度升高(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系圖線，如圖所示。兩組圖線不相同的原因是______?！敬鸢浮孔⑸淦魃贤可蠞櫥?保證封閉氣體質(zhì)量不變的措施都可以)BC他們選取氣體質(zhì)量不同【解析】(1)[1]為了保持封閉氣體的質(zhì)量不變，實驗中采取的主要措施是注射器上涂上潤滑油防止漏氣；(2)[2]A．若急速推拉活塞，則有可能造成等溫條件的不滿足，所以應緩慢推拉活塞，故A錯誤；B．手握活塞造成溫度變化，故B正確；C．應等狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄此時注射器內(nèi)氣柱的長度和壓力表的壓強值，故C錯誤；故選B；(3)[3]圖象發(fā)生了彎曲，則說明在實驗中溫度發(fā)生了變化，因圖象向上彎曲，故溫度升高了故選C；(4)[4]圖線的斜率根據(jù)克拉柏龍方程可知，由于溫度相同，說明他們選取氣體質(zhì)量不同。3．賈同學用注射器和壓強傳感器探究一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等溫變化時所遵循的規(guī)律。實驗裝置如圖甲所示，用活塞和注射器外筒封閉一定量的氣體，其壓強可由左側(cè)的壓強傳感器測得。(1)有關該實驗的說法，正確的是___________。A．實驗時注射器必須水平放置B．需用控制變量法研究氣體的變化規(guī)律C．注射器內(nèi)部的橫截面積的具體數(shù)據(jù)必需測出D．注射器旁的刻度尺的刻度只要均勻即可，無須標注單位(2)進行實驗操作時，不能推拉活塞過快，其原因是___________。A．防止封閉氣體的質(zhì)量發(fā)生改變B．防止封閉氣體的溫度發(fā)生改變(3)賈同學首先在實驗室Ⅰ進行了實驗，下表為記錄的實驗數(shù)據(jù)，其中有一次記錄的實驗數(shù)據(jù)錯誤，記錄錯誤的是___________(填錯誤數(shù)據(jù)對應的實驗序號)。實驗序號12345封閉氣柱長度12.0011.0010.009.008.00封閉氣柱壓強1.001.091.201.331.90(4)賈同學利用同一裝置對同一封閉氣體在另一溫度稍高的實驗室Ⅱ進行了實驗，根據(jù)實驗室Ⅰ、Ⅱ記錄的數(shù)據(jù)用正確的方法作出的圖像如圖乙所示，根據(jù)實驗室Ⅱ記錄的數(shù)據(jù)作出的圖像應為___________(填圖線代號)。【解析】(1)[1]A．實驗時注射器不必保持水平放置，氣體壓強由傳感器直接讀出，A錯誤；B．氣體狀態(tài)參量有p、V、T，故需用控制變量法研究氣體的變化規(guī)律，B正確；C．注射器內(nèi)部的橫截面積固定不變，體積與氣柱長度成正比，故具體數(shù)據(jù)不必測出，C錯誤；D．注射器旁的刻度尺的刻度只要均勻即可確定體積變化，故無須標注單位，D正確。故選BD。(2)[2]進行實驗操作時，不能推拉活塞過快，其原因是防止封閉氣體的溫度發(fā)生改變，B正確。故