實驗十七　探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關(guān)系

實驗十七探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關(guān)系1.運用玻意耳定律可以測量小晶體的體積,裝置示意圖如圖所示,實驗步驟如下:123p/(105Pa)0.771.001.33V/(10-5m3)1.201.000.85①取適量小晶體,裝入注射器內(nèi);②緩慢推動活塞至某一位置,記錄活塞所在位置的容積刻度V1,通過壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器從計算機上讀取此時氣體的壓強p1;③重復(fù)步驟②,記錄活塞在另一位置的容積刻度V2并讀取相應(yīng)的氣體的壓強p2;④再重復(fù)步驟②,處理記錄的3組數(shù)據(jù),得到小晶體的體積.(1)實驗中緩慢推動活塞,是為了保持溫度不變.

(2)為了減小實驗誤差,采用作直線圖像的方法來處理實驗數(shù)據(jù),則方格圖中縱坐標(biāo)應(yīng)標(biāo)明的物理量是V(選填“V”或“1V”),橫坐標(biāo)則應(yīng)標(biāo)明的物理量是

1p(選填“p”或“1(3)如果圖像的斜率用k表示,則注射器內(nèi)小晶體的體積V0與容積刻度V、氣體的壓強p的關(guān)系表達式為V0=V-kp(4)采用圖像法處理實驗數(shù)據(jù),則本次數(shù)據(jù)的不足之處是數(shù)據(jù)太少.

[解析](1)實驗中推動活塞,活塞對氣體做功,而緩慢推動可以使被壓縮氣體與周圍環(huán)境充分進行熱傳遞,以保持與周圍環(huán)境溫度一致,即為了保持溫度不變.(2)對氣體的等溫變化過程,有p(V-V0)=C,C為恒量,即V=C1p+V0,故縱坐標(biāo)應(yīng)標(biāo)明的物理量是V,橫坐標(biāo)則應(yīng)標(biāo)明的物理量是1(3)氣體等溫變化圖像的函數(shù)表達式為V=C1p+V0,如果圖像的斜率用k表示,可得V=k1p+V0,V0=V-(4)用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)就是為了減小偶然誤差,所以題中數(shù)據(jù)量太少,需要多測量幾組數(shù)據(jù).2.為了測量某不規(guī)則小物體的體積,一位同學(xué)利用如圖所示的裝置進行了如下實驗:(注射器內(nèi)氣體可視為理想氣體)①將不規(guī)則物體裝入注射器內(nèi);②將注射器和壓強傳感器相連,然后推動活塞至某一位置,記錄活塞所在位置的刻度V,壓強傳感器自動記錄此時氣體的壓強p;③重復(fù)步驟②,分別記錄活塞在其他位置的刻度V和相應(yīng)的氣體的壓強p;④根據(jù)記錄的數(shù)據(jù),作出1p-V圖像,推測出不規(guī)則物體體積(1)根據(jù)如圖所示的圖像,可求得不規(guī)則物體的體積約為5.5mL.

(2)如果在上述實驗過程中,由于注射器內(nèi)氣體的溫度升高,那么,所測不規(guī)則物體體積值偏大(選填“偏大”“偏小”或“不變”).

(3)為提高實驗的準(zhǔn)確性,本實驗的基本要求是封閉氣體的質(zhì)量和溫度不變.

[解析](1)實驗測得的體積實際上是不規(guī)則物體體積與氣體體積之和,對于被封閉的氣體,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知pV氣T=C,得1p=V氣TC.當(dāng)T保持不變,1p趨于0時,氣體體積趨于0,由1p-(2)當(dāng)氣體溫度升高時,氣體的體積趨于膨脹,更難被壓縮,所作的1p-V圖線與橫軸的交點將向右平移,所測不規(guī)則物體體積偏大(3)只有一定質(zhì)量的氣體溫度保持不變時,體積與壓強才成反比,所以完成本實驗的基本要求是封閉氣體的質(zhì)量和溫度不變.3.如圖甲是研究一定質(zhì)量的氣體在體積不變的時候,其壓強與溫度關(guān)系的實驗裝置.與壓強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,通過計算機記錄并處理數(shù)據(jù).(1)開始實驗時,壓強傳感器不需要(選填“需要”或者“不需要”)調(diào)零.

(2)計算機屏幕顯示如圖乙的壓強p與攝氏溫度t的關(guān)系圖像,圖線與p軸的交點Ⅰ為0℃時的壓強.另一組同學(xué)在相同環(huán)境下采用不同容積的試管做實驗,獲得的p-t關(guān)系圖像與圖乙相比,兩組圖像的斜率不同(選填“相同”或“不同”),且都經(jīng)過圖乙中的Ⅱ點.

(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)壓強傳感器測量的是實際壓強,不需要調(diào)零.(2)由圖可知圖線與p軸的交點Ⅰ為0℃時的壓強.根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有pVt+273=C,可得p=CV(t+273),則采用不同體積的試管做實驗,p-t關(guān)系圖像斜率不同.由p=CV(t+273)發(fā)現(xiàn)