2025版高考物理全程一輪復(fù)習(xí)第十四章熱學(xué)實驗十九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

實驗十九探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系1.學(xué)會探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系．2．會用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)．一、操作過程1．按實驗原理圖安裝好儀器2.使活塞處于適當(dāng)?shù)奈恢?，安裝好橡膠套，密封一定質(zhì)量的空氣．提醒：密封的氣體體積要適當(dāng)大一些3.把柱塞緩慢地向下壓或向上提，當(dāng)柱塞穩(wěn)定后讀取空氣的體積以及對應(yīng)的氣壓計的示數(shù)，并記錄到設(shè)計好的表格內(nèi)．提醒：緩慢移動是為了保證密閉空氣的溫度保持不變4．實驗完畢，整理實驗儀器．二、數(shù)據(jù)處理以壓強(qiáng)p為縱坐標(biāo)，以體積V為橫坐標(biāo)作出p-V圖像，如圖甲所示；再以體積的倒數(shù)1V為橫坐標(biāo)作出p-1三、誤差分析1．橡膠套密封不嚴(yán)會使空氣柱的質(zhì)量變化引起誤差．2．實驗過程環(huán)境溫度變化或柱塞向下壓或向上拉得過快會使空氣柱的溫度變化引起誤差．3．空氣柱體積、壓力表的讀數(shù)等引起的誤差．四、注意事項1．為保證氣體密閉，應(yīng)在柱塞與注射器壁間涂上潤滑油．2．為保持氣體溫度不變，實驗過程中不要用手握住注射器有密閉氣體的部位；同時，改變體積過程應(yīng)緩慢，以免影響密閉氣體的溫度．3．注射器內(nèi)外氣體的壓強(qiáng)差不宜過大．4．在等溫過程中，氣體的p-V圖像呈現(xiàn)為雙曲線的一條，不便確定p與V的關(guān)系，要通過坐標(biāo)變換畫p-1V圖像，把雙曲線的一條變?yōu)橹本€，以方便判斷p和V考點一教材原型實驗例1物理小組的同學(xué)們利用圖甲所示的裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律．實驗步驟如下：①將注射器下端開口處套上橡膠套，和柱塞一起封閉一段空氣柱；②測出空氣柱的橫截面積，通過刻度尺讀取空氣柱的長度，可得空氣的體積V；③從與注射器內(nèi)空氣柱相連的壓力表讀取空氣柱的壓強(qiáng)p；④把柱塞迅速地向下壓或向上拉，讀取空氣柱的長度與壓強(qiáng)，獲取空氣柱的體積V和壓強(qiáng)p的幾組數(shù)據(jù)；⑤將各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點，繪制曲線，得出溫度不變時氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系．完成下列填空：(1)實驗中出現(xiàn)錯誤的步驟是________(選填步驟前的數(shù)字序號)，應(yīng)該糾正為______________________________．(2)糾正了實驗中的錯誤后，重新規(guī)范完成實驗．用采集的各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點，繪制曲線如圖乙所示，根據(jù)繪制的p-V圖線，______(選填“能”或“不能”)直觀判斷空氣柱的壓強(qiáng)與體積成反比，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.例2用圖甲所示裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律．(1)實驗中，為找到體積與壓強(qiáng)的關(guān)系，______(選填“需要”或“不需要”)測空氣柱的橫截面積；(2)關(guān)于該實驗的操作，下列說法正確的有________；A．柱塞上應(yīng)該涂油B．應(yīng)緩慢推拉柱塞C．用手握住注射器推拉柱塞D．注射器必須固定在豎直平面內(nèi)(3)測得多組空氣柱的壓強(qiáng)p和體積V的數(shù)據(jù)后，以p為縱坐標(biāo)，1V為橫坐標(biāo)，在坐標(biāo)系中描點作圖；小明所在的小組不斷壓縮氣體，由測得的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)p與V例3[2024·云南模擬預(yù)測]某同學(xué)用注射器和壓強(qiáng)傳感器探究一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等溫變化時遵循的規(guī)律，實驗裝置如圖(a)所示．用活塞和注射器外筒封閉一定的氣體，其壓強(qiáng)可由左側(cè)的壓強(qiáng)傳感器測得．(1)在注射器柱塞上涂上潤滑油，其主要目的是____________．(2)該同學(xué)在一次實驗中，計算機(jī)屏幕顯示如圖(b)所示，其縱坐標(biāo)表示封閉氣體的體積，則橫坐標(biāo)表示的物理量是封閉氣體的________；A．熱力學(xué)溫度TB．?dāng)z氏溫度tC．壓強(qiáng)pD．壓強(qiáng)的倒數(shù)1(3)若該實驗的誤差僅由注射器與傳感器之間細(xì)管中的氣體體積V0導(dǎo)致的，由圖(b)可得V0大小為________mL(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)．考點二探索創(chuàng)新實驗例4[2023·山東卷]利用圖甲所示實驗裝置可探究等溫條件下氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系．將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺上，注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的空氣，下端通過塑料管與壓強(qiáng)傳感器相連．活塞上端固定一托盤，托盤中放入砝碼，待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄氣體壓強(qiáng)p和體積V(等于注射器示數(shù)V0與塑料管容積ΔV之和)，逐次增加砝碼質(zhì)量，采集多組數(shù)據(jù)并作出擬合曲線如圖乙所示．回答以下問題：(1)在實驗誤差允許范圍內(nèi)，圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線，說明在等溫情況下，一定質(zhì)量的氣體________．A．p與V成正比B．p與1V(2)若氣體被壓縮到V＝10.0mL，由圖乙可讀出封閉氣體壓強(qiáng)為________Pa(保留3位有效數(shù)字)．(3)某組同學(xué)進(jìn)行實驗時，一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時漏掉了ΔV，則在計算pV乘積時，他的計算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計算結(jié)果之差的絕對值會隨p的增大而________(填“增大”或“減小”)．例5[2024·河北秦皇島考試]某實驗小組用圖甲所示裝置探究氣體等溫變化規(guī)律．(1)實驗前他們先討論了實驗注意事項，下列說法中正確的是________．A．實驗前給注射器柱塞涂潤滑油是為了提高裝置的氣密性，防止漏氣B．實驗前給注射器柱塞涂潤滑油是為了減小柱塞與注射器間的摩擦力，減小壓強(qiáng)測量誤差C．為了減小實驗誤差，實驗時推拉注射器柱塞的動作要快D．為了減小實驗誤差，實驗時不可用手握注射器(2)由注射器刻度讀出空氣柱的長度，并記錄對應(yīng)壓強(qiáng)傳感器的示數(shù)．通過推拉注射器的柱塞，得到多組空氣柱長度L和對應(yīng)的氣體壓強(qiáng)p，以氣體壓強(qiáng)p為縱軸，空氣柱長度L為橫軸，將得到的數(shù)據(jù)描點、連線，得到如圖乙所示的圖像，由此圖像可得出的實驗結(jié)論為______________________________，由于圖像是曲線，不好定量分析氣體的壓強(qiáng)和體積的關(guān)系，有同學(xué)提出以氣體壓強(qiáng)p為縱軸，________(空氣柱長度L的相關(guān)函數(shù))為橫軸，若得到一條過原點的直線，則表明在溫度不變的情況下氣體的壓強(qiáng)與體積成反比．(3)他們對相同的封閉氣體在兩種不同溫度下進(jìn)行實驗，得到了如圖丙所示的兩條圖線a、b，當(dāng)壓強(qiáng)都為p1時，橫軸坐標(biāo)分別為x1＝0.091m－1、x2＝0.100m－1，其中a圖像對應(yīng)的實驗溫度為7℃，T＝t＋273(K)，請你由氣體實驗定律推斷b圖像對應(yīng)的實驗溫度應(yīng)該為________℃(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)．實驗十九探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系關(guān)鍵能力·分層突破考點一例1解析：(1)實驗中出現(xiàn)錯誤的步驟是④，為避免溫度變化，應(yīng)該糾正為把柱塞緩慢地向下壓或向上拉．(2)根據(jù)繪制的p-V圖線，不能直觀判斷空氣柱的壓強(qiáng)與體積成反比，理由是p-V圖線是曲線，只能猜想p與V成反比，需要轉(zhuǎn)化為直線進(jìn)一步檢驗．答案：(1)④把柱塞緩慢地向下壓或向上拉(2)不能p-V圖線是曲線，只能猜想p與V成反比，需要轉(zhuǎn)化為直線進(jìn)一步檢驗例2解析：(1)由于注射器的橫截面積相等，所以在此實驗中可用長度代替體積，故不需要測空氣柱的橫截面積．(2)柱塞上涂油，既減小摩擦，又防止漏氣，故A正確；若急速推拉活塞，則有可能造成漏氣和不滿足等溫條件，所以應(yīng)緩慢推拉活塞，故B正確；手握注射器會造成溫度變化，故C錯誤；壓強(qiáng)由壓力表測量，不是由豎直的平衡條件計算，所以不需要豎直放置，故D錯誤．(3)由pVT＝C，可得p＝CT·1V，則p-1V圖像的斜率為k＝CT，又因pV＝CT，且p與答案：(1)不需要(2)AB(3)②漏氣例3解析：(1)在注射器柱塞上涂上潤滑油，其主要目的是防止漏氣，使被封閉氣體的質(zhì)量不發(fā)生變化．(2)理想氣體發(fā)生等溫變化時遵循玻意耳定律pV＝C，故V＝C1p，則V-1(3)圖(b)所示的V-1p圖線不過原點，就是由于計算體積時沒考慮注射器與傳感器之間細(xì)管中的氣體體積，即縱截距大小即為V0，由圖像可知V0答案：(1)防止漏氣(2)D(3)1考點二例4解析：(1)在實驗誤差允許范圍內(nèi)，圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線，說明在等溫情況下，一定質(zhì)量的氣體，p與1V(2)若氣體被壓縮到V＝10.0mL，則有1V＝110.0mL－1＝100×10－3由圖乙可讀出封閉氣體壓強(qiáng)為p＝2.04×105Pa.(3)某組同學(xué)進(jìn)行實驗時，一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時漏掉了ΔV，則在計算pV乘積時，根據(jù)p(V0＋ΔV)－pV0＝pΔV可知他的計算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計算結(jié)果之差的絕對值會隨p的增大而增大．答案：(1)B(2)2.04×105(3)增大例5解析：(1)實驗前給注射器柱塞涂潤滑油是為了增強(qiáng)實驗裝置的氣密性，保證封閉氣體質(zhì)量不變，而不是為了減小柱塞與注射器之間的摩擦力，因為氣體的壓強(qiáng)由壓強(qiáng)傳感器直接測得，故選項A正確，B錯誤；為了防止封閉氣體的溫度變化影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，要緩慢推拉柱塞，并且不能用手握注射器，故選項C錯誤，D正確．(2)由題圖乙可以得出實驗結(jié)論：空氣柱體積越