2021试验17探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

1、实验十七探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系口实验储备自主1.实验目的紧抓教仞I 自主落宴探究一定质量的气体在温度不变的条件下的压强与体积的关系2.实验原理(1)描述气体状态的压强、温度、体积三个物理量称为气体状态参量，当其 中某个参量发生变化时，通常会引起另外两个参量的变化。要研究这三个参量 的变化规律，可以运用控制变量的方法，分别研究两个参量之间的关系。(2)本实验就是研究在温度不变时，气体的压强与体积之间的关系。如图是 传统的探究气体温度不变时压强与体积关系的实验装置，压强可通过压强计读 出。柱寒 塞 气胶 活 空橡HIHI23-113103.实验器材注射器、DIS(压强传感器、数

2、据采集器、计算机等)。.实验步骤(1)将压强传感器接入数据采集器。点击教材专用软件主界面上的实验条目“气体压强与体积的关系”，打开该软件。(2)点击“开始记录”，观察压强传感器实时测得的大气压强值。(3)把注射器活塞置于初始位置(本次实验为11 mL处)，并将注射器与压强传感器前端软管紧密连接，确保其气密性。(4)在软件窗口下方的表格中输入活塞初始位置对应的气体体积值。点击“记录数据”，记录下此刻的压强值。(5)连续改变注射器活塞的位置使气体体积发生变化，将变化后的体积值输 入到表格中，同时记录该体积对应的压强值，获得多组数据。点击“数据计算” 对表格中数据进行计算。(6)点击“p-V绘图”，

3、根据已有数据点绘出“压强一体积”关系图线1 一,点击“p-土绘图，绘出 压强体积倒数”关系图线。.注意事项(1)本实验应用物理实验中常用的控制变量法，探究在气体质量和温度不变 的情况下(即等温过程)，气体的压强和体积的关系。(2)为保持等温变化，实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位。同时， 改变体积过程应缓慢，以免影响密闭气体的温度。为保证气体密闭，应在活塞 与注射器壁间涂上润滑油，注射器内外气体的压强差不宜过大。(3)实验中所用的压强传感器精度较高，而气体体积是直接在注射器上读出 的，其误差会直接影响实验结果。(4)在等温过程中，气体的压强和体积的关系在p-V图象中呈现为双曲线。1处理实

4、验数据时，要通过变换，即回 p-V图象，把双曲线变为直线，说明p和V成反比。这是科学研究中常用的数据处理的方法，因为一次函数反映的物理规律化较直观，容易得出相关的对实验研究有用的参数。用缘提升考向1实验原理与操作多维突破1.在活塞上涂上润滑油，保持良好的密封性，可以保持封闭气体的质量不发生变化2,缓慢的推拉活塞，可以使气体的温度保持与外界的温度保持一致，从而可以保持封闭气体的温度不变。3.手不能直接握在注射器上，因为手的温度可能改变气体的温度。题组训练. (1)如图所示，用一个带刻度的注射器及计算机辅助系统来探究气体的压强和体积关系，实验中应保持不变的参量是,所研究的对象是注射器中0封闭的气体

5、，它的体积可用注射器直接读出，它的压强是由图中压强传感器、 数据采集器得到。(2)实验过程中，下列操作正确的是A .推拉活塞时，动作要快B.推拉活塞时，手不能握住注射器筒C.压强传感器与注射器之间的软管脱落后，应立即重新接上，继续实验并 记录数据D.活塞和针筒之间要保证不漏气E.活塞和针筒之间的摩擦并不影响压强的测量解析(1)在研究一定质量的气体压强与体积的关系时，气体的温度是不能 变化的，由理想气体状态方程pV=k,可得当气体的温度不变的情况下，p与V 是成反比的。推拉活塞时，动作要慢，使其温度与环境保持一致，故 A错误；推拉活塞时，手不能握住注射器，防止手对其起加热作用，故B正确；橡皮帽与

6、注射器脱落后，气体质量变化，需重新做实验，故 C错误；不漏气可以保证气体质量一定，故D正确；活塞和针筒之间的摩擦并不影响压强的测量，故E正确。答案温度 (2)BDE.在“用DIS研究温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”实验中:传感器通(1)气体的体积可直接从注射器上读出，气体的压强是用过计算机系统得到的(2)下列各项要求中，属于本实验必须要做到的是 。A.在等温条件下操作B.注射器的密封性良好C.弄清所封闭气体的质量D.气体的压强和体积必须用国际单位(3)对测得的实验数据进行处理时，发现各组同学计算的气体压强 p与体积V 的乘积值不完全相等，其主要原因是由于封闭气体的 不同。解析(1)

7、用DIS做实验时，气体的压强是用压强传感器通过计算机系统得至IJ的。(2)本实验的条件是：温度不变、气体质量一定，所以要在等温条件下操作， 注射器密封性要好，故A、B正确；本实验研究质量一定的气体压强与体积的关 系，不需要测量气体的质量，故 C错误；本实验研究气体的压强和体积的比例 关系，单位无需统一为国际单位，故 D错误。(3)根据气态方程pV=nRT, RT相同，pV不同，是由于摩尔数不同，空气 的质量不同。答案(1)压强 (2)AB (3)质量.如图所示，用一个带两根细管的橡皮塞塞紧烧瓶的瓶口，压强传感器通 过其中一根不带阀门的细管连通烧瓶中的空气，另一根带阀门的细管连通注射 器。开始时

8、阀门处于关闭状态，注射器针筒的最大刻度线到阀门之间充满了水。 现利用该装置进行验证玻意耳定律的实验。依图示连接好实验器材，运行 DIS 软件进入实验界面，点击“开始记录”后：打开阀门，推注射器活塞向烧瓶内注入适量的水，关闭阀门；记录气体的压强p,并在表格中记录注入的水的体积 V;保持烧瓶中气体的温度不变，重复实验得到多组实验数据，点击“停止 记录”。(1)实验中通过测得注入烧瓶中的水的体积。(2)为验证玻意耳定律，采用图象法处理实验数据时，应选择 。1A. p-V图象B. p-V图象1一L1 1一jC. V-p图象D. 纺出一条即可)。解析(1)因为注射器上有刻度，所以通过注射器上的刻度测得注

9、入烧瓶中的水的体积。1(2)设烧瓶的体积为V0,由玻意耳定律可得p(V0V) = C,化简可得V=Cp 1 -+ V0,由此可以看出应该作 V-1图象。p 一1如果实验操作规范正确，但如图所示的V-1图线不过原点，则 Vo代表p -V图象(3)根据上述实验数据的图象可以测得 在着可能影响实验精确度的主要因素有考向2数据处理与误差分析一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强 p与体积V成反比，所 以p-V图线是双曲线，但不同温度下的图线是不同的。如图是一定质量的气体 分别在ti、t2温度下等温变化的p-V图线，其中温度较高的是t2o题组训练.用DIS研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关

10、系的实验装置如 图甲所示，实验步骤如下：甲乙把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接；移动活塞，记录注射器的刻度值 V,同时记录对应的由计算机显示的气体 压强值p;1用V-1图象处理实验数据，得出如图乙所示图线。 p(1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是0(2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是ft解析(1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是在注射器活塞上涂润滑油，这样可以保持气密性。(2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是移动活塞要缓慢；不能用手握住注射器封闭气体部分，这样能保证装置与外

11、界温度一样。C (3)根据p(V+V0)=C, C为定值，则V=-V0O如果实验操作规范正确, p则V0代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积。答案(1)在注射器活塞上涂润滑油(2)移动活塞要缓慢；不能用手握住注射器封闭气体部分(3)注射器与压强传感器连接部位的气体体积2,用注射器做“验证玻意耳定律”的实验，如图所示。(1)若测得注射器的全部刻度长为l,由注射器的刻度直接读出其容积为V,由天平测得注射器的活塞和钩码框架的总质量为mi,由气压计读出大气压强为P0O当框架两侧对称悬挂钩码总质量为 m2时，则气体压强为；去掉钩码，用弹簧测力计竖直向上拉框架，测得拉力为F,则气体压强为 o(2)某同

12、学测出了注射器内封闭气体的几组压强p和体积V的值后，用p作1 一，1 一纵轴、V作横轴，回出p-V图象如图甲、乙、丙所示，则甲产生的可能原因是；乙产生的可能原因是 ；丙产生的可能原因是 C甲乙丙.1一一一 一，A.各组的p、V取值沱围太小B.实验过程中有漏气现象C.实验过程中气体温度升高D.在计算压强时，没有计入由于活塞和框架的重力引起的压强解析(1)两边加整码时，对活塞受力分析可知：pS= p0S+mig+m2g,可mig+m2gvmi + m2 gl得气体压强为 p=po+q ,而 S=，所以 p= po+%;向上加力SlVF时，对活塞受力分析可知：pS+F = p0S+m1g,可得气体压

13、强为 p=p0 +mig F lV 0(2)甲图中图象的交点在横轴上，即测量的压强为0时就有一定的体积，因此在测量过程中压强测小了，可能是在计算压强时，没有计入由于活塞和框架的 重力引起的压强，故选D;乙图中图象向上弯曲，可能是实验过程中气体温度升高，故选C;内图图象向下弯曲，可能是实验过程中有漏气现象，导致 pV乘积减小，故选Bomi + m2 glmigF l-答案(i)po+Vp0+-V- (2)D C B3.某同学利用玻意耳定律，设计了测量小石块体积的实验方案，并按如下 步骤进行了实验：Vi,从计算机Vn,并读取对I .将连接注射器的压强传感器、数据采集器以及计算机相连，如图所示, 再

14、将小石块装入注射器内；葭缓慢推动活塞至某一位置，记录活塞所在位置的容积刻度 上读取此时气体的压强pi;出.重复步骤n若干次，记录每一次活塞所在位置的容积刻度应的气体压强Pn ；IV.处理记录的数据，求出小石块体积。试回答下列问题：(1)实验过程中，除了保持注射器内封闭气体的质量不变之外，还应该保持 封闭气体的不变。(2)设小石块的体积V0,任意两次测得的气体压强及体积为 pi、Vi和p2、V2, 则上述物理量之间的关系式为(3)为了减小实验误差，实验数据通常采用作直线图线的方法来处理。横、 纵坐标对应的物理量最佳的设置方法是：以为横轴、以为纵轴。(4)指出实验中导致小石块体积误差的一个因素 。解析(1)实验过程中，除了保持注射器内封闭气体的质量不变之外，还应该保持封闭气体的温度不变。(2)根据玻意耳定律可得：pi (Vi V。) = p2 (V2 V0)。(3)根据玻意耳定律有：pV = C,要作直线图，故以1为横轴、以V为纵轴。p(4)在计算时，忽略了注射器连接压强传感器之间的