2024年高考物理第一轮复习：创新实验课(20)　探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

创新实验课20

探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系一、实验基本技能1．实验目的探究在温度不变的情况下，一定质量的理想气体压强与体积的关系．2．实验原理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．在温度不变的条件下，气体压强增大时，体积减小；气体压强减小时，体积增大．3．实验器材带铁夹的铁架台、注射器、柱塞(与压力表密封连接)、压力表、橡胶套、刻度尺．实验基础知识C4．实验步骤(1)如图所示组装实验器材．(2)注射器两端有柱塞和橡胶套，管内密封一段空气柱，这段空气柱就是我们的研究对象．在实验过程中，我们可以近似认为空气柱的质量和温度不变．(3)用手把柱塞向下压，选取几个位置，同时读出刻度尺读数与压强，记录数据．二、规律方法总结1．数据处理(1)设计表格记录数据．4．注意事项(1)适用条件是温度保持不变，所以操作要缓慢，才能保证温度不变．(2)要等到示数稳定之后，再去读数．(3)研究对象为一定质量的气体，防止漏气．现用“验证玻意耳定律”的仪器来测量大气压强p.注射器针筒已被固定在竖直方向上，针筒上所标刻度是注射器的容积，最大刻度Vm＝10mL.注射器活塞已装上钩码框架，如图所示．此外，还有一架托盘天平、若干钩码、一把米尺、一个针孔橡皮帽和少许润滑油．(1)下面是实验步骤，试填写所缺的②和⑤.①用米尺测出注射器针筒上全部刻度的长度L.②________．命题点一实验原理与操作C例

1③把适量的润滑油抹在注射器的活塞上，将活塞插入外筒中，上下拉动活塞，使活塞与针筒的间隙内均匀地涂上润滑油．④将活塞插到适当的位置．⑤_____________________________________________________________.⑥在钩码框架两侧挂上钩码，记下挂上的钩码的质量m1.在达到平衡后，记下注射器中空气柱的体积V1.在这个过程中不要用手接触注射器以保证空气柱温度不变．⑦增加钩码的个数，使钩码的质量增大为m2，达到平衡后，记下空气柱的体积V2.(2)计算大气压强p的公式是____________________．(用已给的和测得的物理量表示，重力加速度为g)解析：(1)实验步骤：①用米尺测出注射器针筒上全部刻度的长度L.②称出活塞和钩码框架的总质量M.③把适量的润滑油抹在注射器的活塞上，将活塞插入外筒中，上下拉动活塞，使活塞与针筒的间隙内均匀地涂上润滑油．④将活塞插到适当的位置．⑤将注射器针筒上的小孔用橡皮帽堵住．⑥在钩码框架两侧挂上钩码，记下挂上的钩码的质量m1，在达到平衡后，记下注射器中空气柱的体积V1，在这个过程中不要用手接触注射器以保证空气柱温度不变．⑦增加钩码的个数，使钩码的质量增大为m2，达到平衡后，记下空气柱的体积V2.[对点演练]1．某同学用如图所示装置探究气体做等温变化的规律．(1)在实验中，下列哪些操作不是必需的_______________．A．用橡胶套密封注射器的下端B．用游标卡尺测量柱塞的直径C．读取压力表上显示的气压值D．读取刻度尺上显示的空气柱长度(2)实验装置用铁架台固定，而不是用手握住玻璃管(或注射器)，并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是_____________________________________________.(3)下列图像中，最能直观反映气体做等温变化的规律的是__________．解析：(1)由于玻璃管粗细均匀，因此用游标卡尺测量柱塞的直径的操作不需要，选择B.(2)不用手握住玻璃管(或注射器)，并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是防止玻璃管内的空气温度升高(或保持玻璃管内的空气温度不变)．(3)根据气体等温变化，压强与体积成反比可知最能反映气体做等温变化的规律的是图像C.答案：(1)B

(2)防止玻璃管内的空气温度升高

(或保持玻璃管内的空气温度不变)

(3)C某实验小组用如图甲所示实验装置来探究一定质量的气体发生等温变化遵循的规律．命题点二数据处理与误差分析C例

2答案：(1)D

(2)>

(3)实验时未考虑注射器前端与橡皮帽连接处的气体体积[对点演练]2．某同学用如图所示装置探究气体做等温变化的规律．(1)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．测量所封闭气体的质量D．气体的压强和体积必须用国际单位(2)某小组某次实验只记录了如表格所示的两组数据．小王认为，这两组数据很好地体现了玻意耳定律的规律，因为两组数据p和V的乘积几乎相等，说明p跟V成反比；小李却认为，如果把这两组数据在纵坐标轴为p、横坐标轴为的坐标系中描点，这两点连线的延长线将不经过坐标原点，因此这两组数据没有反映玻意耳定律的规律．对此你有什么看法？_________________________________.数据序号均匀玻璃管内空气柱长度l/cm空气柱的压强p/105Pa139.81.024240.30.998命题点三创新拓展实验C实验器材的创新实验目的的创新实验原理的创新应用传感器采集实验数据，结合计算机完成数据的处理分析，方便得出实验规律.由探究气体压强和体积的关系迁移为测量不规则小物体的体积.利用连通器原理，通过U形管液面高度的变化，改变压强与体积如图1所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，操作步骤如下：例

3①在注射器内用活塞封闭一定质量的气体，将注射器、压强传感器、数据采集器和计算机逐一连接起来；②缓慢移动活塞至某一位置，待示数稳定后记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算机显示的气体压强值p1；③重复上述步骤②，多次测量并记录数据；④根据记录的数据，作出相应图像，分析得出结论．(1)在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的________和________．(2)根据记录的实验数据，作出了如图2所示的p­V图．对图线进行分析，如果在误差允许范围内，p1、p2、V1、V2之间满足关系式________，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比．图线在V1、V2之间所围的面积的物理意义是________________________．(3)(多选)在不同温度环境下，另一位同学重复了上述实验，实验操作和数据处理均正确．环境温度分别为T1、T2，且T1>T2.在如图3所示的四幅图中，可能正确反映相关物理量之间关系的是________(选填选项前的字母)．(4)在相同温度环境下，不同小组的同学均按正确的实验操作和数据处理的方法完成了实验，并在相同坐标标度的情况下画出了压强与体积的关系图线，如图4所示．对于两组的图线并不相同的结果，他们请教了老师，老师的解释是由于他们选取的气体质量不同．若4个小组所选择的研究对象的质量分别是m1、m2、m3和m4，则由图可知它们的大小关系是m1________m2，m3________m4(均选填“大于”或“小于”)．[对点演练]3．(实验器材的创新)如图甲所示，用气体压强传感器“探究气体等温变化的规律”，操作步骤如下：答案：(1)为过坐标原点的直线(2)传感器与注射器间有气体传感器与注射器间的气体体积4．(实验原理的创新)如图是探究气体温度不变时压强与体积关系的实验装置，甲、乙两图中气体的体积分别为(设玻璃管的截面积为S，水的密度为ρ，重力加速度为g，大气压强为p0)V甲＝________，V乙＝________；压强分别为p甲＝________，p乙＝________．实验中从测量的几组数据我们发现________，这个等式成立的条件是________，实验中其值等于________．解析：根据圆柱体体积公式V＝hS得：V甲＝l1SV乙＝l2S根据连通器原理可知封闭气体压强为：p＝p0±ρgh，可得：p甲＝p0－