一轮复习学案实验十八探究气体压强与体积的关系

实验十八探究气体压强与体积的关系实验溯本求源●实验思路1．实验方法：控制气体温度和质量不变，研究气体压强与体积的关系．2．实验器材的组装：如图所示利用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭．在实验过程中，一方面让空气柱内气体的质量不变；另一方面，让空气柱的体积变化不要太快，保证温度不发生明显的变化．●物理量的测量1．数据收集：压强由压力表读出，空气柱长度由刻度尺读出，空气柱长度与横截面积的乘积即为体积．把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据．2．数据分析：以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标作出p­1V图像，图像结果：p­1V3．实验结论：压强跟体积的倒数成正比，即压强与体积成反比．●实验操作1．实验条件(1)控制气体质量不变：实验前在活塞上涂润滑油，以免漏气．(2)控制温度不变：做实验时要缓慢进行，避免做功升温；不要用手直接接触注射器的封闭气体部分，以防气体从手中吸热升温．2．实验过程(1)把注射器竖直固定在铁架台上，把柱塞(与压力表密封连接)插入到注射器内，另一端用橡胶套封住，如图所示．(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．(4)用手把柱塞向上拉，选取几个位置，同时读出刻度尺读数与压强，记录数据．在该实验中，我们可以直接用刻度尺读数作为空气柱体积，而无需测量空气柱的横截面积．(5)以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标，把以上各组数据在坐标系中描点，观察p­1V图像，进一步确定p与V●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，应在柱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，防止漏气．3．实验中读压力表和气体体积的示数时，要等到示数稳定之后，再去读数．4．在等温过程中，气体的压强和体积的关系在p­V图像中呈现为类似于双曲线．处理实验数据时，要通过变换，即画p­1V图像，把双曲线变为直线，说明p和V实验热点探究热点一教材原型实验例1在利用特制的注射器做“探究气体等温变化的规律”实验中，某小组同学通过上拉或下压柱塞得到了a、b、c、d四组实验数据，如图所示是压力表记录b组数据时的状态，通过记录对应的四个封闭气柱的长度值L(L单位：cm)算出体积，四组实验数据如下表．次数abcd压强p(×105Pa)0.81.61.9体积V(cm3)86.44.03.4体积倒数1V(cm－30.1250.1560.250.297(1)实验研究的对象是________，实验中应保持不变的参量是________和________．(2)实验中为了控制该参量不变，下列采取的主要措施比较合理的是________．A.在活塞上涂上润滑油，保持良好的封闭性B.推动活塞时要缓慢C.不要用手直接握住注射器密闭气体的部分D.实验前注射器内要吸入尽量多的空气(3)实验数据b对应的压强应为________×105Pa，根据上表数据作出的p­1V图像，可得出实验结论：质量一定的理想气体，练1某同学探究气体等温变化规律的实验装置如图1所示．该同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，以p为纵坐标，1V为横坐标，画出p­1V图像如图2甲、乙、丙，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图1图2A.各组的p、1V取值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)在实验中，下列哪些操作不是必需的________．A.用橡胶塞密封注射器的下端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________．热点二实验拓展创新例2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．现利用该装置进行探究一定质量的气体在等温情况下压强与体积的关系实验．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：①打开阀门，推注射器活塞向烧瓶内注入适量的水，关闭阀门；②记录气体的压强p，并在表格中记录注入的水的体积V；③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)为探究一定质量的气体在等温情况下压强与体积的关系，采用图像法处理实验数据时，应选择()A．p­V图像B．p­1VC．V­1P图像D．1p­(3)根据上述实验数据的图像可以测得________；上述实验中存在着可能影响实验精确度的主要因素有________________________(写出一条即可)．练3为了测量某不规则小物体的体积，一位同学进行了如下实验：①将不规则物体装入注射器内；②将注射器和压强传感器相连，然后推动活塞至某一位置，记录活塞所在位置的刻度V，压强传感器自动记录此时气体的压强p；③重复上述步骤，分别记录活塞在其他位置的刻度V和记录相应的气体的压强p；④根据记录的数据，作出1p­V(1)根据图线，可求得不规则物体的体积约为________mL(即cm3)．(2)如果在上述实验过程中，由于注射器内气体的温度升高，那么，所测不规则物体体积值________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．(3)为提高实验的准确性，操作过程中要注意的事项有________________________________________________________________________________________________________________________________________________.练4用DIS研究一定质量的气体在温度不变时压强与体积关系的实验装置如图1所示，实验步骤如下：①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；②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；③用V­1p图像处理实验数据，得出如图2(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________________________________；(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________________和________________；(3)如果实验操作规范、正确，但如图乙所示的V­1p图线不过原点，则V0代表________________________实验十八探究气体压强与体积的关系实验热点探究例1解析：(1)实验研究的对象是注射器内密闭的气体，保持不变的参量是温度和密闭气体的质量．(2)活塞和针筒之间涂上润滑油，减小摩擦、防止漏气，保证气体质量不变．缓慢推动活塞、不要用手直接握住注射器密闭气体的部分，保证气体的温度不变，故选项A、B、C正确，D错误．(3)实验数据b对应的压强为1.0×105Pa，作出的p­1V答案：见解析练1解析：甲图：是线性关系，但不过原点，相当于把图线向右平移了一定距离或向下平移了一定距离，分析知，体积计算是不会出错误，应该是少了一部分压强，故选D.乙图：图线向上弯曲，说明pV乘积变大，是温度升高或质量增加造成的现象，故选C.丙图：图线向下弯曲，说明pV乘积变小，是温度下降或质量减小造成的现象，故选B.答案：DCB练2解析：(1)为了保证气密性，应用橡胶套密封注射器的下端，A需要；由于注射器的直径均匀恒定，根据V＝LS可知体积和空气柱长度成正比，所以只需读取刻度尺上显示的空气柱长度，无需测量直径，B不需要，D需要；为了得知气压的变化情况，所以需要读取压力表上显示的气压值，C需要．题中要求选不需要的，故选B.(2)手的温度会影响气体的温度，且实验过程中气体压缩太快，温度升高后热量不能快速释放，气体温度会升高，所以这样做的目的是保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变．(3)根据pVT＝C可知，当气体做等温变化时，p与V成反比，即p∝1V，故p­1V图像为直线，所以为了能直观反映p与V成反比的关系，应作p­1答案：(1)B(2)保证气体在状态变化过程中温度尽可能保持不变(3)C例2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入烧瓶中的水的体积．(2)设烧瓶的体积为V0，由玻意耳定律可得p(V0－V)＝C，化简可得V＝－1pC＋V0，由此可以看出应该作V­1(3)由V＝－1pC＋V0可知，此图像的延长线与V轴的交点就是烧瓶的容积V0答案：(1)注射器针筒上的刻度(2)C(3)烧瓶的容积烧瓶密封不严有漏气，或烧瓶中气体温度有变化练3解析：(1)根据玻意耳定律，pV＝C，当1p趋向于0，则气体体积趋向于0，从1p­V图像知，横轴截距表示小物体的体积为5.6mL.(2)当气体温度升高，气体的体积趋于膨胀，更难被压缩，所作的1p(3)为提高实验的准确性，操作过程中要注意的事项有：注意气密性检查、缓慢推动活塞、手不接触含气体部分注射器等．答案：(1)5.6(5.4～5.8均可)(2)偏大(3)注意气密性检查、缓慢推动活塞、手不接触含气体部分注射器等练4解析：(1)本实验研究一定质量的气体在温度不变时压强与体积的关系，需保持气体质量不变，故实验装置不能漏气，所以需在活塞上涂润滑油，增强气密性．(2)本实验气体温度需