江苏专用2025版高考物理一轮复习第12章热学实验17探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系学案

PAGE7-试验十七探究等温状况下肯定质量气体压强与体积的关系1．试验目的探究肯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．试验原理(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更时，通常会引起另外两个参量的变更。要探讨这三个参量的变更规律，可以运用限制变量的方法，分别探讨两个参量之间的关系。(2)本试验就是探讨在温度不变时，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试验装置，压强可通过压强计读出。3．试验器材注射器、DIS(压强传感器、数据采集器、计算机等)。4．试验步骤(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试验条目“气体压强与体积的关系”，打开该软件。(2)点击“起先记录”，视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(本次试验为11mL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)连续变更注射器活塞的位置使气体体积发生变更，将变更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“p­V绘图”，依据已有数据点绘出“压强—体积”关系图线。(7)点击“p­eq\f(1,V)绘图”，绘出“压强—体积倒数”关系图线。5．留意事项(1)本试验应用物理试验中常用的限制变量法，探究在气体质量和温度不变的状况下(即等温过程)，气体的压强和体积的关系。(2)为保持等温变更，试验过程中不要用手握住注射器有气体的部位。同时，变更体积过程应缓慢，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)试验中所用的压强传感器精度较高，而气体体积是干脆在注射器上读出的，其误差会干脆影响试验结果。(4)在等温过程中，气体的压强和体积的关系在p­V图象中呈现为双曲线。处理试验数据时，要通过变换，即画p­eq\f(1,V)图象，把双曲线变为直线，说明p和V成反比。这是科学探讨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，简单得出相关的对试验探讨有用的参数。试验原理与操作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更。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样，从而可以保持封闭气体的温度不变。3．手不能干脆握在注射器上，因为手的温度可能变更气体的温度。[题组训练]1．(1)如图所示，用一个带刻度的注射器及计算机协助系统来探究气体的压强和体积关系，试验中应保持不变的参量是________，所探讨的对象是注射器中封闭的气体，它的体积可用注射器干脆读出，它的压强是由图中压强传感器、数据采集器得到。(2)试验过程中，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，应马上重新接上，接着试验并记录数据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)在探讨肯定质量的气体压强与体积的关系时，气体的温度是不能变更的，由志向气体状态方程eq\f(pV,T)＝k，可得当气体的温度不变的状况下，p与V是成反比的。(2)推拉活塞时，动作要慢，使其温度与环境保持一样，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；橡皮帽与注射器脱落后，气体质量变更，需重新做试验，故C错误；不漏气可以保证气体质量肯定，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](1)温度(2)BDE2．在“用DIS探讨温度不变时，肯定质量的气体压强与体积的关系”试验中：(1)气体的体积可干脆从注射器上读出，气体的压强是用________传感器通过计算机系统得到的。(2)下列各项要求中，属于本试验必须要做到的是________。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需用国际单位(3)对测得的试验数据进行处理时，发觉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，其主要缘由是由于封闭气体的________不同。[解析](1)用DIS做试验时，气体的压强是用压强传感器通过计算机系统得到的。(2)本试验的条件是：温度不变、气体质量肯定，所以要在等温条件下操作，注射器密封性要好，故A、B正确；本试验探讨质量肯定的气体压强与体积的关系，不须要测量气体的质量，故C错误；本试验探讨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)依据气态方程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3．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。起先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溢了水。现利用该装置进行验证玻意耳定律的试验。依图示连接好试验器材，运行DIS软件进入试验界面，点击“起先记录”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，重复试验得到多组试验数据，点击“停止记录”。(1)试验中通过________测得注入烧瓶中的水的体积。(2)为验证玻意耳定律，采纳图象法处理试验数据时，应选择________。A．p­V图象B．p­eq\f(1,V)图象C．V­eq\f(1,p)图象D．eq\f(1,p)­eq\f(1,V)图象(3)依据上述试验数据的图象可以测得________________________；上述试验中存在着可能影响试验精确度的主要因素有_______________(写出一条即可)。[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＝－eq\f(1,p)C＋V0，由此可以看出应当作V­eq\f(1,p)图象。(3)由V＝－eq\f(1,p)C＋V0可知，此图象的延长线与V的交点就是烧瓶的体积V0，所以由图象可以求出烧瓶的体积。影响试验精确度的因素有：烧瓶密封不严有漏气，或烧瓶中气体温度有变更，或压力传感器测量不精确。[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更数据处理与误差分析肯定质量的某种气体，在温度不变的状况下，压强p与体积V成反比，所以p­V图线是双曲线，但不同温度下的图线是不同的。如图是肯定质量的气体分别在t1、t2温度下等温变更的p­V图线，其中温度较高的是t2。[题组训练]1．用DIS探讨肯定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的试验装置如图甲所示，试验步骤如下：甲乙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V­eq\f(1,p)图象处理试验数据，得出如图乙所示图线。(1)为了保持封闭气体的质量不变，试验中实行的主要措施是_________________________________________________________。(2)为了保持封闭气体的温度不变，试验中实行的主要措施是______________________________和________________。(3)假如试验操作规范正确，但如图所示的V­eq\f(1,p)图线不过原点，则V0代表________________。[解析](1)为了保持封闭气体的质量不变，试验中实行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，试验中实行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界温度一样。(3)依据p(V＋V0)＝C，C为定值，则V＝eq\f(C,p)－V0。假如试验操作规范正确，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．(2024·江苏宿迁高三期末)用气体压强传感器探究肯定质量气体在温度不变时压强与体积关系的试验装置如图所示，试验步骤如下：A．将注射器活塞移动到适当的位置，逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器和计算机；B．手握住注射器筒的空气柱部分，起先缓慢推拉活塞变更气体体积；C．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；D．多测几组V、p数据，记录并作出相应图象，分析得出结论。(1)该同学对器材操作错误的步骤是________，因为该操作会干脆影响气体的________。(选填“温度”“压强”或“体积”)(2)某小组在一次试验过程中，环境温度明显上升，其它操作均规范，则该小组最终得到的p­eq\f(1,V)关系图象可能是________。ABCD(3)在不同温度环境下，某小组重复了上述试验，试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________(选填选项的字母)。ABCD[解析](1)探究气体等温变更的规律，须要保持不变的量是气体的质量和温度，手握住注射器筒的空气柱部会变更气体的温度，所以操作错误的步骤是手握住注射器筒的空气柱部分，起先缓慢推拉活塞变更气体体积。故选B。探究气体等温变更的规律，须要保持不变的量是气体的质量和温度，B操作会影响气体的温度。(2)由志向气体状态方程eq\f(pV,T)＝C，可知p＝CTeq\f(1,V)，对于肯定量的气体，温度T越高p­eq\f(1,V)图象的斜率越大，A、B、D错误，C正确。(3)由志向气体状态方程eq\f(pV,T)＝C可知pV＝CT，对于肯定量的气体，温度T越高pV越大，即p­V图象离坐标轴越远，已知，T1>T2，B错误A正确；由志向气体状态方程eq\f(pV,T)＝C可知p＝CTeq\f(1,V)，对于肯定量的气体，温度T越高p­eq\f(1,V)图象的斜率越大，已知，T1>T2，D错误C正确。[答案](1)B温度(2)C(3)AC3．某同学利用玻意耳定律，设计了测量小石块体积的试验方案，并按如下步骤进行了试验：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，再将小石块装入注射器内；Ⅱ.缓慢推动活塞至某一位置，记录活塞所在位置的容积刻度V1，从计算机上读取此时气体的压强p1；Ⅲ.重复步骤Ⅱ若干次，记录每一次活塞所在位置的容积刻度Vn，并读取对应的气体压强pn；Ⅳ.处理记录的数据，求出小石块体积。试回答下列问题：(1)试验过程中，除了保持注射器内封闭气体的质量不变之外，还应当保持封闭气体的________不变。(2)设小石块的体积V0，随意两次测得的气体压强及体积为p1、V1和p2、V2，则上述物理量之间的关系式为_____________。(3)为了减小试验误差，试验数据通常采纳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)指出试验中导致