物理課件（新教材粵教版）第十五章實(shí)驗(yàn)十六探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)十六目標(biāo)要求1.學(xué)會(huì)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(huì)用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系實(shí)驗(yàn)技能儲(chǔ)備考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課時(shí)精練

內(nèi)容索引一實(shí)驗(yàn)技能儲(chǔ)備1.實(shí)驗(yàn)器材：注射器、橡膠套、壓力表等(如圖所示).2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取空氣柱的壓強(qiáng)p可以從儀器上方的壓力表讀出，空氣柱的長(zhǎng)度l可以在玻璃管側(cè)的刻度尺上讀出，空氣柱的長(zhǎng)度l與橫截面積S的乘積就是它的體積V.把柱塞緩慢地向下壓或向上拉，讀出空氣柱的長(zhǎng)度與壓強(qiáng)的幾組數(shù)據(jù).3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理在等溫過程中，氣體的壓強(qiáng)和體積的關(guān)系在p－V圖像中呈現(xiàn)為雙曲線的一支，如圖甲所示.處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，要通過變換，即畫p－

圖像，把雙曲線變?yōu)橹本€，說明p和V成反比，如圖乙所示.這是科學(xué)研究中常用的數(shù)據(jù)處理的方法，因?yàn)橐淮魏瘮?shù)反映的物理規(guī)律比較直接，容易得出相關(guān)的對(duì)實(shí)驗(yàn)研究有用的參數(shù).4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)p與體積V成反比，所以p－V圖線是雙曲線的一支，但不同溫度下的圖線是不同的.如圖是一定質(zhì)量的氣體分別在T1、T2溫度下等溫變化的p－V圖線，其中溫度較高的是

.T25.注意事項(xiàng)(1)本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用控制變量法，探究在氣體

和

不變的情況下(即等溫過程)，氣體的壓強(qiáng)和體積的關(guān)系.(2)為保證等溫變化，實(shí)驗(yàn)過程中不要用手握住注射器有氣體的部位.同時(shí)，改變體積過程應(yīng)緩慢，以免影響密閉氣體的溫度.為保證氣體密閉，應(yīng)在活塞與注射器內(nèi)壁間涂上潤(rùn)滑油，注射器內(nèi)、外氣體的壓強(qiáng)差不宜過大.質(zhì)量溫度考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1

用圖甲所示裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律.(1)實(shí)驗(yàn)中，為找到體積與壓強(qiáng)的關(guān)系，________(選填“需要”或“不需要”)測(cè)空氣柱的橫截面積；不需要由于注射器的橫截面積相等，所以在此實(shí)驗(yàn)中可用長(zhǎng)度代替體積，故不需要測(cè)空氣柱的橫截面積.(2)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)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)AB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(huì)造成溫度變化，故C錯(cuò)誤；壓強(qiáng)由壓力表測(cè)量，不是由豎直的平衡條件計(jì)算，所以不需要豎直放置，故D錯(cuò)誤.(3)測(cè)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)，

為橫坐標(biāo)，在坐標(biāo)系中描點(diǎn)作圖；小明所在的小組不斷壓縮氣體，由測(cè)得的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)p與V的乘積值越來(lái)越小，則用上述方法作出的圖像應(yīng)為圖乙中的_____(選填“①”或“②”)，造成該現(xiàn)象的原因可能是______.②漏氣又因pV＝cT，且p與V的乘積值越來(lái)越小，則圖像的斜率越來(lái)越小，圖像將向下彎曲，圖②是小明組所繪，造成這種情況的原因可能是漏氣.例2

如圖所示，用氣體壓強(qiáng)傳感器探究氣體等溫變化的規(guī)律，操作步驟如下：①在注射器內(nèi)用活塞封閉一定質(zhì)量的氣體，將注射器、壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)逐一連接起來(lái)；②緩慢移動(dòng)活塞至某一位置，待示數(shù)穩(wěn)定后記錄此時(shí)注射器內(nèi)封閉氣體的體積V1和由計(jì)算機(jī)顯示的氣體壓強(qiáng)值p1；③重復(fù)上述步驟②，多次測(cè)量并記錄；④根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，作出相應(yīng)圖像，分析得出結(jié)論.(1)在本實(shí)驗(yàn)操作的過程中，需要保持不變的量是氣體的______和______.質(zhì)量溫度探究氣體等溫變化的規(guī)律，需要保持不變的量是氣體的質(zhì)量和溫度.(2)根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出了如圖所示的p－V圖像.對(duì)圖線進(jìn)行分析，如果在誤差允許范圍內(nèi)，p1、p2、V1、V2之間滿足關(guān)系式____________，就說明一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時(shí)，其壓強(qiáng)與體積成反比.p1V1＝p2V2一定質(zhì)量的氣體在溫度保持不變時(shí)，壓強(qiáng)與體積成反比，即壓強(qiáng)與體積的乘積不變，如果在誤差允許范圍內(nèi)，p1、p2、V1、V2之間滿足關(guān)系式是p1V1＝p2V2.(3)在不同溫度環(huán)境下，另一位同學(xué)重復(fù)了上述實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理均正確.環(huán)境溫度分別為T1、T2，且T1>T2.在如圖所示的四幅圖中，可能正確反映相關(guān)物理量之間關(guān)系的是______(選填選項(xiàng)前的字母).AC考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例3

某同學(xué)通過圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，利用玻意耳定律來(lái)測(cè)定一顆形狀不規(guī)則的石子的體積.實(shí)驗(yàn)步驟：①將石子裝進(jìn)注射器，插入活塞，再將注射器通過軟管與傳感器A連接；②移動(dòng)活塞，通過活塞所在的刻度讀取了多組氣體體積V，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)；③建立直角坐標(biāo)系.(1)在實(shí)驗(yàn)操作中，下列說法正確的是_____；A.圖甲中，傳感器A為壓強(qiáng)傳感器B.在步驟①中，將注射器與傳感器A連接前，應(yīng)把

注射器活塞移至注射器最右端位置C.操作中，不可用手握住注射器封閉氣體部分，是為了保持封閉氣體的

溫度不變D.若實(shí)驗(yàn)過程中不慎將活塞拔出注射器，應(yīng)立即將活塞插入注射器繼續(xù)

實(shí)驗(yàn)AC該氣體發(fā)生等溫變化，從注射器的刻度上讀出體積，因此傳感器A為壓強(qiáng)傳感器，A正確；在步驟①中，將注射器與傳感器A連接前，應(yīng)使注射器封住一定質(zhì)量的氣體，因此不必將活塞移至注射器最右端，B錯(cuò)誤；操作中，不可用手握住注射器封閉氣體部分，是為了保持封閉氣體的溫度不變，C正確；若實(shí)驗(yàn)過程中不慎將活塞拔出注射器，氣體的質(zhì)量發(fā)生變化，因此以上數(shù)據(jù)全部作廢，應(yīng)重新做實(shí)驗(yàn)，D錯(cuò)誤.(2)為了在坐標(biāo)系中獲得直線圖像，若取y軸為V，則x軸為____(選填“

”或“p”)；(3)選擇合適的坐標(biāo)后，該同學(xué)通過描點(diǎn)作圖，得到的圖像如圖乙所示，若不考慮傳感器和注射器連接處的軟管容積帶來(lái)的誤差，則石子的體積為___；若考慮該誤差影響，測(cè)得軟管容積為V0，則石子的體積為_______.bb＋V0四課時(shí)精練1.(2023·廣東廣州市調(diào)研)如圖甲所示，用一個(gè)帶有刻度的注射器及DIS來(lái)探究一定質(zhì)量氣體的壓強(qiáng)和體積關(guān)系.(1)所研究的對(duì)象是___________________；它的體積可用_____________直接讀出.123注射器中封閉的氣體

注射器的刻度根據(jù)題意可知，本實(shí)驗(yàn)探究一定質(zhì)量氣體的壓強(qiáng)和體積關(guān)系，則研究對(duì)象為注射器內(nèi)封閉的氣體，氣體的體積可以通過注射器刻度直接讀出.(2)實(shí)驗(yàn)過程中，下列操作中錯(cuò)誤的是____.A.推拉活塞時(shí)，動(dòng)作要慢B.推拉活塞時(shí)，手不能握住注射器筒有氣體的部位C.壓強(qiáng)傳感器與注射器之間的軟管脫落后，應(yīng)立即重新接上，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)

并記錄數(shù)據(jù)D.活塞與針筒之間要保持潤(rùn)滑又不漏氣123C實(shí)驗(yàn)過程中，推拉活塞時(shí)，動(dòng)作要慢，避免因推拉活塞過快，封閉氣體溫度升高，故A正確，不符合題意；推拉活塞時(shí)，手不能握住注射器筒有氣體的部位，如用手握住注射器筒有氣體的部位會(huì)使氣體溫度升高，故B正確，不符合題意；壓強(qiáng)傳感器與注射器之間的軟管脫落后，氣體的質(zhì)量發(fā)生了變化，如立即重新接上，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，將出現(xiàn)較大誤差，故C錯(cuò)誤，符合題意；為了防止摩擦生熱及氣體質(zhì)量變化，活塞與針筒之間要保持潤(rùn)滑又不漏氣，故D正確，不符合題意.123(3)在驗(yàn)證玻意耳定律的實(shí)驗(yàn)中，如果用實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在圖乙所示的p－

圖像中標(biāo)出，可得圖乙中___線.如果實(shí)驗(yàn)中，使一定質(zhì)量氣體的體積減小的同時(shí)，溫度逐漸升高，則根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描出圖乙中____線(均選填“a”“b”或“c”).123ab123如果實(shí)驗(yàn)中，使一定質(zhì)量氣體的體積減小的同時(shí)，溫度逐漸升高，2.某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)利用如圖甲所示的裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律，注射器中密封了一定質(zhì)量的氣體.123(1)測(cè)得多組空氣柱的壓強(qiáng)p和體積V的數(shù)據(jù)后，為直觀反映壓強(qiáng)與體積之間的關(guān)系，若以p為縱坐標(biāo)，則應(yīng)以________________為橫坐標(biāo)，在坐標(biāo)系中描點(diǎn)作圖，作出的圖線如圖乙所示.123(2)實(shí)驗(yàn)過程中，下列操作正確的是____.A.改變氣體體積時(shí)應(yīng)快速推拉活塞B.推拉活塞時(shí)，手不能握住注射器含有氣體的部分C.實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先利用天平測(cè)量出注射器、活塞及壓力表的總質(zhì)量123B123若急速推拉活塞，則有可能造成漏氣和等溫條件的不滿足，所以應(yīng)緩慢推拉活塞，故A錯(cuò)誤；推拉活塞時(shí)，手不能握住注射器含有氣體的部分，若手握著含有氣體的部分，會(huì)造成溫度變化，故B正確；因壓強(qiáng)由壓力表測(cè)量，不是由平衡條件計(jì)算，所以實(shí)驗(yàn)前不需要利用天平測(cè)量出注射器、活塞及壓力表的總質(zhì)量，故C錯(cuò)誤.(3)為能更準(zhǔn)確地測(cè)出氣體的壓強(qiáng)，某同學(xué)直接用軟管連通注射器和另一壓強(qiáng)傳感器(測(cè)量壓強(qiáng)更準(zhǔn)確)，如圖丁所示.用(1)中方法作出的圖線如圖丙所示，而該圖線不過原點(diǎn)，為減小這一實(shí)驗(yàn)誤差，請(qǐng)寫出一條改進(jìn)建議：___________________________________________________________________________________.

選用容積較大的注射器(或?qū)嶒?yàn)中氣體的體積不能壓縮得過小或測(cè)出軟管中氣體的體積等)123123某同學(xué)直接用軟管連通注射器和另一壓強(qiáng)傳感器，用(1)中方法作出的圖線如題圖丙所示，該圖線不過原點(diǎn)，顯然是軟管里的氣體沒計(jì)算，體積的測(cè)量值偏小造成的，所以選用容積較大的注射器可改善(或?qū)嶒?yàn)中氣體的體積不能壓縮得過小或測(cè)出軟管中氣體的體積等).3.某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的裝置來(lái)探究“氣體溫度不變時(shí)壓強(qiáng)隨體積變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)，注射器導(dǎo)熱性能良好，用橡皮帽和活塞在注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體.質(zhì)量不計(jì)的細(xì)繩跨過滑輪，一端系到活塞上，調(diào)節(jié)滑輪的高度，使左側(cè)細(xì)繩拉直時(shí)能保持水平，另一端可以掛鉤碼.實(shí)驗(yàn)時(shí)，在細(xì)繩的下端依次掛上質(zhì)量相等的鉤碼1、2、3、…，穩(wěn)定后通過注射器的標(biāo)度讀出對(duì)應(yīng)空氣柱的體積V，并能求出對(duì)應(yīng)氣體的壓強(qiáng)p.已知注射器的最大體積為Vm，刻度全長(zhǎng)為L(zhǎng)，大氣壓強(qiáng)為p0，每個(gè)鉤碼的質(zhì)量為m，重力加速度為g.123(1)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的操作，下列說法正確的是_____.A.為減小誤差，每掛上一個(gè)鉤碼后，應(yīng)平衡后再讀出

體積B.掛鉤碼時(shí)，為了防止注射器脫落，應(yīng)用手緊緊握住

注射器C.實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)在活塞上涂上潤(rùn)滑油，并來(lái)回拉動(dòng)幾次D.實(shí)驗(yàn)時(shí)必須測(cè)出封閉氣體的溫度123AC123每掛上一個(gè)鉤碼，平衡后，待封閉氣體的體積不再發(fā)生變化，再讀出體積，可以減小誤差，故A正確；掛鉤碼時(shí)，不能用手緊緊握住注射器，因?yàn)槭值臏囟葧?huì)改變封閉氣體的溫度，使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，故B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)在活塞上涂上潤(rùn)滑油，并來(lái)回拉動(dòng)幾次，可以增加密封性，也可以減小摩擦帶來(lái)的誤差，故C正確；注射器不隔熱，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)封閉氣體的溫度與外界溫度相同，氣體做等溫變化，不需要測(cè)量溫度，故D錯(cuò)誤.(2)若在某次實(shí)驗(yàn)中細(xì)繩上所掛鉤碼個(gè)數(shù)為n，則平衡后對(duì)應(yīng)氣體的壓強(qiáng)為___________(用題目中已知量表示).123(3)該同學(xué)根據(jù)測(cè)得氣體的體積和對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)