江蘇專用2025版高考物理一輪復(fù)習(xí)第12章熱學(xué)實(shí)驗(yàn)17探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系學(xué)案

PAGE7-試驗(yàn)十七探究等溫狀況下肯定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系1．試驗(yàn)?zāi)康奶骄靠隙ㄙ|(zhì)量的氣體在溫度不變的條件下的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。2．試驗(yàn)原理(1)描述氣體狀態(tài)的壓強(qiáng)、溫度、體積三個(gè)物理量稱為氣體狀態(tài)參量，當(dāng)其中某個(gè)參量發(fā)生變更時(shí)，通常會(huì)引起另外兩個(gè)參量的變更。要探討這三個(gè)參量的變更規(guī)律，可以運(yùn)用限制變量的方法，分別探討兩個(gè)參量之間的關(guān)系。(2)本試驗(yàn)就是探討在溫度不變時(shí)，氣體的壓強(qiáng)與體積之間的關(guān)系。如圖是傳統(tǒng)的探究氣體溫度不變時(shí)壓強(qiáng)與體積關(guān)系的試驗(yàn)裝置，壓強(qiáng)可通過壓強(qiáng)計(jì)讀出。3．試驗(yàn)器材注射器、DIS(壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等)。4．試驗(yàn)步驟(1)將壓強(qiáng)傳感器接入數(shù)據(jù)采集器。點(diǎn)擊教材專用軟件主界面上的試驗(yàn)條目“氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系”，打開該軟件。(2)點(diǎn)擊“起先記錄”，視察壓強(qiáng)傳感器實(shí)時(shí)測(cè)得的大氣壓強(qiáng)值。(3)把注射器活塞置于初始位置(本次試驗(yàn)為11mL處)，并將注射器與壓強(qiáng)傳感器前端軟管緊密連接，確保其氣密性。(4)在軟件窗口下方的表格中輸入活塞初始位置對(duì)應(yīng)的氣體體積值。點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)”，記錄下此刻的壓強(qiáng)值。(5)連續(xù)變更注射器活塞的位置使氣體體積發(fā)生變更，將變更后的體積值輸入到表格中，同時(shí)記錄該體積對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)值，獲得多組數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)計(jì)算”對(duì)表格中數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。(6)點(diǎn)擊“p-V繪圖”，依據(jù)已有數(shù)據(jù)點(diǎn)繪出“壓強(qiáng)—體積”關(guān)系圖線。(7)點(diǎn)擊“p-eq\f(1,V)繪圖”，繪出“壓強(qiáng)—體積倒數(shù)”關(guān)系圖線。5．留意事項(xiàng)(1)本試驗(yàn)應(yīng)用物理試驗(yàn)中常用的限制變量法，探究在氣體質(zhì)量和溫度不變的狀況下(即等溫過程)，氣體的壓強(qiáng)和體積的關(guān)系。(2)為保持等溫變更，試驗(yàn)過程中不要用手握住注射器有氣體的部位。同時(shí)，變更體積過程應(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。(3)試驗(yàn)中所用的壓強(qiáng)傳感器精度較高，而氣體體積是干脆在注射器上讀出的，其誤差會(huì)干脆影響試驗(yàn)結(jié)果。(4)在等溫過程中，氣體的壓強(qiáng)和體積的關(guān)系在p-V圖象中呈現(xiàn)為雙曲線。處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，要通過變換，即畫p-eq\f(1,V)圖象，把雙曲線變?yōu)橹本€，說明p和V成反比。這是科學(xué)探討中常用的數(shù)據(jù)處理的方法，因?yàn)橐淮魏瘮?shù)反映的物理規(guī)律化較直觀，簡(jiǎn)單得出相關(guān)的對(duì)試驗(yàn)探討有用的參數(shù)。試驗(yàn)原理與操作1．在活塞上涂上潤(rùn)滑油，保持良好的密封性，可以保持封閉氣體的質(zhì)量不發(fā)生變更。2．緩慢的推拉活塞，可以使氣體的溫度保持與外界的溫度保持一樣，從而可以保持封閉氣體的溫度不變。3．手不能干脆握在注射器上，因?yàn)槭值臏囟瓤赡茏兏鼩怏w的溫度。[題組訓(xùn)練]1．(1)如圖所示，用一個(gè)帶刻度的注射器及計(jì)算機(jī)協(xié)助系統(tǒng)來探究氣體的壓強(qiáng)和體積關(guān)系，試驗(yàn)中應(yīng)保持不變的參量是________，所探討的對(duì)象是注射器中封閉的氣體，它的體積可用注射器干脆讀出，它的壓強(qiáng)是由圖中壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器得到。(2)試驗(yàn)過程中，下列操作正確的是________。A．推拉活塞時(shí)，動(dòng)作要快B．推拉活塞時(shí)，手不能握住注射器筒C．壓強(qiáng)傳感器與注射器之間的軟管脫落后，應(yīng)馬上重新接上，接著試驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)D．活塞和針筒之間要保證不漏氣E．活塞和針筒之間的摩擦并不影響壓強(qiáng)的測(cè)量[解析](1)在探討肯定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系時(shí)，氣體的溫度是不能變更的，由志向氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝k，可得當(dāng)氣體的溫度不變的狀況下，p與V是成反比的。(2)推拉活塞時(shí)，動(dòng)作要慢，使其溫度與環(huán)境保持一樣，故A錯(cuò)誤；推拉活塞時(shí)，手不能握住注射器，防止手對(duì)其起加熱作用，故B正確；橡皮帽與注射器脫落后，氣體質(zhì)量變更，需重新做試驗(yàn)，故C錯(cuò)誤；不漏氣可以保證氣體質(zhì)量肯定，故D正確；活塞和針筒之間的摩擦并不影響壓強(qiáng)的測(cè)量，故E正確。[答案](1)溫度(2)BDE2．在“用DIS探討溫度不變時(shí)，肯定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系”試驗(yàn)中：(1)氣體的體積可干脆從注射器上讀出，氣體的壓強(qiáng)是用________傳感器通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得到的。(2)下列各項(xiàng)要求中，屬于本試驗(yàn)必須要做到的是________。A．在等溫條件下操作B．注射器的密封性良好C．弄清所封閉氣體的質(zhì)量D．氣體的壓強(qiáng)和體積必需用國(guó)際單位(3)對(duì)測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，發(fā)覺各組同學(xué)計(jì)算的氣體壓強(qiáng)p與體積V的乘積值不完全相等，其主要緣由是由于封閉氣體的________不同。[解析](1)用DIS做試驗(yàn)時(shí)，氣體的壓強(qiáng)是用壓強(qiáng)傳感器通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得到的。(2)本試驗(yàn)的條件是：溫度不變、氣體質(zhì)量肯定，所以要在等溫條件下操作，注射器密封性要好，故A、B正確；本試驗(yàn)探討質(zhì)量肯定的氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系，不須要測(cè)量氣體的質(zhì)量，故C錯(cuò)誤；本試驗(yàn)探討氣體的壓強(qiáng)和體積的比例關(guān)系，單位無需統(tǒng)一為國(guó)際單位，故D錯(cuò)誤。(3)依據(jù)氣態(tài)方程pV＝nRT，RT相同，pV不同，是由于摩爾數(shù)不同，空氣的質(zhì)量不同。[答案](1)壓強(qiáng)(2)AB(3)質(zhì)量3．如圖所示，用一個(gè)帶兩根細(xì)管的橡皮塞塞緊燒瓶的瓶口，壓強(qiáng)傳感器通過其中一根不帶閥門的細(xì)管連通燒瓶中的空氣，另一根帶閥門的細(xì)管連通注射器。起先時(shí)閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，注射器針筒的最大刻度線到閥門之間充溢了水?，F(xiàn)利用該裝置進(jìn)行驗(yàn)證玻意耳定律的試驗(yàn)。依圖示連接好試驗(yàn)器材，運(yùn)行DIS軟件進(jìn)入試驗(yàn)界面，點(diǎn)擊“起先記錄”后：①打開閥門，推注射器活塞向燒瓶?jī)?nèi)注入適量的水，關(guān)閉閥門；②記錄氣體的壓強(qiáng)p，并在表格中記錄注入的水的體積V；③保持燒瓶中氣體的溫度不變，重復(fù)試驗(yàn)得到多組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊“停止記錄”。(1)試驗(yàn)中通過________測(cè)得注入燒瓶中的水的體積。(2)為驗(yàn)證玻意耳定律，采納圖象法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)選擇________。A．p-V圖象B．p-eq\f(1,V)圖象C．V-eq\f(1,p)圖象D．eq\f(1,p)-eq\f(1,V)圖象(3)依據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖象可以測(cè)得________________________；上述試驗(yàn)中存在著可能影響試驗(yàn)精確度的主要因素有_______________(寫出一條即可)。[解析](1)因?yàn)樽⑸淦魃嫌锌潭?，所以通過注射器上的刻度測(cè)得注入燒瓶中的水的體積。(2)設(shè)燒瓶的體積為V0，由玻意耳定律可得p(V0－V)＝C，化簡(jiǎn)可得V＝－eq\f(1,p)C＋V0，由此可以看出應(yīng)當(dāng)作V-eq\f(1,p)圖象。(3)由V＝－eq\f(1,p)C＋V0可知，此圖象的延長(zhǎng)線與V的交點(diǎn)就是燒瓶的體積V0，所以由圖象可以求出燒瓶的體積。影響試驗(yàn)精確度的因素有：燒瓶密封不嚴(yán)有漏氣，或燒瓶中氣體溫度有變更，或壓力傳感器測(cè)量不精確。[答案](1)注射器針筒上的刻度(2)C(3)燒瓶的容積燒瓶密封不嚴(yán)有漏氣，或燒瓶中氣體溫度有變更數(shù)據(jù)處理與誤差分析肯定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的狀況下，壓強(qiáng)p與體積V成反比，所以p-V圖線是雙曲線，但不同溫度下的圖線是不同的。如圖是肯定質(zhì)量的氣體分別在t1、t2溫度下等溫變更的p-V圖線，其中溫度較高的是t2。[題組訓(xùn)練]1．用DIS探討肯定質(zhì)量氣體在溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)與體積關(guān)系的試驗(yàn)裝置如圖甲所示，試驗(yàn)步驟如下：甲乙①把注射器活塞移至注射器中間位置，將注射器與壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)逐一連接；②移動(dòng)活塞，記錄注射器的刻度值V，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的由計(jì)算機(jī)顯示的氣體壓強(qiáng)值p；③用V-eq\f(1,p)圖象處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出如圖乙所示圖線。(1)為了保持封閉氣體的質(zhì)量不變，試驗(yàn)中實(shí)行的主要措施是_________________________________________________________。(2)為了保持封閉氣體的溫度不變，試驗(yàn)中實(shí)行的主要措施是______________________________和________________。(3)假如試驗(yàn)操作規(guī)范正確，但如圖所示的V-eq\f(1,p)圖線不過原點(diǎn)，則V0代表________________。[解析](1)為了保持封閉氣體的質(zhì)量不變，試驗(yàn)中實(shí)行的主要措施是在注射器活塞上涂潤(rùn)滑油，這樣可以保持氣密性。(2)為了保持封閉氣體的溫度不變，試驗(yàn)中實(shí)行的主要措施是移動(dòng)活塞要緩慢；不能用手握住注射器封閉氣體部分，這樣能保證裝置與外界溫度一樣。(3)依據(jù)p(V＋V0)＝C，C為定值，則V＝eq\f(C,p)－V0。假如試驗(yàn)操作規(guī)范正確，則V0代表注射器與壓強(qiáng)傳感器連接部位的氣體體積。[答案](1)在注射器活塞上涂潤(rùn)滑油(2)移動(dòng)活塞要緩慢；不能用手握住注射器封閉氣體部分(3)注射器與壓強(qiáng)傳感器連接部位的氣體體積2．(2024·江蘇宿遷高三期末)用氣體壓強(qiáng)傳感器探究肯定質(zhì)量氣體在溫度不變時(shí)壓強(qiáng)與體積關(guān)系的試驗(yàn)裝置如圖所示，試驗(yàn)步驟如下：A．將注射器活塞移動(dòng)到適當(dāng)?shù)奈恢茫鹨贿B接注射器、壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)；B．手握住注射器筒的空氣柱部分，起先緩慢推拉活塞變更氣體體積；C．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；D．多測(cè)幾組V、p數(shù)據(jù)，記錄并作出相應(yīng)圖象，分析得出結(jié)論。(1)該同學(xué)對(duì)器材操作錯(cuò)誤的步驟是________，因?yàn)樵摬僮鲿?huì)干脆影響氣體的________。(選填“溫度”“壓強(qiáng)”或“體積”)(2)某小組在一次試驗(yàn)過程中，環(huán)境溫度明顯上升，其它操作均規(guī)范，則該小組最終得到的p-eq\f(1,V)關(guān)系圖象可能是________。ABCD(3)在不同溫度環(huán)境下，某小組重復(fù)了上述試驗(yàn)，試驗(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)的字母)。ABCD[解析](1)探究氣體等溫變更的規(guī)律，須要保持不變的量是氣體的質(zhì)量和溫度，手握住注射器筒的空氣柱部會(huì)變更氣體的溫度，所以操作錯(cuò)誤的步驟是手握住注射器筒的空氣柱部分，起先緩慢推拉活塞變更氣體體積。故選B。探究氣體等溫變更的規(guī)律，須要保持不變的量是氣體的質(zhì)量和溫度，B操作會(huì)影響氣體的溫度。(2)由志向氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，可知p＝CTeq\f(1,V)，對(duì)于肯定量的氣體，溫度T越高p-eq\f(1,V)圖象的斜率越大，A、B、D錯(cuò)誤，C正確。(3)由志向氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知pV＝CT，對(duì)于肯定量的氣體，溫度T越高pV越大，即p-V圖象離坐標(biāo)軸越遠(yuǎn)，已知，T1>T2，B錯(cuò)誤A正確；由志向氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知p＝CTeq\f(1,V)，對(duì)于肯定量的氣體，溫度T越高p-eq\f(1,V)圖象的斜率越大，已知，T1>T2，D錯(cuò)誤C正確。[答案](1)B溫度(2)C(3)AC3．某同學(xué)利用玻意耳定律，設(shè)計(jì)了測(cè)量小石塊體積的試驗(yàn)方案，并按如下步驟進(jìn)行了試驗(yàn)：Ⅰ.將連接注射器的壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器以及計(jì)算機(jī)相連，如圖所示，再將小石塊裝入注射器內(nèi)；Ⅱ.緩慢推動(dòng)活塞至某一位置，記錄活塞所在位置的容積刻度V1，從計(jì)算機(jī)上讀取此時(shí)氣體的壓強(qiáng)p1；Ⅲ.重復(fù)步驟Ⅱ若干次，記錄每一次活塞所在位置的容積刻度Vn，并讀取對(duì)應(yīng)的氣體壓強(qiáng)pn；Ⅳ.處理記錄的數(shù)據(jù)，求出小石塊體積。試回答下列問題：(1)試驗(yàn)過程中，除了保持注射器內(nèi)封閉氣體的質(zhì)量不變之外，還應(yīng)當(dāng)保持封閉氣體的________不變。(2)設(shè)小石塊的體積V0，隨意兩次測(cè)得的氣體壓強(qiáng)及體積為p1、V1和p2、V2，則上述物理量之間的關(guān)系式為_____________。(3)為了減小試驗(yàn)誤差，試驗(yàn)數(shù)據(jù)通常采納作直線圖線的方法來處理。橫、縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的物理量最佳的設(shè)置方法是：以________為橫軸、以________為縱軸。(4)指出試驗(yàn)中導(dǎo)致