江蘇專用2025版高考物理一輪復習第12章熱學實驗17探究等溫情況下一定質量氣體壓強與體積的關系學案

PAGE7-試驗十七探究等溫狀況下肯定質量氣體壓強與體積的關系1．試驗目的探究肯定質量的氣體在溫度不變的條件下的壓強與體積的關系。2．試驗原理(1)描述氣體狀態(tài)的壓強、溫度、體積三個物理量稱為氣體狀態(tài)參量，當其中某個參量發(fā)生變更時，通常會引起另外兩個參量的變更。要探討這三個參量的變更規(guī)律，可以運用限制變量的方法，分別探討兩個參量之間的關系。(2)本試驗就是探討在溫度不變時，氣體的壓強與體積之間的關系。如圖是傳統(tǒng)的探究氣體溫度不變時壓強與體積關系的試驗裝置，壓強可通過壓強計讀出。3．試驗器材注射器、DIS(壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機等)。4．試驗步驟(1)將壓強傳感器接入數(shù)據(jù)采集器。點擊教材專用軟件主界面上的試驗條目“氣體壓強與體積的關系”，打開該軟件。(2)點擊“起先記錄”，視察壓強傳感器實時測得的大氣壓強值。(3)把注射器活塞置于初始位置(本次試驗為11mL處)，并將注射器與壓強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應的氣體體積值。點擊“記錄數(shù)據(jù)”，記錄下此刻的壓強值。(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，同時記錄該體積對應的壓強值，獲得多組數(shù)據(jù)。點擊“數(shù)據(jù)計算”對表格中數(shù)據(jù)進行計算。(6)點擊“p-V繪圖”，依據(jù)已有數(shù)據(jù)點繪出“壓強—體積”關系圖線。(7)點擊“p-eq\f(1,V)繪圖”，繪出“壓強—體積倒數(shù)”關系圖線。5．留意事項(1)本試驗應用物理試驗中常用的限制變量法，探究在氣體質量和溫度不變的狀況下(即等溫過程)，氣體的壓強和體積的關系。(2)為保持等溫變更，試驗過程中不要用手握住注射器有氣體的部位。同時，變更體積過程應緩慢，以免影響密閉氣體的溫度。為保證氣體密閉，應在活塞與注射器壁間涂上潤滑油，注射器內外氣體的壓強差不宜過大。(3)試驗中所用的壓強傳感器精度較高，而氣體體積是干脆在注射器上讀出的，其誤差會干脆影響試驗結果。(4)在等溫過程中，氣體的壓強和體積的關系在p-V圖象中呈現(xiàn)為雙曲線。處理試驗數(shù)據(jù)時，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。這是科學探討中常用的數(shù)據(jù)處理的方法，因為一次函數(shù)反映的物理規(guī)律化較直觀，簡單得出相關的對試驗探討有用的參數(shù)。試驗原理與操作1．在活塞上涂上潤滑油，保持良好的密封性，可以保持封閉氣體的質量不發(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，因為手的溫度可能變更氣體的溫度。[題組訓練]1．(1)如圖所示，用一個帶刻度的注射器及計算機協(xié)助系統(tǒng)來探究氣體的壓強和體積關系，試驗中應保持不變的參量是________，所探討的對象是注射器中封閉的氣體，它的體積可用注射器干脆讀出，它的壓強是由圖中壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器得到。(2)試驗過程中，下列操作正確的是________。A．推拉活塞時，動作要快B．推拉活塞時，手不能握住注射器筒C．壓強傳感器與注射器之間的軟管脫落后，應馬上重新接上，接著試驗并記錄數(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的測量[解析](1)在探討肯定質量的氣體壓強與體積的關系時，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，動作要慢，使其溫度與環(huán)境保持一樣，故A錯誤；推拉活塞時，手不能握住注射器，防止手對其起加熱作用，故B正確；橡皮帽與注射器脫落后，氣體質量變更，需重新做試驗，故C錯誤；不漏氣可以保證氣體質量肯定，故D正確；活塞和針筒之間的摩擦并不影響壓強的測量，故E正確。[答案](1)溫度(2)BDE2．在“用DIS探討溫度不變時，肯定質量的氣體壓強與體積的關系”試驗中：(1)氣體的體積可干脆從注射器上讀出，氣體的壓強是用________傳感器通過計算機系統(tǒng)得到的。(2)下列各項要求中，屬于本試驗必須要做到的是________。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量D．氣體的壓強和體積必需用國際單位(3)對測得的試驗數(shù)據(jù)進行處理時，發(fā)覺各組同學計算的氣體壓強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做試驗時，氣體的壓強是用壓強傳感器通過計算機系統(tǒng)得到的。(2)本試驗的條件是：溫度不變、氣體質量肯定，所以要在等溫條件下操作，注射器密封性要好，故A、B正確；本試驗探討質量肯定的氣體壓強與體積的關系，不須要測量氣體的質量，故C錯誤；本試驗探討氣體的壓強和體積的比例關系，單位無需統(tǒng)一為國際單位，故D錯誤。(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，空氣的質量不同。[答案](1)壓強(2)AB(3)質量3．如圖所示，用一個帶兩根細管的橡皮塞塞緊燒瓶的瓶口，壓強傳感器通過其中一根不帶閥門的細管連通燒瓶中的空氣，另一根帶閥門的細管連通注射器。起先時閥門處于關閉狀態(tài)，注射器針筒的最大刻度線到閥門之間充溢了水?，F(xiàn)利用該裝置進行驗證玻意耳定律的試驗。依圖示連接好試驗器材，運行DIS軟件進入試驗界面，點擊“起先記錄”后：①打開閥門，推注射器活塞向燒瓶內注入適量的水，關閉閥門；②記錄氣體的壓強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，重復試驗得到多組試驗數(shù)據(jù)，點擊“停止記錄”。(1)試驗中通過________測得注入燒瓶中的水的體積。(2)為驗證玻意耳定律，采納圖象法處理試驗數(shù)據(jù)時，應選擇________。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)上述試驗數(shù)據(jù)的圖象可以測得________________________；上述試驗中存在著可能影響試驗精確度的主要因素有_______________(寫出一條即可)。[解析](1)因為注射器上有刻度，所以通過注射器上的刻度測得注入燒瓶中的水的體積。(2)設燒瓶的體積為V0，由玻意耳定律可得p(V0－V)＝C，化簡可得V＝－eq\f(1,p)C＋V0，由此可以看出應當作V-eq\f(1,p)圖象。(3)由V＝－eq\f(1,p)C＋V0可知，此圖象的延長線與V的交點就是燒瓶的體積V0，所以由圖象可以求出燒瓶的體積。影響試驗精確度的因素有：燒瓶密封不嚴有漏氣，或燒瓶中氣體溫度有變更，或壓力傳感器測量不精確。[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量的某種氣體，在溫度不變的狀況下，壓強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。[題組訓練]1．用DIS探討肯定質量氣體在溫度不變時，壓強與體積關系的試驗裝置如圖甲所示，試驗步驟如下：甲乙①把注射器活塞移至注射器中間位置，將注射器與壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機逐一連接；②移動活塞，記錄注射器的刻度值V，同時記錄對應的由計算機顯示的氣體壓強值p；③用V-eq\f(1,p)圖象處理試驗數(shù)據(jù)，得出如圖乙所示圖線。(1)為了保持封閉氣體的質量不變，試驗中實行的主要措施是_________________________________________________________。(2)為了保持封閉氣體的溫度不變，試驗中實行的主要措施是______________________________和________________。(3)假如試驗操作規(guī)范正確，但如圖所示的V-eq\f(1,p)圖線不過原點，則V0代表________________。[解析](1)為了保持封閉氣體的質量不變，試驗中實行的主要措施是在注射器活塞上涂潤滑油，這樣可以保持氣密性。(2)為了保持封閉氣體的溫度不變，試驗中實行的主要措施是移動活塞要緩慢；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。假如試驗操作規(guī)范正確，則V0代表注射器與壓強傳感器連接部位的氣體體積。[答案](1)在注射器活塞上涂潤滑油(2)移動活塞要緩慢；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)用氣體壓強傳感器探究肯定質量氣體在溫度不變時壓強與體積關系的試驗裝置如圖所示，試驗步驟如下：A．將注射器活塞移動到適當?shù)奈恢?，逐一連接注射器、壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機；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．記錄此時注射器內封閉氣體的體積V1和由計算機顯示的氣體壓強值p1；D．多測幾組V、p數(shù)據(jù)，記錄并作出相應圖象，分析得出結論。(1)該同學對器材操作錯誤的步驟是________，因為該操作會干脆影響氣體的________。(選填“溫度”“壓強”或“體積”)(2)某小組在一次試驗過程中，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)關系圖象可能是________。ABCD(3)在不同溫度環(huán)境下，某小組重復了上述試驗，試驗操作和數(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，可能正確反映相關物理量之間關系的是________(選填選項的字母)。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量和溫度，手握住注射器筒的空氣柱部會變更氣體的溫度，所以操作錯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量和溫度，B操作會影響氣體的溫度。(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，對于肯定量的氣體，溫度T越高pV越大，即p-V圖象離坐標軸越遠，已知，T1>T2，B錯誤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錯誤C正確。[答案](1)B溫度(2)C(3)AC3．某同學利用玻意耳定律，設計了測量小石塊體積的試驗方案，并按如下步驟進行了試驗：Ⅰ.將連接注射器的壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器以及計算機相連，如圖所示，再將小石塊裝入注射器內；Ⅱ.緩慢推動活塞至某一位置，記錄活塞所在位置的容積刻度V1，從計算機上讀取此時氣體的壓強p1；Ⅲ.重復步驟Ⅱ若干次，記錄每一次活塞所在位置的容積刻度Vn，并讀取對應的氣體壓強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)試驗過程中，除了保持注射器內封閉氣體的質量不變之外，還應當保持封閉氣體的________不變。(2)設小石塊的體積V0，隨意兩次測得的氣體壓強及體積為p1、V1和p2、V2，則上述物理量之間的關系式為_____________。(3)為了減小試驗誤差，試驗數(shù)據(jù)通常采納作直線圖線的方法來處理。橫、縱坐標對應的物理量最佳的設置方法是：以________為橫軸、以________為縱軸。(4)指出試驗中導致