2022届高考物理一轮突破实验十八 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

实验十八　探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 实验目的和器材 实验原理 实验目的 探究一定质量的气体在温度不变的情况下压强与体积的关系 在注射器内封闭一段空气柱,保持空气柱的质量、温度不变,空气柱的压强与体积的倒数成正比关系 实验器材 铁架台、压力表、注射器、橡胶套、刻度尺 【实验过程】 1.在试管内封闭一定质量的理想气体。从压力表中读取空气柱的压强,从注射器旁的刻度尺中读取空气柱的长度。 2.用手把柱塞向下压或向上拉,读出体积与压强的几组数据。 3.根据数据画出图象。 【数据处理】 根据数据作出p-图象 【误差分析】 1.实验的过程中存在漏气现象会造成误差,在实验的过程中要保证橡胶套的气密性。 2.下压柱塞或上拉柱塞过快,会造成气体温度增加,引起实验误差。在实验操作的过程中,改变空气柱长度时操作要缓慢。同时手不能握住注射器。 3.在读压力表和刻度尺示数时都会引起读数误差。因此要多测几次取平均值。 【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。 3.在等温过程中,气体的压强和体积的关系在p -V图象中呈现为双曲线。处理实验数据时,要通过变换,即画p -图象,把双曲线变为直线,说明p和V成反比。这是科学研究中常用的数据处理的方法,因为一次函数反映的物理规律比较直观,容易得出相关的对实验研究有用的参数。 【实验创新】 探究一定质量气体在温度不变的情况下,压强与体积之间的关系。在控制变量的思想下,我们可以探究压强不变的情况下体积与温度的关系。还可以探究温度变化的情况下体积与压强的关系。本实验的创新有两个视角: 视角一:不改变实验目的,实验目的仍然是探究一定质量的理想气体温度不变时,压强与体积间的关系。但在测量压强时可以引入压强传感器和计算机。实验仪器还可以改用U形管。 视角二:不改变实验装置,可以探究温度变化时p -V间的关系,以及压强不变时V -T间的关系。 教材原型实验 【典例1】(2021·海淀区模拟)某同学用如图所示装置探究气体做等温变化的规律。 (1)下列各项要求中,属于本实验必须要做到的是　　　　　。  A.在等温条件下操作 B.注射器的密封性良好 C.测量所封闭气体的质量 D.气体的压强和体积必须用国际单位 (2)某小组某次实验只记录了如表格所示的两组数据。小王认为,这两组数据很好地体现了玻意耳定律的规律,因为两组数据p和V的乘积几乎相等,说明p跟V成反比;小李却认为,如果把这两组数据在纵坐标轴为p、横坐标轴为的坐标系中描点,这两点连线的延长线将不经过坐标原点,因此这两组数据没有反映玻意耳定律的规律。对此你有什么看法?　。  数据序号 均匀玻璃管内空气柱长度l/cm 空气柱的压强p/105 Pa 1 39.8 1.024 2 40.3 0.998 创新型实验 类型一　不变目的变装置(利用传感器与计算机) 【典例2】(2021·通州区模拟)某同学利用如图1所示传感器装置做“探究气体等温变化的规律”实验,按如下操作步骤进行实验: a.将注射器活塞移动到体积适中的V0位置,接上软管和压强传感器,通过DIS系统记录下此时的体积V0与压强p0; b.用手握住注射器前端,开始缓慢推拉活塞改变气体体积; c.读出注射器刻度表示的气体体积V,通过DIS系统记录下此时的体积V与压强p; d.重复b、c两步操作,记录6组数据,作p -V图。 结合上述步骤,请你完成下列问题: (1)该同学对器材操作的错误是　,  因为该操作通常会影响气体的　　　　　(选填“温度”“压强”或“体积”)。  (2)我们在探究一定质量气体压强跟体积关系的实验中,一定质量气体等温变化的p -V图线如图2所示,图线的形状为双曲线。一定质量的气体,不同温度下的等温线是不同的,如图3所示。请判断图3中的两条等温线的温度T1　　　　　T2 (选填“>”“<”或“=”)。  类型二　不变目的变装置(利用U形管) 【典例3】如图是探究气体温度不变时压强与体积关系的实验装置,甲、乙两图中气体的体积分别为(设玻璃管的截面积为S,水的密度为ρ,重力加速度为g,大气压强为p0)V甲=　　　　　,V乙=　　　　　;压强分别为p甲=　　　　　,p乙=　　　　　。实验中从测量的几组数据我们发现　　　　　,这个等式成立的条件是　　　　　,实验中其值等于　　　　　。  类型三　不变装置变目的(探究温度变化时的p -V关系) 【典例4】(2021·海淀区模拟)如图1所示,用气体压