第十四章 实验十八 探究气体等温变化的规律-2023高考物理艺考生文化课百日冲关教师用书word（新教材，人教版）

实验十八　探究气体等温变化的规律 ◆ 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．实验中所用的压强传感器精度较高，而气体体积是直接在注射器上读出的，其误差会直接影响实验结果． 4．在等温过程中，气体的压强和体积的关系在p－V图像中呈现为双曲线．处理实验数据时，要通过变换，即画p－图像， 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． 实验原理的考查 [典例1]　请回答下列有关DIS实验“探究气体压强与体积的关系”的问题． (1)如图所示，用一个带有刻度的注射器及DIS实验系统来探究气体的压强与体积的关系．实验中气体的质量保持不变，气体的体积直接从注射器上读出，气体的压强是由图中　________　传感器通过计算机系统得到． (2)某同学在做本实验时，按实验要求组装好实验装置，然后缓慢推动活塞，使注射器内空气柱从初始体积20.0 mL减为12.0 mL.实验共测五次，每次体积值直接从注射器的刻度读出并输入计算机，同时由传感器测得对应体积的压强值． 实验完成后，计算机屏幕上显示出如表所示的实验结果： 序号 V(mL) p(×105Pa) pV(×105Pa·mL) 1 20.0 1.001 0 20.020 2 18.0 1.095 2 19.714 3 16.0 1.231 3 19.701 4 14.0 1.403 0 19.642 5 12.0 1.635 1 19.621 仔细观察不难发现，pV(×105 Pa·mL)一栏中的数值越来越小，造成这一现象的原因可能是(　　) A．实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大 B．实验时环境温度升高了 C．实验时外界大气压强发生了变化 D．实验时注射器内的空气向外发生了泄漏 [解析]　(1)用DIS实验系统“探究气体压强与体积的关系”时，气压用压强传感器测量．(2)实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不会影响气压与体积，故A错误；若实验时环境温度升高，根据理想气体状态方程＝C，pV乘积变大，故B错误；封闭气体压强与外界大气压强无关，故C错误；实验时注射器内的空气向外发生了泄漏，根据理想气体状态方程＝C，常数C与质量有关，变小，故pV乘积减小，故D正确． [答案]　(1)压强　(2)D 创新拓展实验 [典例2]　如图甲所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，操作步骤如下： ①把注射器活塞推至注射器中间某一位置，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重复上述步骤②，多次测量； ④根据记录的数据，作出V－图线，如图乙所示． (1)完成本实验的基本要求是　________　(填正确答案标号) A．在等温条件下操作 B．封闭气体的注射器密封良好 C．必须弄清所封闭气体的质量 D．气体的压强和体积必须用国际单位 (2)理论上由V－图线分析可知：如果该图线　________　，就说明气体的体积跟压强的倒数成正比，即体积与压强成反比． (3)若他实验操作规范正确，则图线不过原点的原因可能是　________　，图乙中V0代表　________　. [解析]　(1)由于该实验是用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，故要保证在等温条件下操作，故A项正确．为了控制变量，气体的质量不能改变，若出现漏气的话，会出现误差，故B项正确．该实验不需要弄清气体的质量，故C项错误．气体的压强和体积不一定要用国际单位，故D项错误． (2)若气体的体积跟压强的倒数成正比，即V＝k－，则该图线为过原点的直线． (3)图线不过原点的原因可能是传感器与注射器间有气体，图乙中V0代表传感器与注射器间气体体积． [答案]　(1)A、B　(2)为过坐标原点的直线 (3)传感器与注射器间有气体　传感器与注射器间气体体积 1.为了探究气体压强与体积的关系，实验装置如图所示．注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭在玻璃管中．实验中空气柱体积变化缓慢，可认为　________　保持不变．空气柱的压强p可以从仪器上方的指针读出，空气柱的长度L可以在玻璃管侧的刻度尺上读出，若空气柱的横截面积为S，则空气柱的体积V＝　________　.为了直观地判断压强p与体积V的数量关系，应作出　________　(选填“p