热学实验2：探究理想气体状态方程2022-2023高考物理 知识讲解+突破训练

热学实验二：探究理想气体状态方程 1. 实验原理：玻意耳定律 2. 实验器材 铁架台、压力表、注射器(带橡胶套、柱塞)、刻度尺。 3. 实验步骤 （1）按如图所示，组装实验器材，在注射器下端的开口套紧橡胶套，密封一定质量的空气。 （2）测量空气柱的体积V和压强p。空气柱的长度l可以通过刻度尺读取，空气柱长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V；空气柱的压强p可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取。 （3）把柱塞缓慢地向下压或向上拉，再读取一组空气柱的长度与压强的数据。 （4）重复步骤3，获取多组数据。 1. 注意事项 （1）为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是注射器活塞上涂润滑油。 （2）为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是移动活塞要缓慢，且不能用手握住注射器封闭气体部分。 2. 数据处理 （1）以压强p为纵坐标，以体积V为横坐标，在坐标纸上描点作图，分析p与V之间的关系。某次实验的p­V图如图甲。 （2）p­V图不是线性关系，很难判断p与V的关系。由图甲猜想p可能与V成反比，p还可能与V2成反比，……可以进一步通过图像来检验这些猜想。 先以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标，把采集的各组数据在坐标纸上描点。如果p­图像中的各点位于过原点的同一条直线上，就说明压强跟体积的倒数成正比，即压强与体积成反比。如果不在同一条直线上，再尝试其他关系。 （3）根据多次实验的数据均可作出乙图，由此可得到结论：一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积的倒数成正比，即压强与体积成反比。 3. 误差分析 （1）漏气造成空气柱质量变化。改进措施：给注射器柱塞涂润滑油，使橡胶套尽量密封，压强不要太大。 （2）空气柱温度不恒定造成误差。改进措施：尽量在恒温环境操作，移动柱塞尽量缓慢。 （3）空气柱体积和气压测量不准确。改进措施：采用较细的注射器和准确度高的压力表。 【强化训练】 一、实验题 1．某物理实验小组为了探究在压强不变的情况下气体的体积与热力学温度的关系，选用了如图（a）所示的实验装置，图中压强计的指针可指示出管内气柱的压强，刻度可指示出气柱的体积，整个装置安装在固定架上，实验中气柱质量不变。 （1）将下列实验步骤补充完整； ①在烧杯中放入冰水混合物，使其浸没气柱，压强计示数稳定后，记下冰水混合物的热力学温度T、气柱的体积V和压强； ②改变烧杯内的水温，使水浸没气柱，经过一段时间后，缓慢调节活塞位置改变气柱的体积，使压强计的示数_______，记下气柱体积和水的热力学温度； ③多次改变水温，重复步骤②； （2）下表为某次实验记录的数据： 1 2 3 4 5 6 7 273 283 300 313 325 333 347 10.0 10.4 11.0 11.4 12.0 12.2 12.7 （3）根据表格中的数据在图（b）给出的坐标系中补齐数据点，并作出图线；_____ （4）根据作出的图线可知，一定质量的气体在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成_______关系。 2．某实验小组用如图甲所示实验装置来“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”。 （1）关于该实验，下列说法正确的是______ 。 A．实验前应将注射器的空气完全排出 B．实验时应快速推拉活塞以避免气体与外界发生热交换 C．无需测出封闭气体的质量 D．推拉活塞时，应用手握住整个注射器以使装置更稳定。 （2）为了探究气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律，他们进行了两次实验，得到的图像如图乙所示，由图可知两次实验气体的温度大小关系为______（选填“<”“＝”或“>”）。 （3）为了能直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系，应作出______（选填“”或“”）图像。对图线进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条______，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。 3．用DIS研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图1所示，实验步骤如下： ①把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一链接； ②移动活塞，记录注射器的刻度值，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值； ③用图像处理实验数据，得出如图2所示图线。 （1）为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是_______； （2）为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是_______和_____； （3）如果实验操作规范正确，但如图所示的图线不过原点，则代表_____。 4．右图为“研究一定质量气体在压强不变的条件下，体积变化与温度变化关系”的实验装置示意图．粗细均匀的弯曲玻璃管A臂插入烧瓶，B臂与玻璃管C下部用橡胶管连接，C管开口向上