第十四章 实验二十 探究气体等温变化的规律-【创新教程】2024高考物理总复习大一轮教师用书word（新教材，人教版）

实验二十　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p­V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 [跟踪训练] 1.某同学用如图所示装置探究气体做等温变化的规律： (1)在实验中，下列哪些操作不是必需的　________　； A．用橡胶套密封注射器的下端 B．用游标卡尺测量柱塞的直径 C．读取压力表上显示的气压值 D．读取刻度尺上显示的空气柱长度 (2)实验装置用铁架台固定，而不是用手握住玻璃管(或注射器)，并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是　_______________________________________________　； (3)下列图像中，最能直观反映气体做等温变化的规律的是　________　. 解析：(1)用橡胶套密封注射器的下端，是为了封住一定量的气体，故A是必要的；没有必要测量柱塞的直径，由于整个过程中，截面不变，知道长度就可以，列方程时，两边把截面可以消掉，故B没必要；读取压力表上显示的气压值，知道初末状态的气压值，故C是必要的；读取刻度尺上显示的空气柱长度来表示空气的体积，故D是必要的． (2)尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变． (3)图像中直线比曲线直观，在等温变化中，p与成正比，因此画p­图像，应是一条过坐标原点的直线，故C正确，A、B、D错误． 答案：(1)B　(2)见解析　(3)C 数据处理与误差分析 [典例2]　探究气体等温变化规律的简易装置图如图所示，表中是某小组的数据． 序号 V/mL p/(×105 Pa) pV/(×105 Pa·mL) 1 20 1.001 0 20.020 2 18 1.095 2 19.714 3 16 1.231 3 19.701 4 14 1.403 0 19.642 5 12 1.635 1 19.621 (1)若要研究p、V之间的关系，绘制图像时应选用　________　作为坐标系． (2)仔细观察发现，pV的值越来越小，可能的原因是 _________________________________________________