11.2 气体的等温变化（2）实验误差分析实际应用 课件-2022-2023学年高二下学期物理沪科版（2020）选择性必修第三册

第十一章 气体、液体和固体 第二节 气体的等温变化（2） 实验误差分析 实际应用 金山世外普高综合大组 Kimmy 2023年5月23日 选修系列 1 前文回顾 玻意耳定律 一定质量的气体在温度不变时，压强与体积成反比。这个结论叫做玻意耳定律（Boyle’s law）。 克拉伯龙方程 p O 等温线 T2 T1 p O 等温线 T2 T1 V 一、实验误差分析 在某次实验中，用手握住注射器的筒身，对 p − V 或者 p − 1/V 图像有什么影响 p O 标准 利用 温度越高/低，坐标乘积越大/小 p O 标准 利用 ，温度越高/低，与原点连线的斜率越大/小 当握住筒身，往内部推活塞，体积变小，图像如图红线，注意方向 当握住筒身，往外部拉活塞，体积变大，图像如图紫线，注意方向 当握住筒身，往内部推活塞，体积的倒数变大，图像如图红线，注意方向 当握住筒身，往外部拉活塞，体积变倒数变小，图像如图紫线，注意方向 当环境温度降低时，以上图像该如何变化？ 用手握住筒身=过快推动筒身=环境温度升高。 不是曲线切线斜率 3 一、实验误差分析 在某次实验中，装置的气密性不好，对 p − V 或者 p − 1/V 图像有什么影响 p O 标准 利用 气体物质的量多/少，坐标乘积变大/小 p O 标准 利用 ，气体物质的量多/少，与原点连线的斜率变大/小 当握住筒身，往内部推活塞，体积变小，图像如图红线，注意方向 当握住筒身，往外部拉活塞，体积变大，图像如图紫线，注意方向 当握住筒身，往内部推活塞，体积的倒数变大，图像如图红线，注意方向 当握住筒身，往外部拉活塞，体积变倒数变小，图像如图紫线，注意方向 气体压强减小时，气体会补充，n增大 气体压强增大时，气体会泄露，n减小 不是曲线切线斜率 4 一、实验误差分析 在某实验中，根据实验数据做出 p­ − 1/V 函数图像不通过坐标原点。为什么？ 压强传感器前端软管内空气体积约为 1 mL。 误差来源： 注射器与传感器相连部分的体积没有考虑。 减小误差的方法： 应该使用较大的注射器，在实验过程中，气体的体积不宜压得太小，这样使那一部分的体积可以忽略不计。 误差验证： 在绘制图像前，将1mL的数据与注射器的读数相加。验证图像是否过原点。 如果想精确计算注射器与传感器相连部分的体积呢？ 5 一、实验误差分析 如果想精确计算注射器与传感器相连部分的气体体积呢？ 方案一：作p­ − 1/V图像 方案一：作V­ − 1/p图像 满足玻意耳定律应该是真实的压强和真实体积。 压强传感器的读数是真实的 真实的体积是应该是刻度读数V + 连接部分V0 这不是线性函数，不便分析 V O 是严格的一次函数图像 O 纵截距即连接部分的体积 p 6 一、实验误差分析 V O V­ − 1/p图像中纵截距即连接部分的体积 若在V­ − 1/p图像中出现蓝线的结果，请分析可能出现的原因，并分析V1的含义 注射内有异物，占据了空间，会导致图像向上偏移。 对比图像 得 据此原理，大家可以去设计一个测量不规则容器的实验吗？ 7 二、实际应用 如图所示的潜水钟（一种沉放到水下，研究水底情况的装置，也可作为检修大桥桥墩及其他建筑设施水下部分的潜水装置）高2m，开口端竖直向下沉到10m深的水底，求进入钟内的水深h。（设钟内封闭气体的温度保持不变，大气压强 p0 = 1.0×105 Pa，水的密度ρ = 1.0×103kg/m3，g 取10m/s2） 10m 2m h 气体定律的实际应用的一般解题步骤： 找出相应的初态和末态 根据几何关系计算初态和末态的体积（长度） 根据连通器原理或者受力分析计算初态和末态的压强 列出相应的气体定律 求解未知参数 8 二、实际应用 如图所示的潜水钟（一种沉放到水下，研究水底情况的装置，也可作为检修大桥桥墩及其他建筑设施水下部分的潜水装置）高2m，开口端竖直向下沉到10m深的水底，求进入钟内的水深h。（设钟内封闭气体的温度保持不变，大气压强 p0 = 1.0×105 Pa，水的密度ρ = 1.0×103kg/m3，g 取10m/s2） 找到初始状态，即潜水钟刚刚进入水面 10m 2m h 初始体积V1 = 2m×S 初始压强p1 = p0 末态体积V2 = (2m − h)×S 末态压强p2 = p0+ ρg× ( 10m − h ) 根据玻意耳定律 解得 9 二、实际应用 某小组同学应用玻意耳定律设计了一个测量大气压强的实验方案：一端封闭、粗细均匀的玻璃管开口向上竖直放置，内有一段汞柱封闭了一定质量的空气，如图所示。多次改变管内汞柱长度，测量多组汞柱的长度 h 和空气柱的长度 l ；然后在