第14章 实验20 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系(教参)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(新教材新高考)广东专版

　探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 教材原型实验　 　实验原理与操作 [典例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．用橡胶塞密封注射器的下端 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________。 A　　　　　　　　　B C　　　　　　　　　D [解析]　(1)用橡胶塞密封注射器的下端，是为了封住一定质量的气体，故A是必要的，不符合题意；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，符合题意；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，不符合题意；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，不符合题意。 (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)尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变　(3)C 　数据处理与误差分析 [典例2]　用注射器做验证玻意耳定律的实验，如图1所示。 图1 (1)若测得注射器的全部刻度长为l，由注射器的刻度直接读出其容积为V，由天平测得注射器的活塞和钩码框架的总质量为m1，由气压计读出大气压强为p0，重力加速度大小为g。当框架两侧对称悬挂的钩码总质量为m2时，气体压强为________；去掉钩码，用弹簧测力计竖直向上拉框架，测得拉力为F，则气体压强为________。 (2)某同学测出了注射器内封闭气体的几组压强p和体积V的值后，以p为纵轴、为横轴，画出p­ 图像如图2、3、4所示，则图2产生的可能原因是________；图3产生的可能原因是________；图4产生的可能原因是________。 图2　　　图3　　　　图4 A．各组的p、取值范围太小 B．实验过程中有漏气现象 C．实验过程中气体温度升高 D．在计算压强时，没有计入由于活塞和框架的重力引起的压强 [解析]　(1)注射器可看成圆柱体，由V＝Sl得S＝。框架两边加砝码时，对活塞受力分析可知p1S＝p0S＋m1g＋m2g，可得气体压强p1＝p0＋；向上加力F时，对活塞受力分析可知p2S＋F＝p0S＋m1g，可得气体压强p2＝p0＋。 (2)图2中图线的交点在横轴上，即测量的压强为0时就有一定的体积，因此在测量过程中压强测小了，可能是在计算压强时，没有计入由于活塞和框架的重力引起的压强，故选D；图3中图线向上弯曲，可能是实验过程中气体温度升高，故选C；图4中图线向下弯曲，可能是实验过程中有漏气现象，导致pV乘积减小，故选B。 [答案]　(1)p0＋　p0＋　(2)D　C　B 拓展创新实验　 　实验器材的创新 [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________。 甲　　　　乙 [解析]　根据圆柱体体积公式V＝hS 得：V甲＝l1S V乙＝l2S 根据连通器原理可知封闭气体压强为：p＝p0±ρgh，可得：p甲＝p0－ρgh1 p乙＝p0＋ρgh2 通过计算我们发现：p甲V甲＝p乙V乙 做实验的前提条件是温度保持不变的一定质量气体，不漏气的情况下，气体的温度等于当时室温。 [答案]　l1S　l2S　p0－ρgh1　p0＋ρgh2　p甲V甲＝p乙V乙　温度不变　当时室温 　利用连通器原理，通过U形管液面高度的变化，改变压强与体积。 　实验目的的创新 [典例4]　(2023·广东汕头模拟)如图1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： 　图1　　　　　　　　图2 A　　　　　B　　　　　C　　　　　D 图3