精品解析：15.6 实验 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 （讲）-2024届高考物理一轮复习

第十五章 热学 实验　探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 1.实验器材：注射器、橡胶套、压力表等（如图所示）。 2.实验数据的获取 空气柱的压强p可以从仪器上方的压力表读出，空气柱的长度l可以在玻璃管侧的刻度尺上读出，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V。 把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读出空气柱的长度与压强的几组数据。 3.实验数据的处理 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的一支，如图甲所示。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，如图乙所示。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接，容易得出相关的对实验研究有用的参数。 4.实验结论 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比，所以p-V图线是双曲线的一支，但不同温度下的图线是不同的。如图是一定质量的气体分别在T1、T2温度下等温变化的p-V图线，其中温度较高的是T2。 5.注意事项 （1）本实验应用控制变量法，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）为保证等温变化，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，应在活塞与注射器内壁间涂上润滑油，注射器内、外气体的压强差不宜过大。 考点一　教材原型实验 典例精析 变式巩固 【例题1】 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. 变式题】 2. 用图甲所示装置探究气体等温变化的规律。 （1）实验中，为找到体积与压强的关系，____（选填“需要”或“不需要”）测空气柱的横截面积； （2）关于该实验操作，下列说法正确的有_________； A．柱塞上应该涂油 B.应缓慢推拉柱塞 C.用手握注射器推拉柱塞 D.注射器必须固定竖直平面内 （3）测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，以p为纵坐标，为横坐标。在坐标系中描点作图；小明所在的小组不断压缩气体，由测得数据发现p与V的乘积值越来越小，则用上述方法作出的图像应为图乙中的________（选填“①”或“②”），造成该现象的原因可能是____________。 【变式题2】 3. 如图所示，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在注射器内用活塞封闭一定质量的气体，将注射器、压强传感器、数据采集器和计算机逐一连接起来； ②缓慢移动活塞至某一位置，待示数稳定后记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算机显示的气体压强值p1； ③重复上述步骤②，多次测量并记录； ④根据记录的数据，作出相应图象，分析得出结论。 (1)在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的__________和__________。 (2)根据记录的实验数据，做出了如图所示的p-V图。对图线进行分析，如果在误差允许范围内，p1、p2、V1、V2之间满足关系式__________，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。图线在V1、V2之间所围的面积的物理意义表示__________。 (3)在不同温度环境下，另一位同学重复了上述实验，实验操作和数据处理均正确。环境温度分别为T1、T2，且T1>T2。在如图所示的四幅图中，可能正确反映相关物理量之间关系的是______（选填选项前的字母）。 (4)在相同温度环境下，不同小组的同学均按正确的实验操作和数据处理的方法完成了实验，并在相同坐标标度的情况下画出了压强与体积的关系图线，如图所示。对于两组的图线并不相同的结果，他们请教了老师，老师的解释是由于他们选取的气体质量不同。若4个小组所选择的研究对象的质量分别是m1、m2、m3和m4，则由图可知它们的大小关系是m1_____m2，m3_____m4（选填“大于”或“小于”）。 考点二　探索创新实验 典例精析 变式巩固 例题】 4. 某同学通过图甲所示的实验装置，利用玻意耳定律来测定一颗形状不规则的石子的体积。 实验步骤： ①将石块装进注射器，插入活塞，再将注射器通过软管与传感器连接； ②移动活塞，通过活塞所在的刻度读取了多组气体体积，同时记录对应的传感器数据； ③建立直角坐标系。 （1）在实验操作中，下列说法正确的是：__________； A. 图甲中