5.探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系-2023-2024学年高二物理下学期同步培优练（人教版2019选择性必修第三册）

第5讲 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 5.1基础巩固 实验思路与实验器材 1.实验思路 利用注射器封闭一段空气柱作为研究对象，在温度不变的情况下，测量气体在不同体积时的压强，再分析气体压强与体积的关系 2.物理量的测量 (1)空气柱的体积：空气柱的长度可以通过刻度尺读取，空气柱的长度与横截面积的乘积就是体积。 (2)空气柱的压强：从与注射器内空气柱相连的压力表读取。 3.实验器材 带铁夹的铁架台，注射器，柱塞(与压力表密封连接)，压力表，橡胶套，刻度尺。 实验操作 1.安装器材(如图) 2.注射器两端有柱塞和橡胶套，管内密封一段空气柱，这段空气柱就是我们的研究对象。在实验过程中，我们可以近似认为空气柱的质量和温度不变。 3.用手把柱塞向下压，选取几个位置，同时读出刻度尺读数与压强，记录数据。 4.用手把柱塞向上拉，选取几个位置，同时读出刻度尺读数与压强，记录数据。在该实验中，由于我们可以直接用刻度尺读数作为空气柱体积，而无需测量空气柱的横截面积。 注意事项 1.适用条件是温度保持不变，所以操作要缓慢，才能保证温度不变。 2.要等到示数稳定之后，再去读数。 3.研究对象为一定质量的气体，防止漏气。 数据处理 1.以压强p为纵坐标，以体积V为横坐标建立p－V坐标系，画出气体等温变化的p－V图像，由于图像是曲线，不能说明压强与体积成反比。 2.以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标，建立p－ 坐标系，画出气体等温变化的p－图像，图像是过原点的倾斜直线，说明压强与体积成反比。 5.2考点精析 考点一　教材原型实验 例1 某实验小组用如图1甲所示实验装置来探究一定质量的气体发生等温变化遵循的规律。 图1 (1)关于该实验，下列说法正确的是________。 A.实验前应将注射器内的空气完全排出 B.空气柱体积变化应尽可能快些 C.空气柱的压强随体积的减小而减小 D.作出p－ 图像可以直观反映出p与V的关系 (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p－V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T1________T2(选填“＜”“＝”或“＞”)。 (3)另一小组根据实验数据作出的V－图线如图丙所示，若他们的实验操作无误，造成图线不过原点的原因可能是____________________________________。 跟踪训练 1.某实验小组用如图2甲所示装置探究气体做等温变化的规律。已知压力表通过细管与注射器内的空气柱相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。从压力表上读取空气柱的压强，从注射器旁的刻度尺上读取空气柱的长度。 图2 (1)实验时，为判断气体压强与体积的关系，________(填“需要”或“不需要”)测出空气柱的横截面积。 (2)关于该实验，下列说法正确的是______。 A.为避免漏气，可在柱塞上涂抹适量润滑油 B.实验中应快速推拉柱塞，以免气体进入或漏出注射器 C.为方便推拉柱塞，应用手握紧注射器再推拉柱塞 D.柱塞移至某位置时，应快速记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值 (3)测得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，作出图像如图乙所示。图像向下弯曲的可能原因有________。 A.实验过程中有进气现象 B.实验过程中有漏气现象 C.实验过程中气体温度降低 D.实验过程中气体温度升高 考点二　实验创新拓展 例2 如图3是用DIS研究“在温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”的部分实验装置。 图3 主要步骤如下： ①将压强传感器校准； ②把活塞移至注射器满刻度处； ③逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器、计算机； ④推动活塞，记录多组注射器内气体的体积V以及相应的压强传感器示数p。 (1)实验操作中，除了保证封闭气体的温度恒定以外，还需保证________不变。为此，在封入气体前，应_____________ (2)一小组根据测量的数据，绘出p－图像如图4所示。图线的上端出现了一小段弯曲，产生这一现象的可能原因是____________________________________________________。 图4 (3)另一小组实验时缓慢推动活塞，记录4组注射器上的刻度数值V，以及相应的压强传感器示数p。在采集第5组数据时，压强传感器的软管脱落，重新接上后继续实验，又采集了4组数据，其余操作无误。绘出的V－关系图像应是________。 跟踪训练 2.如图5，用一个带两根细管的橡皮塞塞紧烧瓶的瓶口，压强传感器通过其中一根不带阀门的细管连通烧瓶中的空气，另一根带阀门的细管连通注射器。开始时阀门处于关闭状态，注射器针筒的最大刻度线到阀门之间充满了水。现利用该装置进行验证玻意耳定律的实验。依图示连