第15章 实验二十 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系-【衡中学案】2025年高考物理一轮总复习学案（新教材）

实验二十 探究等温情况下一定质量气体 压强与体积的关系 实验知识·自主回顾 一.实验目的 3.把柱塞缓慢地向下压或向上拉,再读取一组空 通过实验探究一定质量的气体,在温度不变时,其 气柱的长度与压强的数据。 压强与体积变化的关系。 4.重复步骤3,获取多组数据。 二. 实验思路 五. 数据处理 本实验的方法为控制变量法,即控制气体的质量 1.以压强p为纵坐标,以体积的倒数为横坐标,把 和温度一定,探究气体压强与体积的关系。 采集的各组数据在坐标纸上描点。如果p- -1图像中 三.实验器材 铁架台、压力表、注射器(带橡胶套、杜塞)、刻 的各点位于过原点的同一条直线上,就说明压强跟体 度尺。 积的倒数成正比,即压强与体积成反比 四. 实验步骤 2.根据多次实验的数据均可作出下图,由此可得 1.按如图所示,组装实验器材,在注射器下端的开 到结论:一定质量的气体,在温度不变的条件下,其压 口套紧橡胶套,密封一定质量的空气。 强与体积的倒数成正比,即压强与体积成反比。 2H5 力 2025出 过#牲 验与的线性关 -橡咬 注意书项 (1)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主 2. 测量空气柱的体积V和压强y。空气柱的长度/ 母慨 要措施是注射器活塞上涂润滑油。 可以通过刻度尺读取,空气柱长度/与横截面积S的 (2)为了保持封闭气体的温度不变,实验中采取的主 乘积就是它的体积V:空气样的压强,可以从与注射器 要措施是移动活塞要缓慢,且不能用手握住注射 内空气杜相连的压力表读取。 器封闭气体部分。 核考点·重点突破 驾点] 教材原型实验 (1)实验中,为找到体积与压强的关系, (基础考点·自主探究 (选填“需要”或“不需要”)测出空气柱的横截 面积。 【跟踪训练】 (2)测得多组空气柱的压强)和体积V的数据后,为 (实验原理,数据处理,实验操作和误差分析的考查)用 直观反映压强与体积之间的关系,若以p为纵坐 如图甲所示装置探究气体等温变化的规律 标,则应以 为横坐标在坐标系中描点 作图,作出的图线如图乙所示。 (3)某同学在做“探究气体等温变化的规律”实验 中,测得的实验数据在计算机屏幕上显示如表 所示,仔细观察“pV”一栏中的数值,发现越来越 甲 小,造成这一现象的可能原因是 ## 序号 V/mL p/(10Pa) pV/(10Pa.mL) 20.0 1.0010 20.020 1.0952 18.0 19.714 1.2313 16.0 19.701 (1)在图2所示的坐标纸上已经标出4组数据点, 14.0 1.4030 19. 642 请将余下的两组数据在坐标纸上标出,并作出对应的 12.0 1.6351 19.621 图像。 (4)实验过程中,下列操作正确的是 200 vl A.推拉活塞时,动作迅速 1500 B. 推拉活塞时,手不能握住注射器含有气体的 100 ⊙ 部分 C.压强传感器与注射器之间的软管脱落后,应 5 迅速重新装上继续实验 D.注射器必须固定在竖直平面内 (0×10~P-1) (5)为了能更准确地测出气体的压强,小华用软管连 图2 通注射器和压强传感器。用(2)中方法作出的 (2)该同学经老师提醒后发现自己的体积数据记 图线如图丙所示,该图线不过原点,为减小这一 录有误,漏记了小软管内气体的体积,你认为他的体 实验误差,请给出你的改进方法。 积数据记录还存在什么问题: 驾点己 创新实验提升 结合图2中画出的图像,判断该同学 (选填 (能力考点·深度研析) “需要”或“不需要”)修正体积的数据记录。 1.实验器的改进 (3)该同学从分子动理论的角度分析实验过程 用压强传感器代替压力表 试管内封闭一定质量的气体,温度保持不变,气体分子 2.数据处理的改进 的 和 一定;气体的体积减 还可以做-V或V-图像 小时,单位时间内撞击单位面积的分子数 (选 | 填“增大”“减小”或“不变”),宏观表现为气体的 考向1 实验器材的改进 例{①在“用DIs研究温度不变时,一定质量的气体压 强与体积的关系”实验中,某同学采用如图1所 考向2 实验原理的创新 示的实验装置,一个带刻度的导热试管内封闭一定质 过例{②}(2024·山东泰安质检)某同学利用图(a)装置 量的气体,有一定厚度的活塞可在试管内无摩擦地滑 验证玻意耳定律,粗细相同的玻璃管A和B下 动,试管的右端通过一个小软管与压强传感器相连。 端用橡皮管相连,管内装有水银,A管上端封闭,内有 27 r1111111 封闭气体,B管上端开口。上、下移动B管时,需保持 千 一活 H1强传感器 1算 不变,气体体积V可以根据A管上的刻度读 小勃 数采集器 出,利用刻度尺测出B管液面与A管液面的高度差h。 图1 测得一系列数据后,以h为纵坐标,得到如图(b)所示 的函数图像,则图像的横坐标应为 ;图线与h 该同学向右缓慢推动活塞左侧的手柄,在这个过 程中未用手接触试管,每次从活塞左边沿对应的试管 轴交点的物理含义是 刻度读取体积值,并输入计算机,同时由压强传感器测 # 得对应的压强值。实验共测了6次,实验结果如表 所示。 序号 体积V/mL 压强p/(x10Pa) 200 1.011 180 1.123 160 i 1.264 4 140 1.444 120 1.685 温馨提示:复习至此,请完成练案[78 100 2.0223.(1)建模法(2)6×10-0(3)D (2)该同学将有一定厚度的活塞体积也计入气体体积值。结合 [解析](1)此实验把油酸分子看成紧密排列的球体，把在术 图像可知，温度不变时，压强与体积戒反比，所以不需要修正 面上形成的油膜看成是单分子油膜，是建立模型的方法。 (3)因为气体温度及质量不变，所以气体分子的分子总数和分 (2)由题图可知，油膜所占方格数约为129个，则油膜的面积S 子平均动能不变，气体的体积减小时，单位体积内的分子数增 =129×1m2=129cm2:每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体 多，所以单位时回内撞击单位面积的分子数增大。每个分子撞 积V=',×6m=8×10l:则油酸分子的直径d= 击的平均作用力不变，但是单位时何内撞击的分子数增多，所 7510mL _8×100cm 以宏观表现为气体的压强增大。 129cm2 =6×10-4m=6×100m 例2：温度立 大气压强P对应的水银柱的高度值的相反数 (3)如果将配置好的油酸酒精溶液长时间暴露在空气中，酒精 [解析]由于要验证玻意耳定律，则上，下移动B管时，需保持 挥发，溶液的浓度改变，会给实验带来较大误差，故不能用该溶 温度不变：题中压强用水银柱高度表示，可设大气压强为。高 液进行实验，A错误：将一滴油酸酒精溶液浦在水面时，若滴管 度的水银值，P为水银密度，对A中的气体，若满足玻意耳定律， 距水面较运，溶液受到水的冲击过大，可能无法形成一块完智 的油膜，不便于测量油膜面积，B错误：如果在水面滴入一滴油 则pg(h,+h)V=C解得h=C.1 -.则以h为纵坐标，得 酸酒精溶液后，立即测量油膜而积，测油膜中含有大量来落解 入水中的酒精，导致所测油膜的面积误差较大，由▣、可知， 到如题图(b)所示的菌数图像，则图像的横垒标为十：图线与方 轴交点的物理含义是一m,即大气压强%对应的水银柱高度使 油酸分子直径d的计算值误差较大，C错误：描绘油膜艳靡时， 的相反数。 若玻璃板距水面过高，会导致油膜形状的记录出现较大偏差，D 正确。 练案[78] 实验二十 探究等温情况下一定质量气体 压强与体积的关系 1.(1)+m+m) (mig-F)I P%+ (2)D C B [解析](1)准架两侧加钩码时，对活塞受力分析有S=,S+ 核心考点·重点突破 跟踪训练：(1)不需要(2)十（或体积的倒数）(3)气体发生了 m,g+m:g,可得气体压强P=A+m8十m些，而S= 了，所以p 泄精(4)B(5)选用容积较大的注射器（或实验中气体的体 =%+m+m)以去掉钧局，向上加拉力F时，对活塞受力分 积不压缩得过小或测出软管中气体的体积等) [解析】(1》体积可以直接从刻度处读出，不需要测量横载 析有pS+F=S+mg,可得气体压强P=%+m-F 面积。 (2)题图乙中图线的交点在横轴上，即测量的压强为0时就有 (2)为直观反映压藏与体积之同的关系，应以P为飘坐标，以十 一定的体积，因此在测量过程中压强的测登值小于真实值，可 为横坐标在坐标系中描点作图。 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 (3)V乘积减小很有可能是物质的量降低，故有可能气体发生 强，故选D:题图两中图我向上弯曲，可能是实险过程中气体温 了泄漏。 度升高，故选C:题图丁中图线向下弯曲，可能是实验过程中有 (4)推拉活塞时，动作迅速容易造成外界急剧对气体做功，导致 福气现象，导致P,V乘积减小，故选B。 气体内能增加温度升高，无法控制变量，故A错误：手不握住含 2.(1)AB(2)BD(3)漏气(4)A(5)偏大 有气体的部分是为了不产生传热造成误差，故B正确：软管脱 [解析](1)保证注射器内封闭气体的涩度不发生明显麦化， 落后气体物质的量发生变化，无法控制变量，做C错误：注射器 环境潘度不变，故选项A正确：实验过程中应援慢地推动活塞， 不必固定在竖直平面内，故D错误。 使气体温度始终与环境温度相同，故选项B正确：实验过程中 (5)软管内有一部分气体，容易造成误差，所以选择容积较大的 要用手握紧注射冪并快速推拉活塞，气体温度将升高，故选项C 注射器（或实验中的气体不压蜜得过小或测出软管中气体的体 错误：在活塞与注射器整问涂适量的润滑油作用是不泻气，不 积等)，从而减小误差。 能保证温度不变，故选项D错误。故选AB。 例1：(1)见解析图(2)将有一定厚度的活塞体积也计人气体体 (2)对于一定质量的理想气体，当温度一定为定值，且温度 积值不需要(3)分子平均动能（或平均速率）总分子数 越高，p越大，故选项A错误，选项B正确：对于一定质量的理 增大压强增大 怨气体，当温度一定p与十成正此，斜率即p的乘积，故斜率 [解析】(1)将余下的两组数据在坐标纸上标出，并用平滑线 连接各个点，如图所示。 越大温度越高，故选项C错误，选项D正确。故选BD。 Vl (3)由克拉伯龙方程pV=nRT 20 当温度不变时，V变小，n变小，气体漏气造成的。 (4)设大米的体积为。，由理想气体方程得 15 p(V-2=K,V=k灯+ T 故是图中的A (5)西为载管的存在，最%篇小，由密度p=号 故p偏大。 638