2023屆高三物理【新教材】一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)二十一 探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)二十一探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系【必備知識(shí)·自主排查】一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄恳欢ㄙ|(zhì)量的氣體在溫度不變的條件下的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系．二、實(shí)驗(yàn)器材注射器、橡膠塞、壓力表．如圖所示．三、數(shù)據(jù)收集(1)空氣的壓強(qiáng)p可以從儀器上方的壓力表讀出，空氣柱的長(zhǎng)度l可以在玻璃管側(cè)的刻度尺上讀出，空氣柱的長(zhǎng)度l與橫截面積S的乘積就是它的體積V.(2)用手把柱塞向下壓或向上拉，讀出體積與壓強(qiáng)的幾組數(shù)據(jù)．四、數(shù)據(jù)處理在等溫過(guò)程中，氣體的壓強(qiáng)和體積的關(guān)系在p-V圖像中呈現(xiàn)為雙曲線．處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，要通過(guò)變換．即畫(huà)p-1V圖像，把雙曲線變?yōu)橹本€，說(shuō)明p和V成反比，如圖所示．這是科學(xué)研究中常用的數(shù)據(jù)處理的方法，因?yàn)橐淮魏瘮?shù)反映的物理規(guī)律比較直接，容易得出對(duì)實(shí)驗(yàn)研究有用相關(guān)的參數(shù)五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)p與體積V成反比，所以p-V圖線是雙曲線，但不同溫度下的圖線是不同的．如圖是一定質(zhì)量的氣體分別在T1、T2溫度下等溫變化的p-V圖線，其中溫度較高的是T2.六、注意事項(xiàng)1．為保證氣體密閉，應(yīng)在活塞與注射器壁間涂上潤(rùn)滑油．2．為保持氣體溫度不變，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要用手握住注射器有密閉氣體的部位；同時(shí)，改變體積過(guò)程應(yīng)緩慢，以免影響密閉氣體的溫度．3．注射器內(nèi)外氣體的壓強(qiáng)差不宜過(guò)大．4．在等溫過(guò)程中，氣體的p-V圖像呈現(xiàn)為雙曲線，不便確定p與V的關(guān)系，要通過(guò)坐標(biāo)變換，畫(huà)p-1V像，把雙曲線變?yōu)橹本€，以便判斷p和V成反比．七、誤差分析1．橡膠套密封不嚴(yán)會(huì)使空氣柱的質(zhì)量變化引起誤差．2．實(shí)驗(yàn)過(guò)程環(huán)境溫度變化或柱塞向下壓或向上拉的過(guò)快會(huì)使空氣柱的溫度變化引起誤差．3．活塞直徑的測(cè)量、空氣柱長(zhǎng)度的測(cè)量、氣壓計(jì)的讀數(shù)等引起的誤差．【關(guān)鍵能力·分層突破】考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1如圖是探究氣體等溫變化規(guī)律的簡(jiǎn)易裝置圖，表中是某小組的數(shù)據(jù)．序號(hào)V/mLp/×105PapV/105Pa·mL1201.001020.0202181.095219.7143161.231319.7014141.403019.6425121.635119.621(1)若要研究p、V之間的關(guān)系，繪制圖像時(shí)應(yīng)選用________(選填“p-V”或“p-1V”)作為坐標(biāo)系(2)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，pV的值越來(lái)越小，可能的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.【跟進(jìn)訓(xùn)練】1.[2022·福建三明模擬]某同學(xué)用如圖所示的裝置探究氣體做等溫變化的規(guī)律：(1)在實(shí)驗(yàn)中，下列哪些操作不是必需的________；A．用橡膠塞密封注射器的下端B．用游標(biāo)卡尺測(cè)量柱塞的直徑C．讀取壓力表上顯示的氣壓值D．讀取刻度尺上顯示的空氣柱長(zhǎng)度(2)實(shí)驗(yàn)裝置用鐵架臺(tái)固定，而不是用手握住玻璃管(或注射器)，并且在實(shí)驗(yàn)中要緩慢推動(dòng)活塞，這些要求的目的是_____________________________________________________________________________________________________________________________；(3)下列圖像中，最能直觀反映氣體做等溫變化的規(guī)律的是________．考點(diǎn)二拓展創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)例2[2022·通州區(qū)模擬]某同學(xué)利用如圖1所示傳感器裝置做“探究氣體等溫變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)，按如下操作步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：a．將注射器活塞移動(dòng)到體積適中的V0位置，接上軟管和壓強(qiáng)傳感器，通過(guò)DIS系統(tǒng)記錄下此時(shí)的體積V0與壓強(qiáng)p0；b．用手握住注射器前端，開(kāi)始緩慢推拉活塞改變氣體體積；c．讀出注射器刻度表示的氣體體積V，通過(guò)DIS系統(tǒng)記錄下此時(shí)的體積V與壓強(qiáng)p；d．重復(fù)b、c兩步操作，記錄6組數(shù)據(jù)，作p-V圖．結(jié)合上述步驟，請(qǐng)你完成下列問(wèn)題：(1)該同學(xué)對(duì)器材操作的錯(cuò)誤是________，因?yàn)樵摬僮魍ǔ?huì)影響氣體的________(選填“溫度”“壓強(qiáng)”或“體積”)．(2)我們?cè)谔骄恳欢ㄙ|(zhì)量氣體壓強(qiáng)跟體積關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，一定質(zhì)量氣體等溫變化的p-V圖線如圖2所示，圖線的形狀為雙曲線．一定質(zhì)量的氣體，不同溫度下的等溫線是不同的，如圖3所示．請(qǐng)判斷圖3中的兩條等溫線的溫度T1________T2(選填“>”“<”或“＝”)．【跟進(jìn)訓(xùn)練】2.如圖是探究氣體溫度不變時(shí)壓強(qiáng)與體積關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置，甲、乙兩圖中氣體的體積分別為(設(shè)玻璃管的截面積為S，水的密度為ρ，重力加速度為g，大氣壓強(qiáng)為p0)V甲＝________，V乙＝________；壓強(qiáng)分別為p甲＝________，p乙＝________．實(shí)驗(yàn)中從測(cè)量的幾組數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)________，這個(gè)等式成立的條件是________，實(shí)驗(yàn)中其值等于________．3.如圖所示為“研究一定質(zhì)量氣體在壓強(qiáng)不變的條件下，體積變化與溫度變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．粗細(xì)均勻的彎曲玻璃管A臂插入燒瓶，B臂與玻璃管C下部用橡膠管連接，C管開(kāi)口向上，一定質(zhì)量的氣體被封閉于燒瓶?jī)?nèi)．開(kāi)始時(shí)B、C內(nèi)的水銀面等高．(1)若氣體溫度升高，為使燒瓶?jī)?nèi)氣體的壓強(qiáng)不變，應(yīng)將C管________(選填“向上”或“向下”)移動(dòng)，直至________．(2)實(shí)驗(yàn)中多次改變氣體溫度，用Δt表示氣體升高的溫度，用Δh表示B管內(nèi)水銀面高度的改變量．根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)作出的圖線是圖中的()實(shí)驗(yàn)二十一探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系例1解析：(1)由理想氣體的狀態(tài)方程pVT＝C可知，若是選p-V作為坐標(biāo)系，得到的是雙曲線；若是選p-1V作為坐標(biāo)系，將會(huì)得到一條延長(zhǎng)線過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線．后者更方便且直觀，便于分析問(wèn)題，所以選p-1(2)因研究的過(guò)程是等溫變化，由方程pV＝nRT(n表示物質(zhì)的量，T表示熱力學(xué)溫度，R是常數(shù))可知，pV值越來(lái)越小，說(shuō)明n減小，即物質(zhì)的量在減小，說(shuō)明有氣體漏出．答案：(1)p-1V(2)1．解析：(1)用橡膠塞密封注射器的下端，是為了封住一定量的氣體，故A是必要的；沒(méi)有必要測(cè)量柱塞的直徑，由于整個(gè)過(guò)程中，截面不變，知道長(zhǎng)度就可以，列方程時(shí)，兩邊可以把截面消掉，故B沒(méi)必要；讀取壓力表上顯示的氣壓值，知道初末狀態(tài)的氣壓值，故C是必要的；讀取刻度尺上顯示的空氣柱長(zhǎng)度來(lái)表示空氣的體積，故D是必要的．故選B.(2)盡可能保證封閉氣體在狀態(tài)變化過(guò)程中的溫度不變．(3)圖像中直線比曲線直觀，在等溫變化中，p與1V成正比，因此畫(huà)p-1V圖像，應(yīng)是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤．答案：(1)B(2)盡可能保證封閉氣體在狀態(tài)變化過(guò)程中的溫度不變(3)C例2解析：(1)在進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)要保持被封閉氣體的溫度不變化，所以實(shí)驗(yàn)中不能用手握住注射器前端，否則會(huì)使氣體的溫度發(fā)生變化．(2)在p-V圖像中，根據(jù)pVT＝C，即pV＝CT，可知離坐標(biāo)原點(diǎn)越遠(yuǎn)的等溫線溫度越高，故T1<T2答案：(1)用手握住注射器前端溫度(2)<2．解析：根據(jù)圓柱體體積公式V＝hS得：V甲＝l1SV乙＝l2S根據(jù)連通器原理可知封閉氣體壓強(qiáng)為：p＝p0±ρgh，可得：p甲＝p0-ρgh1p乙＝p0＋ρgh2通過(guò)計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)：p甲V甲＝p乙V乙做實(shí)驗(yàn)的前提條件是溫度保持不變的一定質(zhì)量氣體，不漏氣的情況下，氣體的溫度等于當(dāng)時(shí)室溫．答案：l1