2022版高考物理一輪復(fù)習(xí)第十三章熱學(xué)實(shí)驗(yàn)十七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)十七探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄吭跍囟炔蛔兊那闆r下，一定質(zhì)量的理想氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理與要求[基本實(shí)驗(yàn)要求]1．實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)就是研究在溫度不變時(shí)，氣體的壓強(qiáng)與體積之間的關(guān)系。在溫度不變的條件下，氣體壓強(qiáng)增大時(shí)，體積減??；氣體壓強(qiáng)減小時(shí)，體積增大。2．實(shí)驗(yàn)器材

帶鐵夾的鐵架臺(tái)、注射器、柱塞(與壓力表密封連接)、壓力表、橡膠套、刻度尺。3．實(shí)驗(yàn)步驟(1)如實(shí)驗(yàn)原理圖所示組裝實(shí)驗(yàn)器材。(2)注射器兩端有柱塞和橡膠套，管內(nèi)密封一段空氣柱，這段空氣柱就是我們的研究對(duì)象。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們可以近似認(rèn)為空氣柱的質(zhì)量和溫度不變。(3)用手把柱塞向下壓，選取幾個(gè)位置，同時(shí)讀出刻度尺示數(shù)與壓強(qiáng)，記錄數(shù)據(jù)。4．注意事項(xiàng)(1)適用條件是溫度保持不變，所以操作要緩慢，才能保證溫度不變。(2)要等到示數(shù)穩(wěn)定之后，再去讀數(shù)。(3)研究對(duì)象為一定質(zhì)量的氣體，防止漏氣。[規(guī)律方法總結(jié)]1．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)設(shè)計(jì)表格記錄數(shù)據(jù)。2．實(shí)驗(yàn)結(jié)論在溫度不變的條件下，一定質(zhì)量的理想氣體，氣體壓強(qiáng)與體積成反比。3．誤差分析(1)氣體并不是嚴(yán)格意義上的理想氣體。(2)兩個(gè)狀態(tài)的溫度不能保證完全一致。命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原理與操作[典例1]

采用驗(yàn)證玻意耳定律實(shí)驗(yàn)的主要器材針管及其附件，來(lái)測(cè)定大氣壓強(qiáng)的值，實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)將針管水平固定，拔下橡皮帽，向右將活塞從針管中抽出；(2)用天平稱出活塞與固定在其上的支架的總質(zhì)量為M；(3)用卡尺測(cè)出活塞直徑d；(4)再將活塞插入針管中，保持針管中有一定質(zhì)量的氣體，并蓋上橡皮帽，此時(shí)，從針管上可讀出氣柱體積為V1，如圖所示；(5)將彈簧秤掛鉤鉤在活塞支架上，向右水平緩慢拉動(dòng)活塞到一定位置，此時(shí)，彈簧秤讀數(shù)為F，氣柱體積為V2。試用以上的直接測(cè)量數(shù)據(jù)，寫(xiě)出大氣壓強(qiáng)的最終表達(dá)式p0＝________，本實(shí)驗(yàn)中第________實(shí)驗(yàn)步驟是多余的。命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新[典例3]

如圖甲所示，用氣體壓強(qiáng)傳感器“探究氣體等溫變化的規(guī)律”，操作步驟如下：答案：(1)為過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線(2)傳感器與注射器間有氣體傳感器與注射器間氣體體積創(chuàng)新評(píng)價(jià)應(yīng)用傳感器采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)的處理分析，方便得出實(shí)驗(yàn)規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康膭?chuàng)新[典例4]

(2021·上海青浦模擬)為了測(cè)量所采集的某種植物種子的密度，一位同學(xué)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：(1)根據(jù)圖線，可求得種子的總體積約為_(kāi)_______mL(即cm3)。(2)如果測(cè)得這些種子的質(zhì)量為7.85×10－3

kg，則種子的密度為_(kāi)_______kg/m3。(3)如果在上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于操作不規(guī)范，使注射器內(nèi)氣體的溫度升高，其錯(cuò)誤的操作可能是____________、________________。這樣操作會(huì)造成所測(cè)種子的密度值__________________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。[答案]

(1)5.0

(2)1.57×103

(3)手握住了注射器內(nèi)的封閉氣體部分沒(méi)有緩慢推動(dòng)活塞偏小

實(shí)驗(yàn)情景創(chuàng)新[典例5]

利用如圖裝置可測(cè)量大氣壓強(qiáng)和容器的容積。步驟如下：①將倒U形玻璃管A的一端通過(guò)橡膠軟管與直玻璃管B連接，并注入適量的水，另一端插入橡皮塞，然后塞住燒瓶口，并在A上標(biāo)注此時(shí)水面的位置K；再將一活塞置于10mL位置的針筒插入燒瓶，使活塞緩慢推移至0刻度位置；上下移動(dòng)B，保持A中的水面位于K處，測(cè)得此時(shí)水面的高度差為17.1cm。②拔出橡皮塞，將針筒活塞置于0mL位置，使燒瓶與大氣相通后再次塞住瓶口；然后將活塞抽拔至10mL位置，上下移動(dòng)B，使A中的水面仍位于K，測(cè)得此時(shí)玻璃管中水面的高度差為16.8cm。(玻璃管A內(nèi)氣體體積忽略不計(jì)，ρ＝1.0×103

kg/m3，取g＝10m/s2)(1)若用V0表示燒瓶容積，p0表示大氣壓強(qiáng)，ΔV表示針筒內(nèi)氣體的體積，Δp1、Δp2表示上述步驟①、②中燒瓶?jī)?nèi)外氣體壓強(qiáng)差大小，則步驟①、②中，氣體滿足的方程分別為_(kāi)____________、_________________。(2)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得燒瓶容積V0＝________mL，大氣壓強(qiáng)p0＝________Pa。(3)倒U形玻璃管A內(nèi)氣體的存在________。A．僅對(duì)容積的測(cè)量結(jié)果有影響B(tài)．僅對(duì)壓強(qiáng)的測(cè)量結(jié)果有影響C．對(duì)二者的測(cè)量結(jié)果均有影響D．對(duì)二者的測(cè)量結(jié)果均無(wú)影響

創(chuàng)新評(píng)價(jià)本題在常規(guī)探究等溫變化的基礎(chǔ)上拓展為通過(guò)改變氣體的體積測(cè)量大氣壓強(qiáng)和容器的容積。

AD2．(2021·北京西城模擬)某同學(xué)用如圖所示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_______________________。解析：(1)由于玻璃管粗細(xì)均勻，因此用游標(biāo)卡尺測(cè)量柱塞的直徑的操作不需要，故選B。(2)不用手握住玻璃管(或注射器)，并且在實(shí)驗(yàn)中要緩慢推動(dòng)活塞，這些要求的目的是防止玻璃管內(nèi)的空氣溫度升高(或保持玻璃管內(nèi)的空氣溫度不變)。答案：(1)B

(2)防止玻璃管內(nèi)的空氣溫度升高(或保持玻璃管內(nèi)的空氣溫度不變)(3)下列圖象中，最能反映氣體做等溫變化的規(guī)律的是__________。解析：(3)根據(jù)氣體等溫變化，壓強(qiáng)與體積成反比可知最能反映氣體做等溫變化的規(guī)律的是圖象C。答案：(3)C3．現(xiàn)用“驗(yàn)證玻意耳定律”的儀器來(lái)測(cè)量大氣壓強(qiáng)p。注射器針筒已被固定在豎直方向上，針筒上所標(biāo)刻度是注射器的容積，最大刻度Vm＝10mL。注射器活塞已裝上鉤碼框架，如圖所示。此外，還有一架托盤(pán)天平、若干鉤碼、一把米尺、一個(gè)針孔橡皮帽和少許潤(rùn)滑油。(1)下面是實(shí)驗(yàn)步驟，試填寫(xiě)所缺的②和⑤。①用米尺測(cè)出注射器針筒上全部刻度的長(zhǎng)度L。②_________________________________________________。③把適量的潤(rùn)滑油抹在注射器的活塞上，將活塞插入外筒中，上下拉動(dòng)活塞，使活塞與針筒的間隙內(nèi)均勻地涂上潤(rùn)滑油。④將活塞插到適當(dāng)?shù)奈恢?。⑤________________________________________________。⑥在鉤碼框架兩側(cè)掛上鉤碼，記下掛上的鉤碼的質(zhì)量m1，在達(dá)到平衡后，記下注射器中空氣柱的體積V1，在這個(gè)過(guò)程中不要用手接觸注射器以保證空氣柱溫度不變。⑦增加鉤碼的個(gè)數(shù)，使鉤碼的質(zhì)量增大為m2，達(dá)到平衡后，記下空氣柱的體積V2。解析：(1)實(shí)驗(yàn)步驟：①用米尺測(cè)出注射器針筒上全部刻度的長(zhǎng)度L。②稱出活塞和鉤碼框架的總質(zhì)量M。③把適量的潤(rùn)滑油抹在注射器的活塞上，將活塞插入外筒中，上下拉動(dòng)活塞，使活塞與針筒的間隙內(nèi)均勻地涂上潤(rùn)滑油。④將活塞插到適當(dāng)?shù)奈恢?。⑤將注射器針筒上的小孔用橡皮帽堵住。⑥在鉤碼框架兩側(cè)掛上鉤碼，記下掛上的鉤碼的質(zhì)量m1，在達(dá)到平衡后，記下注射器中空氣柱的體積V1，在這個(gè)過(guò)程中不要用手接觸注射器以保證空氣柱溫度不變。⑦增加鉤碼的個(gè)數(shù)，使鉤碼的質(zhì)量增大為m2，達(dá)到平衡后，記下空氣柱的體積V2。答案：(1)②稱出活塞和鉤碼框架的總質(zhì)量M⑤將注射器針筒上的小孔用橡皮帽堵住(2)計(jì)算出的大氣壓強(qiáng)p＝____________________。(用已給的和測(cè)得的物理量表示，重力加速度為g)4．在“用DIS研究溫度不變時(shí)，一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中：

(1)氣體的體積可直接從注射器上讀出，氣體的壓強(qiáng)是用________傳感器通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得到的。(2)下列各項(xiàng)要求中，屬于本實(shí)驗(yàn)必須要做到的是______。A．在等溫條件下操作B．注射器的密封性良好C．弄清所封閉氣體的質(zhì)量D．氣體的壓強(qiáng)和體積必須用國(guó)際單位(3)對(duì)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，發(fā)現(xiàn)各組同學(xué)計(jì)算的氣體壓強(qiáng)p與體積V的乘積值不完全相等，其主要原因是由于封閉氣體的________不同。解析：(1)用DIS研究做實(shí)驗(yàn)時(shí)，氣體的壓強(qiáng)是用壓強(qiáng)傳感器通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得