一輪復(fù)習(xí)學(xué)案實驗十八探究氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系

實驗十八探究氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系實驗溯本求源●實驗思路1．實驗方法：控制氣體溫度和質(zhì)量不變，研究氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系．2．實驗器材的組裝：如圖所示利用注射器選取一段空氣柱為研究對象，注射器下端的開口有橡膠套，它和柱塞一起把一段空氣柱封閉．在實驗過程中，一方面讓空氣柱內(nèi)氣體的質(zhì)量不變；另一方面，讓空氣柱的體積變化不要太快，保證溫度不發(fā)生明顯的變化．●物理量的測量1．?dāng)?shù)據(jù)收集：壓強(qiáng)由壓力表讀出，空氣柱長度由刻度尺讀出，空氣柱長度與橫截面積的乘積即為體積．把柱塞緩慢地向下壓或向上拉，讀取空氣柱的長度與壓強(qiáng)的幾組數(shù)據(jù)．2．?dāng)?shù)據(jù)分析：以壓強(qiáng)p為縱坐標(biāo)，以體積的倒數(shù)為橫坐標(biāo)作出p-1V圖像，圖像結(jié)果：p-1V3．實驗結(jié)論：壓強(qiáng)跟體積的倒數(shù)成正比，即壓強(qiáng)與體積成反比．●實驗操作1．實驗條件(1)控制氣體質(zhì)量不變：實驗前在活塞上涂潤滑油，以免漏氣．(2)控制溫度不變：做實驗時要緩慢進(jìn)行，避免做功升溫；不要用手直接接觸注射器的封閉氣體部分，以防氣體從手中吸熱升溫．2．實驗過程(1)把注射器豎直固定在鐵架臺上，把柱塞(與壓力表密封連接)插入到注射器內(nèi)，另一端用橡膠套封住，如圖所示．(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象．在實驗過程中，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，選取幾個位置，同時讀出刻度尺讀數(shù)與壓強(qiáng)，記錄數(shù)據(jù)．(4)用手把柱塞向上拉，選取幾個位置，同時讀出刻度尺讀數(shù)與壓強(qiáng)，記錄數(shù)據(jù)．在該實驗中，我們可以直接用刻度尺讀數(shù)作為空氣柱體積，而無需測量空氣柱的橫截面積．(5)以壓強(qiáng)p為縱坐標(biāo)，以體積的倒數(shù)為橫坐標(biāo)，把以上各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點，觀察p-1V圖像，進(jìn)一步確定p與V●注意事項1．本實驗應(yīng)用物理實驗中常用的控制變量法，探究在氣體質(zhì)量和溫度不變的情況下(即等溫過程)，氣體的壓強(qiáng)和體積的關(guān)系．2．為保持等溫變化，實驗過程中不要用手握住注射器有氣體的部位．同時，改變體積過程應(yīng)緩慢，以免影響密閉氣體的溫度，為保證氣體密閉，應(yīng)在柱塞與注射器壁間涂上潤滑油，注射器內(nèi)外氣體的壓強(qiáng)差不宜過大，防止漏氣．3．實驗中讀壓力表和氣體體積的示數(shù)時，要等到示數(shù)穩(wěn)定之后，再去讀數(shù)．4．在等溫過程中，氣體的壓強(qiáng)和體積的關(guān)系在p-V圖像中呈現(xiàn)為類似于雙曲線．處理實驗數(shù)據(jù)時，要通過變換，即畫p-1V圖像，把雙曲線變?yōu)橹本€，說明p和V實驗熱點探究熱點一教材原型實驗例1在利用特制的注射器做“探究氣體等溫變化的規(guī)律”實驗中，某小組同學(xué)通過上拉或下壓柱塞得到了a、b、c、d四組實驗數(shù)據(jù)，如圖所示是壓力表記錄b組數(shù)據(jù)時的狀態(tài)，通過記錄對應(yīng)的四個封閉氣柱的長度值L(L單位：cm)算出體積，四組實驗數(shù)據(jù)如下表．次數(shù)abcd壓強(qiáng)p(×105Pa)0.81.61.9體積V(cm3)86.44.03.4體積倒數(shù)1V(cm－30.1250.1560.250.297(1)實驗研究的對象是________，實驗中應(yīng)保持不變的參量是________和________．(2)實驗中為了控制該參量不變，下列采取的主要措施比較合理的是________．A.在活塞上涂上潤滑油，保持良好的封閉性B.推動活塞時要緩慢C.不要用手直接握住注射器密閉氣體的部分D.實驗前注射器內(nèi)要吸入盡量多的空氣(3)實驗數(shù)據(jù)b對應(yīng)的壓強(qiáng)應(yīng)為________×105Pa，根據(jù)上表數(shù)據(jù)作出的p-1V圖像，可得出實驗結(jié)論：質(zhì)量一定的理想氣體，練1某同學(xué)探究氣體等溫變化規(guī)律的實驗裝置如圖1所示．該同學(xué)測出了注射器內(nèi)封閉氣體的幾組壓強(qiáng)p和體積V的值后，以p為縱坐標(biāo)，1V為橫坐標(biāo)，畫出p-1V圖像如圖2甲、乙、丙，則甲產(chǎn)生的可能原因是________；乙產(chǎn)生的可能原因是________；丙產(chǎn)生的可能原因是圖1圖2A.各組的p、1V取值B.實驗過程中有漏氣現(xiàn)象C.實驗過程中氣體溫度升高D.在計算壓強(qiáng)時，沒有計入由于活塞和框架的重力引起的壓強(qiáng)練2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)在實驗中，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度(2)實驗裝置用鐵架臺固定，而不是用手握住玻璃管(或注射器)，并且在實驗中要緩慢推動活塞，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________．熱點二實驗拓展創(chuàng)新例2如圖所示，用一個帶兩根細(xì)管的橡皮塞塞緊燒瓶的瓶口，壓強(qiáng)傳感器通過其中一根不帶閥門的細(xì)管連通燒瓶中的空氣，另一根帶閥門的細(xì)管連通注射器．開始時閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，注射器針筒的最大刻度線到閥門之間充滿了水．現(xiàn)利用該裝置進(jìn)行探究一定質(zhì)量的氣體在等溫情況下壓強(qiáng)與體積的關(guān)系實驗．依圖示連接好實驗器材，運(yùn)行DIS軟件進(jìn)入實驗界面，點擊“開始記錄”后：①打開閥門，推注射器活塞向燒瓶內(nèi)注入適量的水，關(guān)閉閥門；②記錄氣體的壓強(qiáng)p，并在表格中記錄注入的水的體積V；③保持燒瓶中氣體的溫度不變，重復(fù)實驗得到多組實驗數(shù)據(jù)，點擊“停止記錄”．(1)實驗中通過________測得注入燒瓶中的水的體積；(2)為探究一定質(zhì)量的氣體在等溫情況下壓強(qiáng)與體積的關(guān)系，采用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)時，應(yīng)選擇()A．p-V圖像B．p-1VC．V-1P圖像D．1p-(3)根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)的圖像可以測得________；上述實驗中存在著可能影響實驗精確度的主要因素有________________________(寫出一條即可)．練3為了測量某不規(guī)則小物體的體積，一位同學(xué)進(jìn)行了如下實驗：①將不規(guī)則物體裝入注射器內(nèi)；②將注射器和壓強(qiáng)傳感器相連，然后推動活塞至某一位置，記錄活塞所在位置的刻度V，壓強(qiáng)傳感器自動記錄此時氣體的壓強(qiáng)p；③重復(fù)上述步驟，分別記錄活塞在其他位置的刻度V和記錄相應(yīng)的氣體的壓強(qiáng)p；④根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，作出1p-V(1)根據(jù)圖線，可求得不規(guī)則物體的體積約為________mL(即cm3)．(2)如果在上述實驗過程中，由于注射器內(nèi)氣體的溫度升高，那么，所測不規(guī)則物體體積值________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)．(3)為提高實驗的準(zhǔn)確性，操作過程中要注意的事項有________________________________________________________________________________________________________________________________________________.練4用DIS研究一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時壓強(qiáng)與體積關(guān)系的實驗裝置如圖1所示，實驗步驟如下：①把注射器活塞移至注射器中間位置，將注射器與壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機(jī)逐一連接；②移動活塞，記錄注射器的刻度值V，同時記錄對應(yīng)的由計算機(jī)顯示的氣體壓強(qiáng)值p；③用V-1p圖像處理實驗數(shù)據(jù)，得出如圖2(1)為了保持封閉氣體的質(zhì)量不變，實驗中采取的主要措施是________________________________；(2)為了保持封閉氣體的溫度不變，實驗中采取的主要措施是________________和________________；(3)如果實驗操作規(guī)范、正確，但如圖乙所示的V-1p圖線不過原點，則V0代表________________________實驗十八探究氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系實驗熱點探究例1解析：(1)實驗研究的對象是注射器內(nèi)密閉的氣體，保持不變的參量是溫度和密閉氣體的質(zhì)量．(2)活塞和針筒之間涂上潤滑油，減小摩擦、防止漏氣，保證氣體質(zhì)量不變．緩慢推動活塞、不要用手直接握住注射器密閉氣體的部分，保證氣體的溫度不變，故選項A、B、C正確，D錯誤．(3)實驗數(shù)據(jù)b對應(yīng)的壓強(qiáng)為1.0×105Pa，作出的p-1V答案：見解析練1解析：甲圖：是線性關(guān)系，但不過原點，相當(dāng)于把圖線向右平移了一定距離或向下平移了一定距離，分析知，體積計算是不會出錯誤，應(yīng)該是少了一部分壓強(qiáng)，故選D.乙圖：圖線向上彎曲，說明pV乘積變大，是溫度升高或質(zhì)量增加造成的現(xiàn)象，故選C.丙圖：圖線向下彎曲，說明pV乘積變小，是溫度下降或質(zhì)量減小造成的現(xiàn)象，故選B.答案：DCB練2解析：(1)為了保證氣密性，應(yīng)用橡膠套密封注射器的下端，A需要；由于注射器的直徑均勻恒定，根據(jù)V＝LS可知體積和空氣柱長度成正比，所以只需讀取刻度尺上顯示的空氣柱長度，無需測量直徑，B不需要，D需要；為了得知氣壓的變化情況，所以需要讀取壓力表上顯示的氣壓值，C需要．題中要求選不需要的，故選B.(2)手的溫度會影響氣體的溫度，且實驗過程中氣體壓縮太快，溫度升高后熱量不能快速釋放，氣體溫度會升高，所以這樣做的目的是保證氣體狀態(tài)變化過程中溫度盡可能保持不變．(3)根據(jù)pVT＝C可知，當(dāng)氣體做等溫變化時，p與V成反比，即p∝1V，故p-1V圖像為直線，所以為了能直觀反映p與V成反比的關(guān)系，應(yīng)作p-1答案：(1)B(2)保證氣體在狀態(tài)變化過程中溫度盡可能保持不變(3)C例2解析：(1)因為注射器上有刻度，所以通過注射器上的刻度測得注入燒瓶中的水的體積．(2)設(shè)燒瓶的體積為V0，由玻意耳定律可得p(V0－V)＝C，化簡可得V＝－1pC＋V0，由此可以看出應(yīng)該作V-1(3)由V＝－1pC＋V0可知，此圖像的延長線與V軸的交點就是燒瓶的容積V0答案：(1)注射器針筒上的刻度(2)C(3)燒瓶的容積燒瓶密封不嚴(yán)有漏氣，或燒瓶中氣體溫度有變化練3解析：(1)根據(jù)玻意耳定律，pV＝C，當(dāng)1p趨向于0，則氣體體積趨向于0，從1p-V圖像知，橫軸截距表示小物體的體積為5.6mL.(2)當(dāng)氣體溫度升高，氣體的體積趨于膨脹，更難被壓縮，所作的1p(3)為提高實驗的準(zhǔn)確性，操作過程中要注意的事項有：注意氣密性檢查、緩慢推動活塞、手不接觸含氣體部分注射器等．答案：(1)5.6(5.4～5.8均可)(2)偏大(3)注意氣密性檢查、緩慢推動活塞、手不接觸含氣體部分注射器等練4解析：(1)本實驗研究一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時壓強(qiáng)與體積的關(guān)系，需保持氣體質(zhì)量不變，故實驗裝置不能漏氣，所以需在活塞上涂潤滑油，增強(qiáng)氣密性．(2)本實驗氣體溫度需