實驗二十一探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關系學習目標1.學會探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關系。2.會用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)。實驗思路與實驗器材實驗操作注意事項1.實驗思路利用注射器封閉一段空氣柱作為研究對象,在溫度不變的情況下,測量氣體在不同體積時的壓強,再分析氣體壓強與體積的關系。2.物理量的測量(1)空氣柱的體積:空氣柱的長度可以通過刻度尺讀取,空氣柱的長度與橫截面積的乘積就是體積。(2)空氣柱的壓強:從與注射器內(nèi)空氣柱相連的壓力表讀取。3.實驗器材帶鐵夾的鐵架臺,注射器,柱塞(與壓力表密封連接),壓力表,橡膠套,刻度尺。1.裝置如圖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,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,記錄數(shù)據(jù)。橫截面積相同,每一次的體積改變,只需要比較空氣柱的長度,故無需測量空氣柱的橫截面積。1.適用條件是溫度保持不變,所以操作要緩慢,不能用手握住注射器,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.研究對象為一定質(zhì)量的氣體,可涂潤滑油,防止漏氣。數(shù)據(jù)處理1.以壓強p為縱坐標,以體積V為橫坐標建立p-V坐標系,畫出氣體等溫變化的p-V圖像,由于圖像是曲線,不能說明壓強與體積成反比。2.以壓強p為縱坐標,以體積的倒數(shù)1V為橫坐標,建立p-1V坐標系,畫出氣體等溫變化的p-1V圖像,圖像是過原點的傾斜直線3.實驗結(jié)論:一定質(zhì)量的某種氣體,在溫度不變的情況下,壓強與體積成反比。誤差分析1.橡膠套密封不嚴會使空氣柱的質(zhì)量變化,從而引起誤差。2.實驗過程環(huán)境溫度變化,或柱塞向下壓或向上拉得過快均會使空氣柱的溫度發(fā)生變化,從而引起誤差。3.空氣柱長度的測量、壓力表的讀數(shù)等引起的誤差?？键c一教材原型實驗例1某實驗小組用如圖甲所示裝置探究氣體做等溫變化的規(guī)律。已知壓力表通過細管與注射器內(nèi)的空氣柱相連,細管隱藏在柱塞內(nèi)部未在圖中標明。從壓力表上讀取空氣柱的壓強,從注射器旁的刻度尺上讀取空氣柱的長度。(1)實驗時,為判斷氣體壓強與體積的關系,(選填“需要”或“不需要”)測出空氣柱的橫截面積。

(2)關于該實驗,下列說法正確的是。

A.為避免漏氣,可在柱塞上涂抹適量潤滑油B.實驗中應快速推拉柱塞,以免氣體進入或漏出注射器C.為方便推拉柱塞,應用手握緊注射器再推拉柱塞D.柱塞移至某位置時,應快速記錄此時注射器內(nèi)氣柱的長度和壓力表的壓強值(3)測得注射器內(nèi)封閉氣體的幾組壓強p和體積V的值后,以p為縱軸、1V為橫軸,作出圖像如圖乙所示。圖像向下彎曲的可能原因是。A.實驗過程中有進氣現(xiàn)象B.實驗過程中有漏氣現(xiàn)象C.實驗過程中氣體溫度降低D.實驗過程中氣體溫度升高例2某實驗小組用如圖甲所示實驗裝置來“探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關系”。(1)關于該實驗,下列說法正確的是。

A.實驗時應快速推拉活塞以避免氣體與外界發(fā)生熱交換B.無需測出封閉氣體的質(zhì)量C.推拉活塞時,應用手握住整個注射器以使裝置更穩(wěn)定(2)為了探究氣體在不同溫度時發(fā)生等溫變化是否遵循相同的規(guī)律,他們進行了兩次實驗,得到的p-V圖像如圖乙所示,由圖可知兩次實驗氣體的溫度大小關系為T1T2(選填“<”“=”或“>”)。

(3)為了能直觀地判斷氣體壓強p與氣體體積V的函數(shù)關系,應作出(選填“p-V”或“p-1V”)圖像,對圖線進行分析,如果在誤差允許范圍內(nèi)該圖線是一條,就說明一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時,其壓強與體積成反比?？键c二實驗創(chuàng)新拓展例3(2023·山東卷,13)利用圖甲所示實驗裝置可探究等溫條件下氣體壓強與體積的關系。將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺上,注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的空氣,下端通過塑料管與壓強傳感器相連。活塞上端固定一托盤,托盤中放入砝碼,待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后,記錄氣體壓強p和體積V(等于注射器示數(shù)V0與塑料管容積ΔV之和)。逐次增加砝碼質(zhì)量,采集多組數(shù)據(jù)并作出擬合曲線如圖乙所示?；卮鹨韵聠栴}:(1)在實驗誤差允許范圍內(nèi),圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線,說明在等溫情況下,一定質(zhì)量的氣體。

A.p與V成正比 B.p與1V(2)若氣體被壓縮到V=10.0mL,由圖乙可讀出封閉氣體壓強為Pa(保留3位有效數(shù)字)。

(3)某組同學進行實驗時,一同學在記錄數(shù)據(jù)時漏掉了ΔV,則在計算pV乘積時,他的計算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學的計算結(jié)果之差的絕對值會隨p的增大而(選填“增大”或“減小”)。

例4(2025·山東煙臺高三期末)某實驗小組利用圖甲所示裝置進行“探究氣體的等溫變化規(guī)律”實驗,通過向豎直放置的U形玻璃管開口端多次注入水銀改變氣體的狀態(tài),每次緩慢注入水銀后,測量U形玻璃管兩端液面的高度差h1(cm)以及封閉氣柱的長度h2(cm)。一次實驗中,該小組通過多次測量記錄多組h1和h2數(shù)據(jù),然后以h1為縱坐標、以1h2為橫坐標作出h1-1h2圖像,如圖乙所示,已知圖像的斜率為k,(1)實驗中,每次注入水銀時都需要緩慢注入,其目的是

。

(2)根據(jù)上述條件可知,大氣壓強為cmHg(用所給的字母表示)。

(3)某次實驗中,測得h1=h0,則此時封閉的氣柱長度為cm(用所