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)系學(xué)習(xí)目標(biāo)1.學(xué)會(huì)探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。2.會(huì)用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)思路與實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)1.實(shí)驗(yàn)思路利用注射器封閉一段空氣柱作為研究對(duì)象,在溫度不變的情況下,測(cè)量氣體在不同體積時(shí)的壓強(qiáng),再分析氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。2.物理量的測(cè)量(1)空氣柱的體積:空氣柱的長(zhǎng)度可以通過(guò)刻度尺讀取,空氣柱的長(zhǎng)度與橫截面積的乘積就是體積。(2)空氣柱的壓強(qiáng):從與注射器內(nèi)空氣柱相連的壓力表讀取。3.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。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(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(gè)位置,同時(shí)讀出刻度尺讀數(shù)與壓強(qiáng),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(zhǎng)度,故無(wú)需測(cè)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(duì)象為一定質(zhì)量的氣體,可涂潤(rùn)滑油,防止漏氣。數(shù)據(jù)處理1.以壓強(qiáng)p為縱坐標(biāo),以體積V為橫坐標(biāo)建立p-V坐標(biāo)系,畫(huà)出氣體等溫變化的p-V圖像,由于圖像是曲線,不能說(shuō)明壓強(qiáng)與體積成反比。2.以壓強(qiáng)p為縱坐標(biāo),以體積的倒數(shù)1V為橫坐標(biāo),建立p-1V坐標(biāo)系,畫(huà)出氣體等溫變化的p-1V圖像,圖像是過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線3.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)與體積成反比。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,從而引起誤差。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得過(guò)快均會(huì)使空氣柱的溫度發(fā)生變化,從而引起誤差。3.空氣柱長(zhǎng)度的測(cè)量、壓力表的讀數(shù)等引起的誤差?？键c(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1某實(shí)驗(yàn)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(guò)細(xì)管與注射器內(nèi)的空氣柱相連,細(xì)管隱藏在柱塞內(nèi)部未在圖中標(biāo)明。從壓力表上讀取空氣柱的壓強(qiáng),從注射器旁的刻度尺上讀取空氣柱的長(zhǎng)度。(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),為判斷氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系,(選填“需要”或“不需要”)測(cè)出空氣柱的橫截面積。

(2)關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法正確的是。

A.為避免漏氣,可在柱塞上涂抹適量潤(rùn)滑油B.實(shí)驗(yàn)中應(yīng)快速推拉柱塞,以免氣體進(jìn)入或漏出注射器C.為方便推拉柱塞,應(yīng)用手握緊注射器再推拉柱塞D.柱塞移至某位置時(shí),應(yīng)快速記錄此時(shí)注射器內(nèi)氣柱的長(zhǎng)度和壓力表的壓強(qiáng)值(3)測(cè)得注射器內(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(shí)驗(yàn)過(guò)程中有進(jìn)氣現(xiàn)象B.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有漏氣現(xiàn)象C.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氣體溫度降低D.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氣體溫度升高例2某實(shí)驗(yàn)小組用如圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)“探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系”。(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法正確的是。

A.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)快速推拉活塞以避免氣體與外界發(fā)生熱交換B.無(wú)需測(cè)出封閉氣體的質(zhì)量C.推拉活塞時(shí),應(yīng)用手握住整個(gè)注射器以使裝置更穩(wěn)定(2)為了探究氣體在不同溫度時(shí)發(fā)生等溫變化是否遵循相同的規(guī)律,他們進(jìn)行了兩次實(shí)驗(yàn),得到的p-V圖像如圖乙所示,由圖可知兩次實(shí)驗(yàn)氣體的溫度大小關(guān)系為T(mén)1T2(選填“<”“=”或“>”)。

(3)為了能直觀地判斷氣體壓強(qiáng)p與氣體體積V的函數(shù)關(guān)系,應(yīng)作出(選填“p-V”或“p-1V”)圖像,對(duì)圖線進(jìn)行分析,如果在誤差允許范圍內(nèi)該圖線是一條,就說(shuō)明一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時(shí),其壓強(qiáng)與體積成反比?？键c(diǎn)二實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新拓展例3(2023·山東卷,13)利用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置可探究等溫條件下氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺(tái)上,注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的空氣,下端通過(guò)塑料管與壓強(qiáng)傳感器相連?；钊隙斯潭ㄒ煌斜P(pán),托盤(pán)中放入砝碼,待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后,記錄氣體壓強(qiáng)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?wèn)題:(1)在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi),圖乙中的擬合曲線為一條過(guò)原點(diǎn)的直線,說(shuō)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(qiáng)為Pa(保留3位有效數(shù)字)。

(3)某組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時(shí)漏掉了ΔV,則在計(jì)算pV乘積時(shí),他的計(jì)算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計(jì)算結(jié)果之差的絕對(duì)值會(huì)隨p的增大而(選填“增大”或“減小”)。

例4(2025·山東煙臺(tái)高三期末)某實(shí)驗(yàn)小組利用圖甲所示裝置進(jìn)行“探究氣體的等溫變化規(guī)律”實(shí)驗(yàn),通過(guò)向豎直放置的U形玻璃管開(kāi)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(cè)量U形玻璃管兩端液面的高度差h1(cm)以及封閉氣柱的長(zhǎng)度h2(cm)。一次實(shí)驗(yàn)中,該小組通過(guò)多次測(cè)量記錄多組h1和h2數(shù)據(jù),然后以h1為縱坐標(biāo)、以1h2為橫坐標(biāo)作出h1-1h2圖像,如圖乙所示,已知圖像的斜率為k,(1)實(shí)驗(yàn)中,每次注入水銀時(shí)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(qiáng)為cmHg(用所給的字母表示)。

(3)某次實(shí)驗(yàn)中,測(cè)得h1=h0,則此時(shí)封閉的氣柱長(zhǎng)度為cm(用所