實(shí)驗(yàn)二十一探究等下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系第十四章熱學(xué)1.學(xué)會(huì)探究等下一定質(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)。學(xué)習(xí)目標(biāo)目

錄CONTENTS夯實(shí)必備知識(shí)01研透核心考點(diǎn)02提升素養(yǎng)能力03夯實(shí)必備知識(shí)1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.安裝器材(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)量和變。3.將柱塞向下壓，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.將柱塞向上拉，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)。在該實(shí)驗(yàn)中，由于我們可以直接用刻度尺讀數(shù)作為空氣柱體積，故無(wú)需測(cè)量空氣柱的橫截面積。1.適用條件是持不變，所以操作要緩慢，不能用手握住注射器，才能保證變。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。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，畫出氣體等的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)為橫坐標(biāo)，建立p－

坐標(biāo)系，畫出氣體等的p－圖像，圖像是過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，說(shuō)明壓強(qiáng)與體積成反比。研透核心考點(diǎn)2考點(diǎn)二創(chuàng)新拓展實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1

某實(shí)驗(yàn)小組用如圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)“探究等下一定質(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)快速推拉柱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.推拉柱塞時(shí)，應(yīng)用手握住整個(gè)注射器以使裝置更穩(wěn)定解析

實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)緩慢推拉柱塞使氣體與外界發(fā)生熱交換保持氣體變，A錯(cuò)誤;本實(shí)驗(yàn)，只需測(cè)出氣體壓強(qiáng)和對(duì)應(yīng)體積，不需要測(cè)出封閉氣體的質(zhì)量，B正確;推拉柱塞時(shí)，不能用手握住整個(gè)注射器，避免氣體與外界發(fā)生熱交換，C錯(cuò)誤。答案

B

(2)為了探究氣體在不同發(fā)生等是否遵循相同的規(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)氣體的小關(guān)系為T1

T2(選填“<”“＝”或“>”)。

答案

>

1.用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置探究氣體等的規(guī)律。跟蹤訓(xùn)練(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是

。

A.為保證封閉氣體的質(zhì)量不變，應(yīng)在柱塞與注射器壁間涂上潤(rùn)滑油B.改變氣體體積時(shí)應(yīng)快速推拉柱塞C.為方便推拉柱塞，應(yīng)用手握住注射器再推拉柱塞D.注射器旁的刻度尺只要刻度分布均勻即可，可以不標(biāo)注單位

(4)實(shí)驗(yàn)中若使用壓強(qiáng)傳感器采集數(shù)據(jù)，則柱塞與注射器壁間的摩擦對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(選填“有”或“無(wú)”)影響。

考點(diǎn)二創(chuàng)新拓展實(shí)驗(yàn)例2

(2023·山東卷，13)利用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置可探究等下氣體壓強(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，托盤中放入砝碼，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。

答案

B(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)。

答案

2.04×105

(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”)。

解析

某組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，正確記錄數(shù)據(jù)時(shí)為p(V0＋ΔV)，一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時(shí)漏掉了ΔV，該數(shù)據(jù)記為pV0，則計(jì)算結(jié)果之差的絕對(duì)值為p(V0＋ΔV)－pV0＝pΔV，由于ΔV為定值，可知隨p的增大計(jì)算結(jié)果之差的絕對(duì)值會(huì)增大。答案增大2.某同學(xué)通過(guò)圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，利用玻意耳定律來(lái)測(cè)定一顆形狀不規(guī)則的石塊的體積。實(shí)驗(yàn)步驟:①將石塊裝進(jìn)注射器，插入活塞，再將注射器通過(guò)軟管與傳感器A連接;②某著名企業(yè)活塞，通過(guò)活塞所在的刻度讀取了多組氣體體積數(shù)據(jù)V，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù);③建立直角坐標(biāo)系。(1)在實(shí)驗(yàn)操作中，下列說(shuō)法正確的是

。

A.圖甲中，傳感器A為壓強(qiáng)傳感器B.在步驟①中，將注射器與傳感器A連接前，應(yīng)把注射器活塞移至注射器最右端位置C.操作中，不可用手握住注射器封閉氣體部分，是為了保持封閉氣體的變D.若實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不慎將活塞拔出注射器，應(yīng)立即將活塞插入注射器繼續(xù)實(shí)驗(yàn)

(3)選擇合適的坐標(biāo)后，該同學(xué)通過(guò)描點(diǎn)作圖，得到的圖像如圖乙所示，若不考慮傳感器和注射器連接處的軟管容積帶來(lái)的誤差，則石塊的體積為

;若考慮該誤差影響，測(cè)得軟管容積為V0，則石塊的體積為

。

解析

(1)實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量氣體的壓強(qiáng)與體積，氣體體積可以由注射器上的刻度直接讀出，因此題圖甲中傳感器A為壓強(qiáng)傳感器，故A正確;實(shí)驗(yàn)過(guò)程要推動(dòng)活塞改變氣體的體積，推動(dòng)活塞時(shí)氣體體積減小，則在步驟①中，將注射器與傳感器A連接前，應(yīng)把注射器活塞移至注射器最左端的位置，故B錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)需要控制氣體的變，操作中，不可用手握住注射器封閉氣體部分，是為了保持封閉氣體的變，故C正確;實(shí)驗(yàn)過(guò)程要控制氣體的質(zhì)量不變，若實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不慎將活塞拔出注射器，則必須廢除之前獲得的數(shù)據(jù)，重做實(shí)驗(yàn)，這是為了保證氣體質(zhì)量不變，故D錯(cuò)誤。

提升素養(yǎng)能力31.用DIS研究一定質(zhì)量氣體在變時(shí)，壓強(qiáng)與體積關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)步驟如下:

答案

(1)在注射器活塞上涂潤(rùn)滑油(2)某著名企業(yè)活塞要緩慢不能用手握住注射器封閉氣體部分(3)注射器與壓強(qiáng)傳感器連接部位的氣體體積解析

(1)為了保持封閉氣體的質(zhì)量不變，實(shí)驗(yàn)中采取的主要措施是在注射器活塞上涂潤(rùn)滑油，這樣可以保持氣密性。(2)為了保持封閉氣體的變，實(shí)驗(yàn)中采取的主要措施是某著名企業(yè)活塞要緩慢;不能用手握住注射器封閉氣體部分，這樣能保證裝置與外界樣。

2.(2024·上海卷，一－2)如圖所示，注射器內(nèi)裝有封閉的空氣，與感器一起浸在裝有熱水的燒杯中。在水自然冷卻的過(guò)程中，每隔一定時(shí)間記錄一組體積與值，得到氣體體積與關(guān)系圖像。①不考慮漏氣因素，符合理論預(yù)期的圖線是(

)②下列有助于減小實(shí)驗(yàn)誤差的操作是(

)A.實(shí)驗(yàn)前測(cè)量并記錄大氣壓強(qiáng)B.實(shí)驗(yàn)前測(cè)量并記錄環(huán)境C.待感器示數(shù)穩(wěn)定后讀數(shù)D.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持液面時(shí)刻處于活塞以上

②本實(shí)驗(yàn)為“探究氣體等壓變化的規(guī)律”，所以只需要保證密閉氣體的壓強(qiáng)不變，即保證大氣壓強(qiáng)不變即可，不需要記錄室內(nèi)大氣壓，A不符合題意;因?yàn)槊荛]氣體的于水的，與室內(nèi)關(guān)，所以不需要記錄室內(nèi)的，B不符合題意;因?yàn)闊崴牟粩嘟档?，最終與室內(nèi)同，所以如果待感器示數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)，那么最終讀取的數(shù)據(jù)只有一組，即室內(nèi)對(duì)應(yīng)的氣體體積，無(wú)法畫出氣體體積與關(guān)系圖像，C不符合題意;為了保證密閉氣體的刻等于水的，即為了使記錄的封閉氣體的可能準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中活塞應(yīng)時(shí)刻處于液面以下，D正確。3.(2025·河北石家莊月考)某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置探究氣體等的規(guī)律，注射器中密封了一定質(zhì)量的氣體。(1)該同學(xué)測(cè)得封閉氣體的壓強(qiáng)p和體積V的多組數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描點(diǎn)作圖，作出的圖線如圖乙所示，由圖可知該同學(xué)選用的橫軸為

。圖線后半段向上彎曲可能的原因是

。

A.改變氣體體積時(shí)推拉柱塞速度過(guò)快B.推拉柱塞時(shí)，手握住注射器含有氣體的部分C.實(shí)驗(yàn)中有漏氣現(xiàn)象D.環(huán)境低

(2)根據(jù)圖像可知，當(dāng)體積為0時(shí)，壓強(qiáng)的倒數(shù)不為0，表明實(shí)際上有一部分氣體沒有考慮，可知圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因是沒有考慮連接注射器和傳感器的軟管中的氣體。4.某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的裝置來(lái)探究“氣體變時(shí)壓強(qiáng)隨體積變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)，注射器導(dǎo)熱性能良好，用橡皮帽和活塞在注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體。質(zhì)量不計(jì)的細(xì)繩跨過(guò)滑輪，一端系到活塞上，調(diào)節(jié)滑輪的高度，使左側(cè)細(xì)繩拉直時(shí)能保持水平，另一端可以掛鉤碼。實(shí)驗(yàn)時(shí)，在細(xì)繩的下端依次掛上質(zhì)量相等的鉤碼1、2、3、…，穩(wěn)定后通過(guò)注射器的標(biāo)度讀出對(duì)應(yīng)空氣柱的體積V，并能求出對(duì)應(yīng)氣體的壓強(qiáng)p。已知注射器的最大體積為Vm，刻度全長(zhǎng)為L(zhǎng)，大氣壓強(qiáng)為p0，每個(gè)鉤碼的質(zhì)量為m，重力加速度為g。(1)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的操作，下列說(shuō)法正確的是

。

A.為減小誤差，每掛上一個(gè)鉤碼后，應(yīng)平衡后再讀出體積B.掛鉤碼時(shí)，為了防止注射器脫落，應(yīng)用手緊緊握住注射器C.實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)在活塞上涂上潤(rùn)滑油，并來(lái)回拉動(dòng)幾次D.實(shí)驗(yàn)時(shí)必須測(cè)出封閉氣體的(2)若在某次實(shí)驗(yàn)中細(xì)繩上所掛鉤碼個(gè)數(shù)為n，則平衡后對(duì)應(yīng)氣體的壓強(qiáng)為

(用題目中已知量表示)。

解析

(1)每掛上一個(gè)鉤碼，平衡后，待封閉氣體的體積不再發(fā)生變化，再讀出體積，可以減小誤差，故A正確;掛鉤碼時(shí)，不能用手緊緊握住注射器，因?yàn)槭值母淖兎忾]氣體的，使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，故B錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)在活塞上涂上潤(rùn)滑油，并來(lái)回拉動(dòng)幾次，可以增加密封性，也可以減小摩擦帶來(lái)的誤差，故C正確;注射器不隔熱，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)封閉氣體的外界同，氣體做等，不需要測(cè)量，故D錯(cuò)誤。

5.如圖為“研究一定質(zhì)量氣體在體積不變的條件下，壓強(qiáng)與關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。粗細(xì)均勻的彎曲玻璃管A管插入燒瓶中，B管與玻璃管C下部用橡膠管連接，C管開口向上，一定質(zhì)量的氣體被水銀封閉于燒瓶?jī)?nèi)。開始時(shí)，B、C內(nèi)的水銀面等高。(1)此實(shí)驗(yàn)中作為研究對(duì)象的氣體是

(選填①燒瓶中的氣體;②燒瓶和A、B管中的氣體;③B、C下面橡膠管中的氣體)。若氣體高，為使瓶?jī)?nèi)氣體的體積不變，應(yīng)將C管

(選填“向上”或“向下”)某著名企業(yè)，直至B內(nèi)的水銀面回到原位置。

(2)實(shí)驗(yàn)中使所研究氣體的體積不變，多次改變氣體，用Δt表示氣體升高的攝氏，用p表示氣體壓強(qiáng)。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)作出的圖線是

。

(3)某同學(xué)還想用此實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證玻意耳定律，在保證變的情況下，尋找體積和壓強(qiáng)滿足的關(guān)系，現(xiàn)在不知道大氣壓強(qiáng)的具體數(shù)值，但大氣壓強(qiáng)可視為不變，也無(wú)法直接測(cè)出氣體的體積和B