(要点归纳+夯实基础练) 第五节 实验：探究理想气体状态方程-2023年高考物理一轮系统复习学思用

第五节 实验：探究理想气体状态方程

【要点归纳】

一、实验目的

通过实验探究一定质量的气体，在温度不变时，其压强与体积变化的关系。

二、实验思路

本实验的方法为控制变量法，即控制气体的质量和温度一定，探究气体压强与体积的关系。

三、实验器材

铁架台、压力表、注射器(带橡胶套、柱塞)、刻度尺。

四、实验步骤

1．按如图所示，组装实验器材，在注射器下端的开口套紧橡胶套，密封一定质量的空气。

2．测量空气柱的体积V和压强p。空气柱的长度l可以通过刻度尺读取，空气柱长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V；空气柱的压强p可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取。

3．把柱塞缓慢地向下压或向上拉，再读取一组空气柱的长度与压强的数据。

4．重复步骤3，获取多组数据。

五、数据处理

1．以压强p为纵坐标，以体积V为横坐标，在坐标纸上描点作图，分析p与V之间的关系。某次实验的p­V图如图甲。

2．p­V图不是线性关系，很难判断p与V的关系。由图甲猜想p可能与V成反比，p还可能与V2成反比，……可以进一步通过图像来检验这些猜想。

先以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标，把采集的各组数据在坐标纸上描点。如果p­图像中的各点位于过原点的同一条直线上，就说明压强跟体积的倒数成正比，即压强与体积成反比。如果不在同一条直线上，再尝试其他关系。

3．根据多次实验的数据均可作出乙图，由此可得到结论：一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积的倒数成正比，即压强与体积成反比。

六、误差分析

1．漏气造成空气柱质量变化。

改进措施：给注射器柱塞涂润滑油，使橡胶套尽量密封，压强不要太大。

2．空气柱温度不恒定造成误差。

改进措施：尽量在恒温环境操作，移动柱塞尽量缓慢。

3．空气柱体积和气压测量不准确。

改进措施：采用较细的注射器和准确度高的压力表。

七、注意事项

1．为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是注射器活塞上涂润滑油。

2．为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是移动活塞要缓慢，且不能用手握住注射器封闭气体部分。

【夯实基础练】

1．(2022•福建师范大学附属中学高三(下)开学考试)在“探究气体等温变化的规律”实验中，封闭的空气如图所示，形管粗细均匀，右端开口，已知外界大气压为水银柱高，图中给出了气体的两个不同的状态。

(1)实验时甲图气体的压强为___________；乙图气体压强为___________。

(2)实验时某同学认为形管的横截面积可不用测量，这一观点正确吗？___________(选填“正确”或“错误”)。

(3)数据测量完后在用图像法处理数据时，某同学以压强为纵坐标，以体积(或空气柱长度)为横坐标来作图，你认为他这样做能方便地看出与间的反比关系吗？___________(选填“能”或“不能”)。

【解析】  (1)[1][2]题图甲中气体压强为，图乙中气体压强为；

(2)[3]由玻意耳定律，即，(、为空气柱长度)，知，形管的横截面积可不用测量；

(3)[4]以为纵坐标，以为横坐标，作出图线是一条曲线，但曲线未必表示反比关系，所以应作出图线，看是否为过原点的直线，才能最终确定与是否成反比。

【答案】   ①76    ②80    ③正确    ④不能

2．某实验小组用如图所示装置探究气体做等温变化的规律。已知压力表通过细管与注射器内的空气柱相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。压力表中读取空气柱的压强，从注射器旁的刻度尺中读取空气柱的长度。

(1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是______；

(2)实验过程中，下列说法正确的______；

A．推拉活塞时，动作要快，以免气体进入或漏出

B．推拉活塞时，手不可以握住整个注射器

C．活塞移至某位置时，应迅速记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值

(3)某同学测出了注射器内封闭气体的几组压强p和体积V的值后，以p为纵轴、为横轴，画出图象如图所示，则产生的可能原因是______；

A．实验过程中有漏气现象

B．实验过程中气体温度降低

C．实验过程中气体温度升高

(4)在相同温度环境下，不同小组的同学均按正确的实验操作和数据处理的方法完成了实验，并在相同坐标标度的情况下画出了压强与体积的关系图线，如图所示。两组图线不相同的原因是______。

【答案】注射器上涂上润滑油(保证封闭气体质量不变的措施都可以)    B    C    他们选取气体质量不同   

【解析】(1)[1]为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是注射器上涂上润滑油防止漏气；

(2)[2]A．若急速推拉活塞，则有可能造成等温条件的不满足，所以应缓慢推拉活塞，故A错误；

B．手握活塞造成温度变化，故B正确；

C．应等状态稳定后，记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值，故C错误；

故选B；

(3)[3]图象发生了弯曲，则说明在实验中温度发生了变化，因图象向上弯曲，故温度升高了

故选C；

(4)[4]图线的斜率

根据克拉柏龙方程可知，由于温度相同，说明他们选取气体质量不同。

3．贾同学用注射器和压强传感器探究一定质量的气体发生等温变化时所遵循的规律。实验装置如图甲所示，用活塞和注射器外筒封闭一定量的气体，其压强可由左侧的压强传感器测得。

(1)有关该实验的说法，正确的是___________。

A．实验时注射器必须水平放置

B．需用控制变量法研究气体的变化规律

C．注射器内部的横截面积的具体数据必需测出

D．注射器旁的刻度尺的刻度只要均匀即可，无须标注单位

(2)进行实验操作时，不能推拉活塞过快，其原因是___________。

A．防止封闭气体的质量发生改变

B．防止封闭气体的温度发生改变

(3)贾同学首先在实验室Ⅰ进行了实验，下表为记录的实验数据，其中有一次记录的实验数据错误，记录错误的是___________(填错误数据对应的实验序号)。

(4)贾同学利用同一装置对同一封闭气体在另一温度稍高的实验室Ⅱ进行了实验，根据实验室Ⅰ、Ⅱ记录的数据用正确的方法作出的图像如图乙所示，根据实验室Ⅱ记录的数据作出的图像应为___________(填图线代号)。

【解析】  (1)[1]A．实验时注射器不必保持水平放置，气体压强由传感器直接读出，A错误；

B．气体状态参量有p、V、T，故需用控制变量法研究气体的变化规律，B正确；

C．注射器内部的横截面积固定不变，体积与气柱长度成正比，故具体数据不必测出，C错误；

D．注射器旁的刻度尺的刻度只要均匀即可确定体积变化，故无须标注单位，D正确。故选BD。

(2)[2]进行实验操作时，不能推拉活塞过快，其原因是防止封闭气体的温度发生改变，B正确。故选B。

(3)[3]由理想气体状态方程可得，发生等温变化时，气体压强与体积成正比，第5组数据气柱压强偏差较大，故记录错误的是5。

(4)[4]由理想气体状态方程可得，实验室Ⅱ温度较高，图线斜率较大，故根据实验室Ⅱ记录的数据作出的图像应为①。

【答案】  ①BD    ②B    ③5    ④①