2020版高考一轮复习物理新课改省份专用学案：第十二章第5节实验：探究气体压强与体积的关系
展开第5节 实验：探究气体压强与体积的关系
一、实验目的：研究一定质量的气体， 在温度不变时，压强与体积的关系
二、实验原理：玻意耳定律
三、实验器材
带有刻度的注射器、DIS(压强传感器、数据采集器、计算机)。
四、实验步骤
1．将压强传感器接入数据采集器。开启电源，点击“研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系”。
2．将注射器与压强传感器的测口相连，在数据表格中输入设定的体积，推拉注射器活塞，使其处于各设定体积时，点击“记录数据”自动记录各压强值，点击“数据计算”计算出压强与体积的乘积值及体积的倒数值。
3．点击“图线分析”，出现压强与体积、压强与体积的倒数的关系曲线。
五、注意事项
1．不能用手握住注射器。
2．活塞涂润滑油防止漏气。
3．注射器与压强传感器连接处有一定的体积。
[基础考法]
1．(2019·邢台模拟)某同学利用DIS实验系统，用同一个注射器在实验室前后做了两次实验探究气体压强与体积的关系，操作完全正确。
(1)根据实验数据却在pV图上画出了两条不同双曲线，如图所示。造成这种情况的可能原因是哪些( )
A．两次实验中空气质量不同
B．两次实验中温度不同
C．其中一次实验时活塞受到的摩擦力太大
D．其中一次实验时活塞受到的摩擦力太小
(2)实验中为了保持封闭气体的温度不变，下列采取的措施比较合理的是( )
A．在活塞上涂上润滑油，保持良好的密封性
B．推拉活塞时要缓慢
C．不要用手直接握在注射器有气体的部分上
D．实验前注射器内要吸入尽量多的空气
解析：(1)研究在温度不变的情况下，一定质量的气体压强与体积的关系时，气体的温度是不能变化的，由理想气体状态方程＝C，可得当气体的温度不变的情况下，p与V是成反比的，但是如果气体的温度发生变化，pV的乘积也就发生了变化，得到的图像也就不是同一条图像，所以B正确；当封闭的气体不是同一部分气体时，气体的质量不同，此时得到的pV图像也会是不同的图像，所以A正确。
(2)在活塞上涂上润滑油，保持良好的密封性，这样是为了保持封闭气体的质量不发生变化，并不能保持封闭气体的温度不变，所以A错误；缓慢的推拉活塞，可以使气体的温度保持与外界的温度一致，从而可以保持封闭气体的温度不变，所以B正确；当用手直接握在注射器上时，手的温度可能改变气体的温度，所以不要用手直接握在注射器上，所以C正确；只要是封闭气体的质量不变，气体的多少不会改变实验的数据，与气体的温度是否会变化无关，所以D错误。
答案：(1)AB (2)BC
2．(2019·江苏如东中学模拟)某小组在“用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系”实验。
(1)实验过程中，下列操作正确的是( )
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，手可以握住整个注射器
C．压强传感器与注射器之间的连接管脱落后，应立即重新接上，继续实验
D．活塞与针筒之间要保持润滑又不漏气
(2)该实验小组想利用实验所测得的数据测出压强传感器和注射器的连接管的容积，所测得的压强和注射器的容积(不包括连接管的容积)数据如下表所示：
实验次数 | 压强(kPa) | 体积(cm3) |
1 | 101.5 | 18 |
2 | 112.8 | 16 |
3 | 126.9 | 14 |
4 | 145.0 | 12 |
5 | 169.2 | 10 |
①为了更精确的测量也可以利用图像的方法，若要求出连接管的容积也可以画________图。
A．pV B．Vp
C．p D．V
②利用上述图线求连接管的容积时是利用图线的________。
A．斜率 B．纵坐标轴上的截距
C．横坐标轴上的截距 D．图线下的“面积”
解析：(1)推拉活塞时，动作不能快，以免气体温度变化，故A错误；推拉活塞时，手不可以握住整个注射器，以免气体温度变化，故B错误； 压强传感器与注射器之间的连接管脱落后，气体质量变化了，应该重新做实验，故C错误；活塞与针筒之间要保持润滑又不漏气，故D正确。
(2)①设连接管的容积为V0，注射器的容积为V，根据玻意耳定律，有：p(V＋V0)＝C
变形得到：V＝－V0；
故画V图像，故选D。
②根据V关系表达式V＝－V0，V图像的纵轴截距表示连接管的容积为V0，故选B。
答案：(1)D (2)①D ②B
3．(2019·上海虹口区模拟)某小组利用如图所示装置研究“一定质量气体温度不变时，压强与体积的关系”。
如图所示，带刻度的注射器内封闭了一定质量的气体，推动活塞可以改变气体体积V。实验时所用测量压强的装置较特殊，测量的是注射器内部气体和外部大气(压强为p0)的压强差Δp。在多次改变体积后，得到如下数据：
Δp/×105 Pa | 0 | 0.11 | 0.25 | 0.43 | 0.67 |
V/mL | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 |
(1)图中装置1为__________________，装置2为__________________。
(2)每次气体的状态调整后，都要等一会儿再记录数据，这是为了________________________________________________________________________。
(3)研究小组基于数据，以Δp为y轴，作出的函数图线为直线，则x轴是____________。
(4)若图像斜率为k，该直线的函数表达式是__________________，图像纵轴截距的绝对值的物理含义是_____________________________。
解析：(1)本实验利用电脑自动处理数据，首先需要感应压强大小的压强传感器，即装置1；还需要采集数据的装置2。
(2)在实验过程中，每次气体的状态调整后，都要等一会儿再记录数据，这是为了让封闭气体与外界进行充分的热交换，温度恢复原状，保持不变。
(3)根据理想气体状态方程p0V0＝(p0＋Δp)V，Δp＝p0V0×－p0，则x轴是。
(4)若图像斜率为k，该直线的函数表达式是Δp＝k·－p0，根据图像表达式可以得到图像纵轴截距的绝对值为外部大气压强的值。
答案：(1)压强传感器 数据采集器 (2)使封闭气体与外界进行充分的热交换，保持封闭气体的温度不变 (3) (4)Δp＝k·－p0 大气压强
4．(2019·山东东明一中模拟)在“探究气体等温变化的规律”实验中，封闭的空气如图所示，U形管粗细均匀，右端开口。已知外界大气压强为76 cmHg，图中给出了气体的两个不同的状态。
(1)乙图左端封密的气体压强为________ cmHg。
(2)实验时某同学认为管子的横截面积S可不用测量，这一观点正确吗？答：________(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p为纵坐标、以体积V(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p与V间的关系吗？答：______(选填“能”或“不能”)。
解析：(1)由连通器原理可知乙图中气体压强为p0＋4 cmHg＝80 cmHg。
(2)由玻意耳定律p1V1＝p2V2，即p1l1S＝p2l2S，解得p1l1＝p2l2(l1、l2为空气柱长度)，所以玻璃管的横截面积可不用测量。
(3)以p为纵坐标，以V为横坐标，作出pV图是一条曲线，但曲线未必表示反比关系，所以应再作出p图，看是否是过原点的直线，才能最终确定p与V是否成反比。
答案：(1)80 (2)正确 (3)不能
5．如图1所示为“研究一定质量的气体在温度不变的情况下，压强与体积的关系”实验装置，实验步骤如下：
①把注射器活塞移至注射器满刻度处，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接；
②移动活塞，记录注射器的刻度值V，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p；
③用V图像处理实验数据，得出如图2所示图线。
(1)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是____________________和____________________。
(2)如果实验操作规范正确，但如图2所示的V图线不过原点，则V0代表________________________________________________________________________。
(3)小明同学实验时缓慢推动活塞，并记录下每次测量的压强p与注射器刻度值V。在实验中出现压强传感器软管脱落，他重新接上后继续实验，其余操作无误。V关系图像应是________。
解析：(1)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；不能用手握住注射器封闭气体部分。这样能保证装置与外界温度一样。
(2)体积读数值比实际值小V0。根据p(V＋V0)＝C，C为定值，则V＝－V0。如果实验操作规范正确，但如题图所示的V图线不过原点，则V0代表注射器与压强传感器连接部位最初的气体体积。
(3)根据pV＝C可知V＝，当质量不变时V与成正比，软管脱落造成漏气，压强突然减小，则变大，重新接好软管时V与脱落前相等，继续实验时气体质量仍能保持不变，V与还是成正比，但斜率比原来小，故B正确。
答案：(1)移动活塞要缓慢 不能用手握住注射器的封闭气体部分 (2)注射器与压强传感器连接部分气体的体积 (3)B
