2022届高考物理一轮复习讲义学案（新高考人教版）第十四章 实验 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

实验　探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

目标要求　1.学会探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系.2.会用图象法处理实验数据．

技能储备

1．实验器材：注射器、橡胶套、压力表(如图1所示)

图1

2．实验数据的搜集

空气的压强p可以从仪器上方的压力表读出，空气柱的长度l可以在玻璃管侧的刻度尺上读出，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.

把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读出空气柱的长度与压强的几组数据．

3．实验数据的处理

在等温过程中，气体的压强和体积的关系在p－V图象中呈现为双曲线的一支，如图2甲所示．处理实验数据时，要通过变换，即画p－图象，把双曲线变为直线，说明p和V成反比，如图乙所示．这是科学研究中常用的数据处理的方法，因为一次函数反映的物理规律比较直接，容易得出相关的对实验研究有用的参数．

图2

4.实验结论

一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比，所以p－V图线是双曲线的一支，但不同温度下的图线是不同的．如图3是一定质量的气体分别在T1、T2温度下等温变化的p－V图线，其中温度较高的是T2.

图3

5．注意事项

(1)本实验应用控制变量法，探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温过程)，气体的压强和体积的关系．

(2)为保证等温变化，实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位．同时，改变体积过程应缓慢，以免影响密闭气体的温度．为保证气体密闭，应在活塞与注射器内壁间涂上润滑油，注射器内外气体的压强差不宜过大．

(3)实验中所用的压力表精度较高，而气柱长度是直接在刻度尺上读出的，其误差会直接影响实验结果．

考点突破

例1　在“探究气体压强与体积的关系”的实验中，如图4所示，完成下列问题．

图4

(1)实验中的研究对象是________，实验中应保持不变的参量是________，它的体积由________直接读出，它的压强由________传感器等计算机辅助系统得到．

(2)某同学在实验中测得的数据在计算机屏幕上显示如下表所示，仔细观察“p·V”一栏中的数值，发现越来越小，造成这一现象的原因可能是________．

A.实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力越来越大

B．实验时环境温度升高了

C．实验时外界大气压强发生了变化

D．实验时注射器内的气体向外发生了泄漏

(3)某同学在一次实验中，计算机屏幕显示如图5所示，其纵坐标表示封闭气体的压强，则横坐标表示的物理量是封闭气体的________．

图5

A．热力学温度T

B．摄氏温度t

C．体积V

D．体积的倒数

(4)实验过程中下列哪些操作是错误的________．

A．推拉活塞时，动作要慢

B．推拉活塞时，手不能握住注射器含有气体的部分

C．压强传感器与注射器之间的软管脱落后，应迅速重新装上继续实验

D．活塞与针筒之间要保持气密性

答案　(1)封闭在注射器内的气体　温度和气体质量　注射器　压强　(2)D　(3)D　(4)C

例2　某实验小组用如图6甲所示实验装置来探究一定质量的气体发生等温变化遵循的规律．

图6

(1)关于该实验，下列说法正确的是________．

A．实验前应将注射器的空气完全排出

B．空气柱体积变化应尽可能的快些

C．空气柱的压强随体积的减小而减小

D．作出p－的图象可以直观反映出p与V的关系

(2)为了探究气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律，他们进行了两次实验，得到的p－V图象如图乙所示，由图可知两次实验气体的温度大小关系为T1________T2(选填“<”“＝”或“>”)．

(3)另一小组根据实验数据作出的V－图线如图丙所示，若他们的实验操作无误，造成图线不过原点的原因可能是_________________________________________________．

答案　(1)D　(2)>　(3)实验时未考虑注射器前端与橡胶套连接处的气体体积

解析　(1)实验是以注射器内的空气为研究对象，所以实验前注射器内的空气不能完全排出，故A错误；空气柱的体积变化不能太快，要缓慢移动柱塞保证气体温度不变，故B错误；气体发生等温变化，空气柱的压强随体积的减小而增大，故C错误；p－图象中等温线是一条倾斜的直线，作出p－的图象可以直观反映出p与V的关系，故D正确．

(2)在p－V图象中，离坐标原点越远的等温线温度越高，故T1>T2.

(3)图线不过原点的原因可能是实验测量的气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验的器材可知，实验时未考虑注射器前端与橡胶套连接处的气体体积．

“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”实验中，某同学将注射器活塞置于刻度为10 mL处，然后将注射器连接压强传感器并开始实验，气体体积V每增加1 mL测一次压强p，最后得到p和V的乘积逐渐增大．

图7

(1)由此可推断，该同学的实验结果可能为图7中的________．

(2)图线弯曲的可能原因是在实验过程中________．

A．注射器中有异物

B．连接软管中存在气体

C．注射器内气体温度升高

D．注射器内气体温度降低

答案　(1)a　(2)C

解析　(2)根据理想气体状态方程＝C，V－图象斜率表示CT，随着注射器内气体温度升高，斜率变大，图线向上弯曲．