2022届高考物理一轮突破实验十八探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

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实验十八　探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

实验目的和器材实验原理

实验目的

探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

在注射器内封闭一段空气柱,保持空

气柱的质量、温度不变,空气柱的压

强与体积的倒数成正比关系

实验器材

铁架台、压力表、注射器、橡

胶套、刻度尺

【实验过程】

1.在试管内封闭一定质量的理想气体。从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。

2.用手把柱塞向下压或向上拉,读出体积与压强的几组数据。

3.根据数据画出图象。

【数据处理】

根据数据作出 p- 图象

【误差分析】

1.实验的过程中存在漏气现象会造成误差,在实验的过程中要保证橡胶套的气密

性。

2.下压柱塞或上拉柱塞过快,会造成气体温度增加,引起实验误差。在实验操作的

过程中,改变空气柱长度时操作要缓慢。同时手不能握住注射器。

3.在读压力表和刻度尺示数时都会引起读数误差。因此要多测几次取平均值。

【注意事项】

1.本实验应用物理实验中常用的控制变量法,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.为保持等温变化,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,应在柱塞与注射器壁

间涂上润滑油,注射器内外气体的压强差不宜过大。

3.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。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。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观,容

易得出相关的对实验研究有用的参数。

【实验创新】

探究一定质量气体在温度不变的情况下,压强与体积之间的关系。在控制变量的

思想下,我们可以探究压强不变的情况下体积与温度的关系。还可以探究温度变

化的情况下体积与压强的关系。本实验的创新有两个视角:

视角一:不改变实验目的,实验目的仍然是探究一定质量的理想气体温度不变时,

压强与体积间的关系。但在测量压强时可以引入压强传感器和计算机。实验仪

器还可以改用 U形管。

视角二:不改变实验装置,可以探究温度变化时 p -V 间的关系,以及压强不变时 V -

T间的关系。

教材原型实验

【典例 1】(2021·海淀区模拟)某同学用如图所示装置探究气体做等温变化的规

律。

(1)下列各项要求中,属于本实验必须要做到的是　　　　　。ì

A.在等温条件下操作

B.注射器的密封性良好

C.测量所封闭气体的质量

D.气体的压强和体积必须用国际单位

(2)某小组某次实验只记录了如表格所示的两组数据。小王认为,这两组数据很好

地体现了玻意耳定律的规律,因为两组数据 p和V的乘积几乎相等,说明 p跟V成

反比;小李却认为,如果把这两组数据在纵坐标轴为p、横坐标轴为的坐标系中

描点,这两点连线的延长线将不经过坐标原点,因此这两组数据没有反映玻意耳定

律的规律。对此你有什么看法?　。ì

数据序号均匀玻璃管内空气柱长度 l/cm 空气柱的压强 p/105 Pa

1 39.8 1.024

2 40.3 0.998

创新型实验

类型一　不变目的变装置(利用传感器与计算机)

【典例 2】(2021·通州区模拟)某同学利用如图 1所示传感器装置做“探究气体等

温变化的规律”实验,按如下操作步骤进行实验:

a.将注射器活塞移动到体积适中的 V0位置,接上软管和压强传感器,通过 DIS 系统

记录下此时的体积 V0与压强 p0;

b.用手握住注射器前端,开始缓慢推拉活塞改变气体体积;

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