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1、第6讲实验：探究气体压强与体积的关系一、基本原理与操作1原理装置图保持环境温度不变，缓慢改变活塞位置，读出每次气压计的读数和空气柱的长度(计算出气体体积)，看一看V是否为一恒量。2操作要领(1)测量注射器活塞的直径，计算其横截面积S。(2)按实验原理图安装好仪器。(3)使活塞处于适当的位置，安装好橡胶套，密封一定质量的空气。(4)待活塞稳定时，由气压计读出管内气体的压强p，从玻璃管的刻度上直接读出管内气体柱的长度，计算出气体柱的体积V，并记录到设计好的表格内。(5)保持温度不变，把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度(计算出气体柱对应的体积)与压强的几组数据，并记录到设计好的表格内。(6
2、)实验完毕，整理实验仪器。二、实验核心关键点1数据处理(1)空气柱的体积V等于空气柱长度L与活塞的横截面积S的乘积。(2)以压强p为纵坐标，以体积V为横坐标作出pV图像，如图甲所示；再以体积的倒数为横坐标作出p图像，如图乙所示。2注意事项(1)为保证气体密闭，应在活塞与注射器壁间涂上润滑油。(2)为保持气体温度不变，实验过程中不要用手握住注射器有密闭气体的部位；同时，应缓慢改变气体体积。(3)注射器内外气体的压强差不宜过大。(4)在等温过程中，气体的pV图像呈现为双曲线，不便确定p与V的关系，要通过坐标变换，画p 图像，把双曲线变为直线，以方便判断p和V成反比。3误差分析(1)橡胶套密封不严会
3、使空气柱的质量变化引起误差。(2)实验过程环境温度变化或柱塞向下压或向上拉的过快会使空气柱的温度变化引起误差。(3)活塞直径的测量、空气柱长度的测量、气压计的读数等引起的误差。一、基础考法保住分考查点(一)实验原理与操作1某同学用如图所示装置探究气体做等温变化的规律：(1)在实验中，下列哪些操作不是必需的_。A用橡胶套密封注射器的下端B用游标卡尺测量柱塞的直径C读取压力表上显示的气压值D读取刻度尺上显示的空气柱长度(2)实验装置用铁架台固定，而不是用手握住玻璃管(或注射器)，并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是_。(3)下列图像中，最能直观反映气体做等温变化的规律的是_。解析：(1)用
4、橡胶套密封注射器的下端，是为了封住一定量的气体，故A是必要的；没有必要测量柱塞的直径，由于整个过程中，截面不变，知道长度就可以，列方程时，两边把截面可以消掉，故B没必要；读取压力表上显示的气压值，知道初末状态的气压值，故C是必要的；读取刻度尺上显示的空气柱长度来表示空气的体积，故D是必要的。(2)尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变。(3)图像中直线比曲线直观，在等温变化中，p与成正比，因此画p图像，应是一条过坐标原点的直线，故C正确，A、B、D错误。答案：(1)B(2)见解析(3)C考查点(二)数据处理与误差分析2探究气体等温变化规律的简易装置图如图所示，表中是某小组的数据。序号V/
5、mLp/(105 Pa)pV/(105 PamL)1201.001 020.0202181.095 219.7143161.231 319.7014141.403 019.6425121.635 119.621(1)若要研究p、V之间的关系，绘制图像时应选用_作为坐标系。(2)仔细观察发现，pV的值越来越小，可能的原因是_。解析：(1)由理想气体的状态方程C可知，若是选pV作为坐标系，得到的是等温曲线；若是选p作为坐标系，将会得到一条延长线过坐标原点的直线。后者更方便且直观，便于分析问题，所以选p作为坐标系。(2)因研究的过程是等温变化，由方程pVnRT(n表示物质的量，T表示绝对温度，R是常
6、数)可知，pV值越来越小，说明n减小，即物质的量在减小，说明有气体漏出。答案：(1)p(2)有气体漏出二、创新考法不失分创新角度(一)实验器材的创新1“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”的实验装置如图甲所示，实验步骤如下：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；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；用V图像处理实验数据，得出如图乙所示图像。(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，但如图乙所示的V图像不过原点，则V0代表_。(3)小明同学实验时缓慢
7、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_。创新点分析(1)利用压强传感器测量气柱的压强。(2)利用V图像处理实验数据。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。(2)体积读数值比实际值小V0。根据p(VV0) C，C为定值，则VV0。如果实验操作规范正确，但如题图2所示的V图像不过原点，则V0代表注射器与压强传感器连接部分的气体体积。(3)根据pVC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
8、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C正确。答案：(1)见解析(2)注射器与压强传感器连接部分气体的体积(3)C创新角度(二)实验原理的创新2.某同学利用图甲装置验证玻意耳定律：粗细相同的玻璃管A和B下端用橡皮管相连，管内装有水银，A管上端封闭，内有封闭气体，B管上端开口。上、下移动B管时，需保持_不变，气体体积V可以根据A管上的刻度读出，利用刻度尺测出B管液面与A管液面的高度差h。测得一系列数据后，以h为纵坐标，得到如图乙所示的函数图像，则图像的横坐标应为_；图线与h轴交点的物理含义是_。创新点分析(1)通过上、下移动B管，改变被封闭空气柱的
9、体积和压强。(2)利用h图像处理实验数据。解析：由于要验证玻意耳定律，则上、下移动B管时，需保持温度不变；对A中的气体，若满足玻意耳定律，则(p0h)VC，解得hCp0，则以h为纵坐标，得到如题图乙所示的函数图像，则图像的横坐标为；图线与h轴交点的物理含义是p0，即大气压强p0的相反数。答案：温度大气压强p0的相反数创新角度(三)实验目的的创新3.如图所示为“研究一定质量气体在压强不变的条件下，体积变化与温度变化关系”的实验装置示意图。粗细均匀的弯曲玻璃管A臂插入烧瓶，B臂与玻璃管C下部用橡胶管连接，C管开口向上，一定质量的气体被封闭于烧瓶内。开始时B、C内的水银面等高。(1)若气体温度升高，
10、为使烧瓶内气体的压强不变，应将C管_(填“向上”或“向下”)移动，直至_。(2)实验中多次改变气体温度，用t表示气体升高的温度，用h表示B管内水银面高度的改变量。根据测量数据作出的图线是图中的_。创新点分析(1)探究一定质量气体，在压强不变的条件下，体积变化与温度变化的关系。(2)利用ht图像处理实验数据。解析：(1)气体温度升高，封闭气体压强变大，为使封闭气体压强不变，应将C管向下移动，直至B、C两管内水银面等高。(2)由于气体压强不变，则k，故有k，k、S为定值，A正确。答案：(1)向下B、C两管内水银面等高(2)A创新角度(四)数据处理的创新4某实验小组利用DIS验证一定质量理想气体的某
11、一实验定律，实验装置图如图甲所示。主要实验过程如下：a将压强传感器接入数据采集器；b取出注射器，将注射器的活塞置于20 mL处(初始值可任意选值)，并通过软管与压强传感器的测口紧密连接；c打开“计算表格”，增加变量“V”表示注射器的体积，拉动注射器的活塞至4 mL处，手动输入V值；d点击记录压强值，缓慢推动活塞，改变并输入V的值，记录不同的V值对应的压强数据；e启动“绘图”功能，分别作出pV图像(如图乙所示)和p图像(如图丙所示)。(1)该装置可用于验证_定律。(填写气体实验定律名称)(2)利用DIS已经能比较精确地得到相关的数据，但还是存在一些误差，本实验的误差主要来源于_，为了减小误差，可以采取的措施是_。创新点分析(1)利用压强传感器采集实验数据并传入电脑。(2)利用电脑“绘图”功能绘制pV图像和p图像。解析：(1)该装置研究的是温度不变时，压强与体积关系，故是验证玻意耳定律。(2)在验证压强与体积关系时，主要误差来源于压强变化的影响，故主要是针筒气密性带来的系统误差，为了减小误差，可以用润滑油涂活塞，防止气体进出。答案：(1)玻意耳(2)见解析