2025版高考物理全程一輪復(fù)習(xí)第十四章熱學(xué)實(shí)驗(yàn)十九探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系學(xué)案

實(shí)驗(yàn)十九探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系1.學(xué)會(huì)探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系．2．會(huì)用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．一、操作過程1．按實(shí)驗(yàn)原理圖安裝好儀器2.使活塞處于適當(dāng)?shù)奈恢茫惭b好橡膠套，密封一定質(zhì)量的空氣．提醒：密封的氣體體積要適當(dāng)大一些3.把柱塞緩慢地向下壓或向上提，當(dāng)柱塞穩(wěn)定后讀取空氣的體積以及對(duì)應(yīng)的氣壓計(jì)的示數(shù)，并記錄到設(shè)計(jì)好的表格內(nèi)．提醒：緩慢移動(dòng)是為了保證密閉空氣的溫度保持不變4．實(shí)驗(yàn)完畢，整理實(shí)驗(yàn)儀器．二、數(shù)據(jù)處理以壓強(qiáng)p為縱坐標(biāo)，以體積V為橫坐標(biāo)作出p-V圖像，如圖甲所示；再以體積的倒數(shù)1V為橫坐標(biāo)作出p-1三、誤差分析1．橡膠套密封不嚴(yán)會(huì)使空氣柱的質(zhì)量變化引起誤差．2．實(shí)驗(yàn)過程環(huán)境溫度變化或柱塞向下壓或向上拉得過快會(huì)使空氣柱的溫度變化引起誤差．3．空氣柱體積、壓力表的讀數(shù)等引起的誤差．四、注意事項(xiàng)1．為保證氣體密閉，應(yīng)在柱塞與注射器壁間涂上潤(rùn)滑油．2．為保持氣體溫度不變，實(shí)驗(yàn)過程中不要用手握住注射器有密閉氣體的部位；同時(shí)，改變體積過程應(yīng)緩慢，以免影響密閉氣體的溫度．3．注射器內(nèi)外氣體的壓強(qiáng)差不宜過大．4．在等溫過程中，氣體的p-V圖像呈現(xiàn)為雙曲線的一條，不便確定p與V的關(guān)系，要通過坐標(biāo)變換畫p-1V圖像，把雙曲線的一條變?yōu)橹本€，以方便判斷p和V考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1物理小組的同學(xué)們利用圖甲所示的裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律．實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將注射器下端開口處套上橡膠套，和柱塞一起封閉一段空氣柱；②測(cè)出空氣柱的橫截面積，通過刻度尺讀取空氣柱的長(zhǎng)度，可得空氣的體積V；③從與注射器內(nèi)空氣柱相連的壓力表讀取空氣柱的壓強(qiáng)p；④把柱塞迅速地向下壓或向上拉，讀取空氣柱的長(zhǎng)度與壓強(qiáng)，獲取空氣柱的體積V和壓強(qiáng)p的幾組數(shù)據(jù)；⑤將各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，繪制曲線，得出溫度不變時(shí)氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系．完成下列填空：(1)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)錯(cuò)誤的步驟是________(選填步驟前的數(shù)字序號(hào))，應(yīng)該糾正為______________________________．(2)糾正了實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤后，重新規(guī)范完成實(shí)驗(yàn)．用采集的各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，繪制曲線如圖乙所示，根據(jù)繪制的p-V圖線，______(選填“能”或“不能”)直觀判斷空氣柱的壓強(qiáng)與體積成反比，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.例2用圖甲所示裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律．(1)實(shí)驗(yàn)中，為找到體積與壓強(qiáng)的關(guān)系，______(選填“需要”或“不需要”)測(cè)空氣柱的橫截面積；(2)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的操作，下列說法正確的有________；A．柱塞上應(yīng)該涂油B．應(yīng)緩慢推拉柱塞C．用手握住注射器推拉柱塞D．注射器必須固定在豎直平面內(nèi)(3)測(cè)得多組空氣柱的壓強(qiáng)p和體積V的數(shù)據(jù)后，以p為縱坐標(biāo)，1V為橫坐標(biāo)，在坐標(biāo)系中描點(diǎn)作圖；小明所在的小組不斷壓縮氣體，由測(cè)得的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)p與V例3[2024·云南模擬預(yù)測(cè)]某同學(xué)用注射器和壓強(qiáng)傳感器探究一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等溫變化時(shí)遵循的規(guī)律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a)所示．用活塞和注射器外筒封閉一定的氣體，其壓強(qiáng)可由左側(cè)的壓強(qiáng)傳感器測(cè)得．(1)在注射器柱塞上涂上潤(rùn)滑油，其主要目的是____________．(2)該同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，計(jì)算機(jī)屏幕顯示如圖(b)所示，其縱坐標(biāo)表示封閉氣體的體積，則橫坐標(biāo)表示的物理量是封閉氣體的________；A．熱力學(xué)溫度TB．?dāng)z氏溫度tC．壓強(qiáng)pD．壓強(qiáng)的倒數(shù)1(3)若該實(shí)驗(yàn)的誤差僅由注射器與傳感器之間細(xì)管中的氣體體積V0導(dǎo)致的，由圖(b)可得V0大小為________mL(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)．考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例4[2023·山東卷]利用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置可探究等溫條件下氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系．將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺(tái)上，注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的空氣，下端通過塑料管與壓強(qiáng)傳感器相連．活塞上端固定一托盤，托盤中放入砝碼，待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄氣體壓強(qiáng)p和體積V(等于注射器示數(shù)V0與塑料管容積ΔV之和)，逐次增加砝碼質(zhì)量，采集多組數(shù)據(jù)并作出擬合曲線如圖乙所示．回答以下問題：(1)在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，圖乙中的擬合曲線為一條過原點(diǎn)的直線，說明在等溫情況下，一定質(zhì)量的氣體________．A．p與V成正比B．p與1V(2)若氣體被壓縮到V＝10.0mL，由圖乙可讀出封閉氣體壓強(qiáng)為________Pa(保留3位有效數(shù)字)．(3)某組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時(shí)漏掉了ΔV，則在計(jì)算pV乘積時(shí)，他的計(jì)算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計(jì)算結(jié)果之差的絕對(duì)值會(huì)隨p的增大而________(填“增大”或“減小”)．例5[2024·河北秦皇島考試]某實(shí)驗(yàn)小組用圖甲所示裝置探究氣體等溫變化規(guī)律．(1)實(shí)驗(yàn)前他們先討論了實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，下列說法中正確的是________．A．實(shí)驗(yàn)前給注射器柱塞涂潤(rùn)滑油是為了提高裝置的氣密性，防止漏氣B．實(shí)驗(yàn)前給注射器柱塞涂潤(rùn)滑油是為了減小柱塞與注射器間的摩擦力，減小壓強(qiáng)測(cè)量誤差C．為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，實(shí)驗(yàn)時(shí)推拉注射器柱塞的動(dòng)作要快D．為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，實(shí)驗(yàn)時(shí)不可用手握注射器(2)由注射器刻度讀出空氣柱的長(zhǎng)度，并記錄對(duì)應(yīng)壓強(qiáng)傳感器的示數(shù)．通過推拉注射器的柱塞，得到多組空氣柱長(zhǎng)度L和對(duì)應(yīng)的氣體壓強(qiáng)p，以氣體壓強(qiáng)p為縱軸，空氣柱長(zhǎng)度L為橫軸，將得到的數(shù)據(jù)描點(diǎn)、連線，得到如圖乙所示的圖像，由此圖像可得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論為______________________________，由于圖像是曲線，不好定量分析氣體的壓強(qiáng)和體積的關(guān)系，有同學(xué)提出以氣體壓強(qiáng)p為縱軸，________(空氣柱長(zhǎng)度L的相關(guān)函數(shù))為橫軸，若得到一條過原點(diǎn)的直線，則表明在溫度不變的情況下氣體的壓強(qiáng)與體積成反比．(3)他們對(duì)相同的封閉氣體在兩種不同溫度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到了如圖丙所示的兩條圖線a、b，當(dāng)壓強(qiáng)都為p1時(shí)，橫軸坐標(biāo)分別為x1＝0.091m－1、x2＝0.100m－1，其中a圖像對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)溫度為7℃，T＝t＋273(K)，請(qǐng)你由氣體實(shí)驗(yàn)定律推斷b圖像對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)溫度應(yīng)該為________℃(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)．實(shí)驗(yàn)十九探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系關(guān)鍵能力·分層突破考點(diǎn)一例1解析：(1)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)錯(cuò)誤的步驟是④，為避免溫度變化，應(yīng)該糾正為把柱塞緩慢地向下壓或向上拉．(2)根據(jù)繪制的p-V圖線，不能直觀判斷空氣柱的壓強(qiáng)與體積成反比，理由是p-V圖線是曲線，只能猜想p與V成反比，需要轉(zhuǎn)化為直線進(jìn)一步檢驗(yàn)．答案：(1)④把柱塞緩慢地向下壓或向上拉(2)不能p-V圖線是曲線，只能猜想p與V成反比，需要轉(zhuǎn)化為直線進(jìn)一步檢驗(yàn)例2解析：(1)由于注射器的橫截面積相等，所以在此實(shí)驗(yàn)中可用長(zhǎng)度代替體積，故不需要測(cè)空氣柱的橫截面積．(2)柱塞上涂油，既減小摩擦，又防止漏氣，故A正確；若急速推拉活塞，則有可能造成漏氣和不滿足等溫條件，所以應(yīng)緩慢推拉活塞，故B正確；手握注射器會(huì)造成溫度變化，故C錯(cuò)誤；壓強(qiáng)由壓力表測(cè)量，不是由豎直的平衡條件計(jì)算，所以不需要豎直放置，故D錯(cuò)誤．(3)由pVT＝C，可得p＝CT·1V，則p-1V圖像的斜率為k＝CT，又因pV＝CT，且p與答案：(1)不需要(2)AB(3)②漏氣例3解析：(1)在注射器柱塞上涂上潤(rùn)滑油，其主要目的是防止漏氣，使被封閉氣體的質(zhì)量不發(fā)生變化．(2)理想氣體發(fā)生等溫變化時(shí)遵循玻意耳定律pV＝C，故V＝C1p，則V-1(3)圖(b)所示的V-1p圖線不過原點(diǎn)，就是由于計(jì)算體積時(shí)沒考慮注射器與傳感器之間細(xì)管中的氣體體積，即縱截距大小即為V0，由圖像可知V0答案：(1)防止漏氣(2)D(3)1考點(diǎn)二例4解析：(1)在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，圖乙中的擬合曲線為一條過原點(diǎn)的直線，說明在等溫情況下，一定質(zhì)量的氣體，p與1V(2)若氣體被壓縮到V＝10.0mL，則有1V＝110.0mL－1＝100×10－3由圖乙可讀出封閉氣體壓強(qiáng)為p＝2.04×105Pa.(3)某組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時(shí)漏掉了ΔV，則在計(jì)算pV乘積時(shí)，根據(jù)p(V0＋ΔV)－pV0＝pΔV可知他的計(jì)算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計(jì)算結(jié)果之差的絕對(duì)值會(huì)隨p的增大而增大．答案：(1)B(2)2.04×105(3)增大例5解析：(1)實(shí)驗(yàn)前給注射器柱塞涂潤(rùn)滑油是為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，保證封閉氣體質(zhì)量不變，而不是為了減小柱塞與注射器之間的摩擦力，因?yàn)闅怏w的壓強(qiáng)由壓強(qiáng)傳感器直接測(cè)得，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；為了防止封閉氣體的溫度變化影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，要緩慢推拉柱塞，并且不能用手握注射器，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確．(2)由題圖乙可以得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：空氣柱體積越