15.6实验探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系（讲）（原卷版）

第十五章热学实验探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系1.实验器材：注射器、橡胶套、压力表等（如图所示）。2.实验数据的获取空气柱的压强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pV图像中呈现为双曲线的一支，如图甲所示。处理实验数据时，要通过变换，即画p图像，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。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pV图线是双曲线的一支，但不同温度下的图线是不同的。如图是一定质量的气体分别在T1、T2温度下等温变化的pV图线，其中温度较高的是T2。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。考点一教材原型实验典例精析变式巩固【例题1】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.用橡胶塞密封注射器的下端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____。A.B.C.D.变式题】2.用图甲所示装置探究气体等温变化的规律。（1）实验中，为找到体积与压强的关系，____（选填“需要”或“不需要”）测空气柱的横截面积；（2）关于该实验操作，下列说法正确的有_________；A．柱塞上应该涂油B.应缓慢推拉柱塞C.用手握注射器推拉柱塞D.注射器必须固定竖直平面内（3）测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，以p为纵坐标，为横坐标。在坐标系中描点作图；小明所在的小组不断压缩气体，由测得数据发现p与V的乘积值越来越小，则用上述方法作出的图像应为图乙中的________（选填“①”或“②”），造成该现象的原因可能是____________。【变式题2】3.如图所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，操作步骤如下：①在注射器内用活塞封闭一定质量的气体，将注射器、压强传感器、数据采集器和计算机逐一连接起来；②缓慢移动活塞至某一位置，待示数稳定后记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算机显示的气体压强值p1；③重复上述步骤②，多次测量并记录；④根据记录的数据，作出相应图象，分析得出结论。(1)在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的__________和__________。(2)根据记录的实验数据，做出了如图所示的pV图。对图线进行分析，如果在误差允许范围内，p1、p2、V1、V2之间满足关系式__________，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。图线在V1、V2之间所围的面积的物理意义表示__________。(3)在不同温度环境下，另一位同学重复了上述实验，实验操作和数据处理均正确。环境温度分别为T1、T2，且T1>T2。在如图所示的四幅图中，可能正确反映相关物理量之间关系的是______（选填选项前的字母）。(4)在相同温度环境下，不同小组的同学均按正确的实验操作和数据处理的方法完成了实验，并在相同坐标标度的情况下画出了压强与体积的关系图线，如图所示。对于两组的图线并不相同的结果，他们请教了老师，老师的解释是由于他们选取的气体质量不同。若4个小组所选择的研究对象的质量分别是m1、m2、m3和m4，则由图可知它们的大小关系是m1_____m2，m3_____m4（选填“大于”或“小于”）。考点二探索创新实验典例精析变式巩固例题】4.某同学通过图甲所示的实验装置，利用玻意耳定律来测定一颗形状不规则的石子的体积。实验步骤：①将石块装进注射器，插入活塞，再将注射器通过软管与传感器连接；②移动活塞，通过活塞所在的刻度读取了多组气体体积，同时记录对应的传感器数据；③建立直角坐标系。（1）在实验操作中，下列说法正确的是：__________；A.图甲中，传感器为压强传感器B.在步骤①中，将注射器与传感器连接前，应把注射器活塞移至注射器最右端位置C.操作中，不可用手握住注射器封闭气体部分，是为了保持封闭气体的温度不变D若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，应立即将活塞插入注射器继续实验（2）为了在坐标系中获得直线图像，若取轴为，则轴为__________（选填“”或“”）；（3）选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到图像如图乙所示，若不考虑传感器和注射器连接处的软管容积带来的误差，则石块的体积为____________；若考虑该误差影响，测得软管容积为，则石块的体积为___________。（2023·山东·统考高考真题）5.利用图甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上，注射器内封闭一定质量的空气，下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘，托盘中放入砝码，待气体状态稳定后，记录气体压强和体积（等于注射器示数与塑料管容积之和），逐次增加砝码质量，采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。回答以下问题：（1）在实验误差允许范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况下，一定质量的气体___________。A．与成正比B．与成正比（2）若气体被压缩到，由图乙可读出封闭气体压强为___________（保留3位有效数字）。（3）某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了，则在计算乘积时，他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随的增大而___________（填“增大”或“减小”）。（2014·上海·统考高考真题）6.在“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10mL处,然后将注射器连接压强传