高考物理一轮复习第12章热学实验14探究气体等温变化的规律学案docWord格式文档下载.docx
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考点细研悟法培优
考点1 实验原理与实验操作
例1 (多选)“探究气体等温变化的规律”的实验装置如图所示,下列说法正确的是( )
A.实验过程中应保持被封闭气体的质量和温度不发生变化
B.实验中为找到体积与压强的关系,一定要测量空气柱的横截面积
C.为了减小实验误差,可以在柱塞上涂润滑油,以减小摩擦
D.处理数据时采用p
图象,是因为p
图象比pV图象更直观
尝试解答 选AD。
本实验采用的方法是控制变量法,所以要保持被封闭气体的质量和温度不变,A正确;
由于注射器的横截面积不变,所以只需测出空气柱的长度即可,B错误;
涂润滑油的主要目的是防止漏气,使被封闭气体的质量不发生变化,而不是为了减小摩擦,C错误;
p与V成反比,p
图象是一条过原点的直线,而pV图象是双曲线的一支,所以p
图象比pV图象更直观,D正确。
[变式1] 为了探究气体压强与体积的关系,实验装置如图所示。
注射器下端的开口有橡胶套,它和柱塞一起把一段空气柱封闭在玻璃管中。
实验中空气柱体积变化缓慢,可认为________保持不变。
空气柱的压强p可以从仪器上方的指针读出,空气柱的长度L可以在玻璃管侧的刻度尺上读出,若空气柱的横截面积为S,则空气柱的体积V=________。
为了直观地判断压强p与体积V的数量关系,应作出________
图象。
答案 温度 SL p
解析 实验中空气柱体积变化缓慢,可认为温度保持不变。
若空气柱的横截面积为S,则空气柱的体积V=SL。
因pV=C,则为了直观地判断压强p与体积V的数量关系,应作出p
图象,这样得到的图象为直线。
考点2 数据处理与误差分析
例2 在利用特制的注射器做“探究气体等温变化的规律”实验中,某小组同学通过压力连杆上拉或下压活塞得到了a、b、c、d四组实验数据。
如图甲是压力表记录b组数据时的状态。
通过记录对应的四个封闭气柱的长度值L(单位:
cm)算出体积,已知封闭气柱的截面积S=2cm2,且V=LS,若测c组数据时,读出空气柱的长度为2.0cm。
(1)完善下表记录;
次数
a
b
c
d
压强p(×
105Pa)
0.8
1.6
1.9
体积V(cm3)
8
6.4
3.4
体积倒数
(cm-3)
0.125
0.156
0.294
(2)根据上表数据在如图乙所示坐标系中作p
由图象可得实验结论:
质量一定的某种气体,__________________________________。
尝试解答
(1)1.0__4.0__0.250
(2)如图所示__在温度不变的情况下,压强p与体积V成反比
(1)由图甲可读得b组数据对应的气体压强为1.0×
105Pa;
由题设可知,c组数据中气柱体积为Vc=SLc=2×
2.0cm3=4.0cm3,故
=0.250cm-3。
(2)由表中数据描点,用一条平滑的线连接,使尽可能多的点落在线上,不能落在线上的点均匀分布在线的两侧,离线较远的点可以舍去,如答案图所示。
可看出,质量一定的某种气体,在温度不变的情况下,压强p与体积的倒数
成正比,即压强p与体积V成反比。
[变式2] 如图甲所示,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把注射器活塞推至注射器中间某一位置,将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接;
②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;
③重复上述步骤②,多次测量;
④根据记录的数据,作出V
图线,如图乙所示。
(1)完成本实验的基本要求是________(填正确答案标号)。
A.在等温条件下操作
B.封闭气体的注射器密封良好
C.必须弄清所封闭气体的质量
D.气体的压强和体积必须用国际单位
(2)理论上由V
图线分析可知,如果该图线____________,就说明气体的体积跟压强的倒数成正比,即体积与压强成反比。
(3)若实验操作规范、正确,则图线不过原点的原因可能是____________,图乙中V0代表____________。
答案
(1)AB
(2)为过坐标原点的直线
(3)传感器与注射器间有气体 传感器与注射器间气体的体积
解析
(1)完成本实验的基本要求是:
此实验必须在等温条件下操作,A正确;
封闭气体的注射器必须密封良好,否则注射器漏气的话,会出现误差,B正确;
实验中不是必须弄清所封闭气体的质量,只要保证气体的质量不变即可,C错误;
气体的压强和体积不是必须用国际单位,D错误。
(2)理论上如果V
图象是过原点的直线,就说明气体的体积跟压强的倒数成正比,即体积与压强成反比。
(3)若实验操作规范、正确,图线不过原点,即V=0时,p≠0,原因可能是传感器与注射器间有气体。
设这部分气体的体积为V′,则有p(V′+V)=C,整理得V=C·
-V′,与图乙比较可知V′=V0,即图乙中V0代表传感器与注射器间气体的体积。
高考模拟随堂集训
1.(2019·
上海普陀区高三下学期期中调研)如图,用一个带两根细管的橡皮塞塞紧烧瓶的瓶口,压强传感器通过其中一根不带阀门的细管连通烧瓶中的空气,另一根带阀门的细管连通注射器。
开始时阀门处于关闭状态,注射器针筒的最大刻度线到阀门之间充满了水。
现利用该装置进行验证玻意耳定律的实验。
依图示连接好实验器材,运行DIS软件进入实验界面,点击“开始记录”后:
①打开阀门,推注射器活塞向烧瓶内注入适量的水,关闭阀门;
②记录气体的压强p,并在表格中记录注入的水的体积V;
③保持烧瓶中气体的温度不变,重复实验得到多组实验数据,点击“停止记录”。
(1)实验中通过__________________测得注入烧瓶中的水的体积;
(2)为验证玻意耳定律,采用图象法处理实验数据时,应选择( )
A.pV图象B.p
图象
C.V
图象D.
(3)根据上述实验数据的图象可以测得________;
上述实验中存在着可能影响实验精确度的主要因素有____________________________________(写出一条即可)。
答案
(1)注射器针筒上的刻度
(2)C
(3)烧瓶的容积 烧瓶密封不严有漏气
解析
(1)因为注射器上有刻度,所以通过注射器上的刻度测得注入烧瓶中的水的体积。
(2)设烧瓶的体积为V0,由玻意耳定律可得p(V0-V)=C,化简可得V=-
C+V0,
由此可以看出应该作V
(3)由V=-
C+V0可知,此图象的延长线与V轴的交点就是烧瓶的容积V0,所以由图象可以求出烧瓶的容积。
影响实验精确度的因素有:
烧瓶密封不严有漏气,或烧瓶中气体温度有变化,或压力传感器测量不准确。
2.(2019·
山东德州乐陵市第一中学高三专题练习)用DIS研究一定质量气体在温度不变时,压强与体积关系的实验装置如图a。
(1)实验中,不能用手握住注射器封闭气体部分,是为了保持__________________________________________;
(2)移动活塞,输入气体体积V,同时计算机记录对应的气体压强值p,实验数据如下表所示:
实验次序
1
2
3
4
5
6
p(105Pa)
1.545
1.308
1.133
1.000
0.895
0.810
V(mL)
10
12
14
16
18
20
(×
10-5Pa-1)
0.647
0.765
0.883
1.117
1.235
pV(×
105Pa·
mL)
15.450
15.696
15.862
16.000
16.110
16.200
观察发现pV(×
mL)一栏中的数值越来越大,为了研究造成这一现象的可能原因,在图b中画出V
图象;
(3)如果实验操作规范正确,从图象中可以判断表格中哪一栏数据记录有误,并说明如何修正:
____________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
答案
(1)封闭气体的温度不变
(2)图见解析 (3)气体体积数据记录有误,输入气体体积时应加上注射器与压强传感器连接部位的气体体积,数值为1mL
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)如图所示:
(3)由图b可知V=0时,p>0,则气体体积数据记录有误,输入气体体积时应加上注射器与压强传感器连接部位的气体体积。
设图b中图线斜率为C,纵截距为-V0,则V=C·
-V0,整理得p(V+V0)=C,可见V0即注射器与压强传感器连接部位的气体体积,数值为1mL(0.8~1.2mL)。
3.(2019·
山东德州乐陵市第一中学高三专题练习节选)如图甲所示是一种研究气球的体积和压强的变化规律的装置。
将气球、压强传感器和大型注射器用T形管连通。
初始时认为气球内无空气,注射器内气体体积为V0,压强为p0。
T形管与传感器内的少量气体体积可忽略不计。
缓慢推动注射器活塞,保持温度不变,装置密封良好。
(1)该装置可用于验证________定律。
(填写气体实验定律名称)
(2)将注射器内气体部分推入气球,读出此时注射器内剩余气体的体积为
V0,压强传感器读数为p1,则此时气球体积为________。
(3)继续推动活塞,多次记录注射器内剩余气体的体积及对应的压强,计算出对应的气球体积,得到如图乙所示的“气球体积和压强”关系图。
根据该图象估算:
若初始时注射器内仅有体积为0.5V0、压强为p0的气体,当气体全部压入气球后,气球内气体的压强将变为________p0。
(保留三位小数)
答案
(1)玻意耳
(2)
-
(3)1.027
解析
(1)由于缓慢推动注射器活塞,气体温度近似不变,可探究气体的压强随体积的变化情况,所以该装置可用于验证玻意耳定律。
(2)将注射器内气体部分推入气球,压强传感器读数为p1,根据玻意耳定律得:
p1V1=p0V0,所以V1=
,读出此时注射器内剩余气体的体积为
V0,所以此时气球体积为V1-
V0=
。
(3)由题可知,若初始时注射器内仅有体积为0.5V0、压强为p0的气体,气体全部压入气球后气球的压强等于将初始时注射器内体积为V0、压强为p0的气体的一半压入气球时气球的压强,结合题中图乙可知,气球内气体的体积为0.5V0时,压强约为1.027p0,故将初始时注射器内体积为0.5V0、压强为p0的气体全部压入气球后,气球内气体的压强将变为约1.027p0。
4.(2019·
上海长宁区高三质量检测)“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,实验装置如图。
(1)保持温度不变,封闭气体的压强p用______________测量,其体积V由______________读出。
(2)小红按实验步骤开始实验,但最后得到p和V的乘积随着p的增大而逐渐增大。
①由此可推断,她的实验结果可能为图________。
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
③根据②的回答,可采取的改正措施是____________________。
(写出一种即可)
答案
(1)压强传感器 注射器刻度
(2)①a ②C ③手不要握住针筒(或压强传感器稳定后读数;
缓慢推动针筒等合理即可)
解析
(1)根据实验原理,结合实验设计,在保持温度不变时,用压强传感器测量气体的压强,记作p;
用注射器刻度来读出气体的体积,记作V。
(2)①由于“最后得到p和V的乘积随着p的增大而逐渐增大”,因此在V
图象中,图线上的点与原点连线的斜率k=pV随着
的增大而逐渐增大,该同学的实验结果可能为图a。
②注射器有异物不会影响图线的斜率k,故A错误;
连接软管中存在气体可以视为被封闭的气体总体积较大,不会影响斜率,故B错误;
注射器内气体温度升高,由理想气体的状态方程可知
=C,当T增大时,pV会增大,故C正确,D错误。
③由②分析可知,不能使注射器内气体温度升高,所以应采取的措施有:
手不要握住针筒,压强传感器稳定后读数,缓慢推动针筒等。
5.(2019·
上海虹口区高三下学期等级考试)运用玻意耳定律可以测量小晶体的体积,装置示意图和测量数据如图,实验步骤如下:
测量次数物理量
p/105Pa
0.77
1.00
1.33
V/10-5m3
1.20
0.85
Ⅰ.取适量小晶体,装入注射器内;
Ⅱ.缓慢推动活塞至某一位置,记录活塞所在位置的容积刻度V1,通过压强传感器、数据采集器从计算机上读取此时气体的压强p1;
Ⅲ.重复步骤Ⅱ,记录活塞在另一位置的容积刻度V2,读取相应的气体的压强p2;
Ⅳ.再重复步骤Ⅱ,处理记录的3组数据,得到小晶体的体积。
(1)实验中缓慢推动活塞,是为了保持________不变;
(2)为了减小实验误差,采用作直线图线的方法来处理实验数据,如下方格图的纵坐标应标明的物理量是________,横坐标则应标明________;
(3)如果图线的斜率用C表示,则注射器内小晶体的体积V0与容积刻度V、气体的压强p的关系表达式为:
V0=________;
(4)采用作图法处理实验数据,则本次数据的不足之处是________。
答案
(1)温度
(2)V
(3)V-
(4)测量次数较少
解析
(1)由于运用玻意耳定律测量小晶体的体积,所以注射器中的气体发生的须是等温变化,实验中缓慢推动活塞,是为了保持温度不变。
(2)小晶体的体积为V0,根据玻意耳定律有:
p(V-V0)=C,为了减小实验误差,采用作直线图线的方法来处理实验数据,将上式可化为线性方程:
V=C·
+V0,故应作V
图象,方格图的纵坐标应标明的物理量是V,横坐标则应标明
(3)由V=C·
+V0,
解得:
V0=V-
(4)采用作图法处理实验数据应当获取多组数据,而本次实验数据为3组,所以本次数据的不足之处是实验数据测量次数较少。
6.(2019·
陕西西安西航一中高三入学检测)利用下图“验证玻意耳定律”的实验装置来验证查理定律。
(1)为了完成这个实验,除了图中给出的器材外,还需要气压计、托盘天平、热水、凉水和________。
(2)必须进行的实验步骤有:
①用托盘天平称出活塞和框架的质量M,用气压计读出实验室中的大气压强p0。
按图安装器材,在框架两侧挂上钩码,使注射器的下半部分位于烧杯之中。
往烧杯中加入适量的凉水,使注射器内的空气柱位于水面之下。
过几分钟后,记下钩码的质量和活塞下表面的位置。
同时__________________________。
②在烧杯中加些热水,过几分钟后在框架两侧加挂适当质量的钩码,使____________________,记下钩码的质量。
同时__________________。
③把步骤②重复4次。
(3)可用作图法来验证查理定律是否成立,该图线的横坐标所代表的物理量及其单位是________________,纵坐标所代表的物理量及其单位是________________。
答案
(1)温度计
(2)①用温度计测出水温 ②气体体积不变 测出水温
(3)气体温度,开尔文 气体压强,帕斯卡
解析
(1)实验需要在不同的温度下验证,所以还需要温度计。
(2)①实验需要在不同的温度下验证,所以同时需要用温度计测出水温。
②实验要验证在一定的体积时
=C,所以需要保持气体体积不变,同时测出水温。
(3)根据实验原理,应作出pT图象,即横坐标所代表的物理量及其单位是气体温度和开尔文,纵坐标所代表的物理量及其单位是气体压强和帕斯卡。