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实验课18探究等温条件下一定质量气体压强与体积的关系-2-一、实验目的探究在温度不变的情况下,一定质量的理想气体,压强与体积的关系。二、实验器材玻璃管、软管、水。三、实验原理在温度不变的条件下,气体压强增大时,体积减小;气体压强减小时,体积增大。-3-四、实验操作(1)实验装置如图。U形管两端是玻璃管,中间是软管。右边玻璃管上端开口,与大气相通,左边玻璃管的上端是封闭的,其内部用红色水柱封闭着一段空气,这段空气柱就是我们研究的对象,也就是我们所说的“系统”。实验过程中,它的质量不会变化。(2)实验时管中的气体可以很好地透过玻璃管与外界发生热交换,使管中气体的温度不发生明显的变化。(3)如图甲,所U形管的左管放在桌面,右管放在地面。(4)如图乙,把U形管的左管放在地面,右管放在桌面。(5)重复调节U形管左右两边,使两管的液面在不同的高度,得到多组压强与体积的数据。-4--5-五、实验数据(1)在实验操作(3)中,如图甲读出空气柱的长度l1,空气柱的体积即为l1S(S为空气柱的横截面积)。读出U形管左右水面高度差h1,再考虑到大气压p0,可以得知此时管内的空气的压强p1。(2)在实验操作(4)中,如图乙读出空气柱的长度l2,则空气柱的体积即为l2S。读出U形管左右水面高度差h2,根据大气压p0,可以得知此时管内的空气的压强p2。(3)再调节U形管的左右两边,使它们处于几种不同的相对高度,获得空气柱体积和压强的多组数据。-6-六、数据处理(1)对甲图管内空气柱压强p1=p0-ρgh1,体积V1=l1S。(2)对乙图管内空气柱压强p2=p0+ρgh2,体积V2=l2S。(3)按上述方法处理数据得到多组p与V的数据。(4)以压强p为纵坐标,以体积的倒数为横坐标,把以上各组数据在坐标系中描点。如果图像中的各点位于过原点的同一条直线上,如图丙所示,就说明压强跟体积的倒数成正比,即压强与体积成反比。如果不在同一直线上,我们再尝试其他关系。1V丙-7-(5)如果把实验数据输入计算机,借用软件可以在短时间内进行多种尝试,很快获得对应的图像,如图丁所示,便可得知p与V的关系。丁-8-七、实验结论在温度不变的条件下,一定质量的理想气体,气体压强与体积成反比。八、注意事项(1)适用条件是温度保持不变,所以操作要缓慢,才能保证温度不变。(2)要等到示数稳定之后,再去读数。(3)研究对象为一定质量的气体,防止漏气。九、误差分析(1)气体并不是严格意义上的理想气体。(2)两个状态的温度不能保证完全一致。-9-考向1考向2考向3实验原理及数据处理例1在探究气体等温变化的规律实验中,封闭的空气如图所示,U形管粗细均匀,右端开口,已知外界大气压相当于76cm高水银柱产生的压强,图中给出了气体的两个不同的状态。-10-考向1考向2考向3(1)乙图左端封密的气体压强相当于cm高水银柱产生的压强。(2)实验时,某同学认为管子的横截面积S可不用测量,这一观点正确吗?答:(选填“正确”或“错误”)。(3)数据测量完后在用图像法处理数据时,某同学以压强p为纵坐标,以体积V(或空气柱长度)为横坐标来作图,你认为他这样做能方便地看出p与V间的关系吗?(选填“能”或“不能”)。-11-考向1考向2考向3解析(1)由连通器原理可知,乙图中气体压强为p0+ρ水银gh=80cm·ρ水银g。(2)由玻意耳定律有p1V1=p2V2,即p1l1S=p2l2S,即p2l1=p2l2(l1、l2为空气柱长度),所以玻璃管的横截面积可不用测量。(3)以p为纵坐标,以V为横坐标,作出p-V图是一条曲线,但曲线未必表示反比关系,所以应再作出图,看是否是过原点的直线,才能最终确定p与V是否成反比。答案(1)80(2)正确(3)不能p-1𝑉-12-考向1考向2考向3注意事项及误差分析例2(2018·上海宝山区一模)图甲为研究一定质量的气体在温度不变的情况下,压强与体积的关系实验装置:甲乙丙-13-考向1考向2考向3(1)图甲中直接与注射器相连的方框所代表的实验器材是。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)由注射器的满刻度处开始推动活塞,记录刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p,用图像处理实验数据,得出图乙所示的图线,如果实验操作规范正确,那么V0代表。(3)某同学实验时缓慢推动活塞,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。若该同学用软管脱落前测得的实验数据在图丙中画出了图线,则在图丙中大致画出可能的、符合软管脱落后测得的实验数据的那部分图线。V-1pV-1pV-1p-14-考向1考向2考向3解析(1)为了通过计算机利用数据采集器,方框所代表的实验器材是压强传感器,计算机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。这样能保证装置与外界温度一样。(2)体积读数比实际值大V0。根据p(V+V0)=C,C为定值,则V=𝐶𝑝-V0。如果实验操作规范正确,但如图所示的V-1𝑝图线不过原点,则V0代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积。(3)根据pV=C可知V=𝐶𝑝,当质量不变时V与1𝑝成正比,当质量发生改变后(质量变大),V与1𝑝还是成正比,但此时的斜率发生变化,即斜率比原来大,故画出脱落后测得的实验数据的那部分V-1𝑝图线,如图所示。-15-考向1考向2考向3答案(1)压强传感器移动活塞要缓慢不能用手握住注射器的封闭气体部分(2)注射器与压强传感器连接部分气体的体积(3)见解析图-16-考向1考向2考向3实验拓展创新——实际应用例3为了测量某不规则小物体的体积,一位同学进行了如下实验:甲乙-17-考向1考向2考向3①将不规则物体装入注射器内。②将注射器和压强传感器相连,然后推动活塞至某一位置,记录活塞所在位置的刻度V,压强传感器自动记录此时气体的压强p。③重复上述步骤,分别记录活塞在其他位置的刻度V和记录相应的气体的压强p。④根据记录的数据,作出图线,推测出不规则物体体积。(1)根据图线,可求得不规则物体的体积约为mL。(2)如果在上述实验过程中,由于注射器内气体的温度升高,那么,所测不规则物体体积值(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。(3)为提高实验的准确性,操作过程中要注意的事项有。1p-V-18-考向1考向2考向3解析(1)实验测得的体积实际上是不规则物体体积与气体体积之和,对于被封闭的气体,根据理想气体状态方程可知𝑝𝑉气𝑇=C,得1𝑝=𝑉气𝑇𝐶。当T保持不变,1𝑝趋向于0时,则气体体积趋向于0,从1𝑝-V图像知,横轴截距表示不规则物体的体积为5.5mL。(2)当气体温度升高,气体的体积趋于膨胀,更难被压缩,所作的1𝑝-V图线与横轴的交点将向右平移,所测不规则物体体积偏大。(3)由图像可知,V与p成反比,只有一定质量的气体温度保持不变时,体积与压强成正比,所以完成本实验的基本要求是质量和温度不变。答案(1)5.5(2)偏大(3)封闭气体的质量和温度不变