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2022届高考物理一轮复习 第十三章 热学 实验19 探究等温情况下一定质量的气体压强与体积的关系学案 新人教版

2022届高考物理一轮复习 第十三章 热学 实验19 探究等温情况下一定质量的气体压强与体积的关系学案 新人教版

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实验19　探究等温情况下一定质量的气体压强与体积的关系
必备知识预案自诊　

注意事项(1)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是注射器活塞上涂润滑油。
(2)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和不能用手握住注射器封闭气体部分。
关键能力学案突破　
考点一　教材原型实验
【典例1】(2020北京海淀期末)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移动活塞至某一位置,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,作出相应图像,分析得出结论。
(1)(多选)关于本实验的基本要求,下列说法中正确的是　　　　　(选填选项前的字母)。 
A.移动活塞时应缓慢一些
B.封闭气体的注射器应密封良好
C.必须测出注射器内封闭气体的质量
D.气体的压强和体积必须用国际单位
(2)为了能最直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系,应作出　　　　 选填“p-V”或“P-1V”图像。对图线进行分析,如果在误差允许范围内该图线是一条　　　　　线,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。 
(3)(多选)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　　　　　(选填选项的字母)。 

　　在探究两个成反比的物理量间的关系时,如果直接做出两个物理量的关系图像是曲线,则不能说明两个物理量成反比,这时我们可以转化成探究这个物理量与另一个物理量倒数的关系图像,如果这个物理量与另一个物理量倒数的关系图像是过原点的倾斜直线,则说明这两个物理量成反比。

考点二　实验的改进与创新
【典例2】如图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型管连通。初始时认为气球内无空气,注射器内气体体积V0,压强p0。T型管与传感器内少量气体体积可忽略不计。缓慢推动注射器,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23V0,压强传感器读数为p1,则此时气球体积为　　　　　。 

　　本实验是验证性实验,要控制实验条件,此实验要控制两个条件:一是注射器内气体的质量一定;二是气体的温度一定,运用玻意耳定律列式进行分析。

对应演练迁移应用　
1.(2020山东德州一模)用注射器和压力表来探究一定质量的气体发生等温变化时遵循的规律,实验装置如图甲所示,用活塞和注射器外筒封闭一定质量的气体,其压强可由左侧的压力表测得:

(1)实验时通过推拉活塞改变封闭气体的体积V和压强p,可得到多组关于V和p的数据。根据实验所测数据,若猜想在温度不变时V和p成反比,为了验证猜想是否正确可描点画图像,若图像的纵轴为p,则横轴应为　　　　　; 
(2)据(1)所做图像的形状若为图乙中实线所示,则造成图线形状这样弯曲的原因可能是　　　　　(选填“活塞推拉过快”或“封闭气体有泄漏”)。 
2.(2020北京通州一模)某同学利用如图甲所示传感器装置做“探究气体等温变化的规律”实验中,按如下操作步骤进行实验:
a.将注射器活塞移动到体积适中的V0位置,接上软管和压强传感器,通过DIS系统记录下此时的体积V0与压强p0;
b.用手握住注射器前端,开始缓慢推拉活塞改变气体体积;
c.读出注射器刻度表示的气体体积V,通过DIS系统记录下此时的V与压强p;
d.重复b、c两步操作,记录6组数据,作p-V图。
结合上述步骤,请你完成下列问题:

甲

乙

丙

(1)该同学对器材操作的错误是　　　　　　　　　　　　　　,因为该操作通常会影响气体的　　　　(选填“温度”“压强”或“体积”)。 
(2)我们在探究一定质量气体压强跟体积关系的实验中,一定质量气体等温变化的p-V图线如图乙所示,图线的形状为双曲线。一定质量的气体,不同温度下的等温线是不同的,如图丙所示。请判断图丙中的两条等温线的温度T1　　　　T2(选填“>”“<”“=”)。 

实验19　探究等温情况下一定
质量的气体压强与体积的关系
关键能力·学案突破
典例1答案(1)AB　(2)p-1V　过原点的倾斜直　(3)AC
解析(1)移动活塞时应缓慢一些,以保证气体的温度不变,选项A正确;封闭气体的注射器应密封良好,要保证气体的质量不变,选项B正确;必须测出注射器内封闭气体的体积,选项C错误;气体的压强和体积单位相同即可,没必要必须用国际单位,选项D错误。
(2)根据pV=C可知p=CV,则为了能最直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系,应作出p-1V图像。对图线进行分析,如果在误差允许范围内该图线是一条过原点的倾斜直线,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。
(3)在p-V图像中,若画出一条平行p轴的等容线,可看出p1>p2,由pVT=C可知T1>T2,则选项A正确;根据A的分析可知,图像B错误;由pVT=C可知,p=CT1V,则p-1V图像的斜率越大,温度越高,因T1>T2,则选项C正确,D错误。
典例2答案(1)玻意耳　(2)p0V0p1-2V03
解析(1)用DIS研究在温度不变时,气体的压强随温度的变化情况,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=p0V0p1,读出此时注射器内剩余气体的体积为23V0,所以此时气球体积为V1-23V0=p0V0p1-2V03。
对应演练·迁移应用
1.答案(1)1V　(2)封闭气体有泄漏
解析(1)由等温变化可得pV=C整理得p=1VC
则若图像的纵轴为p,则横轴应为1V
(2)由方程pV=nRT可得p=1VnRT
由图像可知,图线斜率变小,则说明封闭气体有泄漏。
2.答案(1)用手握住注射器前端　温度　(2)<
解析(1)在进行该实验时要保持被封闭气体的温度不变化,所以试验中,不能用手握住注射器前端,否则会使气体的温度发生变化。
(2)在p-V图像中,根据pVT=C,即pV=CT,离坐标原点越远的等温线温度越高,故T1<T2。