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新高考物理一轮复习讲义课件第15章 实验16 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系（含解析）
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这是一份新高考物理一轮复习讲义课件第15章 实验16 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系（含解析），共45页。PPT课件主要包含了实验十六，实验技能储备，考点一教材原型实验，考点二探索创新实验，教材原型实验，不需要，p1V1＝p2V2，探索创新实验，b＋V0，课时精练等内容，欢迎下载使用。
1.学会探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系.2.会用图像法处理实验数据.
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p－V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p－V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p－V图线，其中温度较高的是 .
5.注意事项(1)本实验应用控制变量法，探究在气体 和 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.
例1 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；
由于注射器的横截面积相等，所以在此实验中可用长度代替体积，故不需要测空气柱的横截面积.
(2)关于该实验的操作，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.用手握住注射器推拉柱塞D.注射器必须固定在竖直平面内
柱塞上涂油，既减小摩擦，又防止漏气，故A正确；若急速推拉活塞，则有可能造成漏气和不满足等温条件，所以应缓慢推拉活塞，故B正确；手握注射器会造成温度变化，故C错误；压强由压力表测量，不是由竖直的平衡条件计算，所以不需要竖直放置，故D错误.
(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，由测得的数据发现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______.
又因pV＝CT，且p与V的乘积值越来越小，则图像的斜率越来越小，图像将向下弯曲，图②是小明组所绘，造成这种情况的原因可能是漏气.
例2 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，作出相应图像，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______.
探究气体等温变化的规律，需要保持不变的量是气体的质量和温度.
(2)根据记录的实验数据，作出了如图所示的p－V图像.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.
一定质量的气体在温度保持不变时，压强与体积成反比，即压强与体积的乘积不变，如果在误差允许范围内，p1、p2、V1、V2之间满足关系式是p1V1＝p2V2.
(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).
例3 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将石子装进注射器，插入活塞，再将注射器通过软管与传感器A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V，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A为压强传感器B.在步骤①中，将注射器与传感器A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注射器，应立即将活塞插入注射器继续 实验
该气体发生等温变化，从注射器的刻度上读出体积，因此传感器A为压强传感器，A正确；在步骤①中，将注射器与传感器A连接前，应使注射器封住一定质量的气体，因此不必将活塞移至注射器最右端，B错误；
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，C正确；若实验过程中不慎将活塞拔出注射器，气体的质量发生变化，因此以上数据全部作废，应重新做实验，D错误.
(2)为了在坐标系中获得直线图像，若取y轴为V，则x轴为____(选填“ ”或“p”)；
(3)选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到的图像如图乙所示，若不考虑传感器和注射器连接处的软管容积带来的误差，则石子的体积为___；若考虑该误差影响，测得软管容积为V0，则石子的体积为______.
1.某实验小组的同学利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律，注射器中密封了一定质量的气体.
(1)测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，为直观反映压强与体积之间的关系，若以p为纵坐标，则应以________________为横坐标，在坐标系中描点作图，作出的图线如图乙所示.
(2)实验过程中，下列操作正确的是____.A.改变气体体积时应快速推拉活塞B.推拉活塞时，手不能握住注射器含有气体的部分C.实验前应先利用天平测量出注射器、活塞及压力 表的总质量
若急速推拉活塞，则有可能造成漏气和等温条件的不满足，所以应缓慢推拉活塞，故A错误；推拉活塞时，手不能握住注射器含有气体的部分，若手握着含有气体的部分，会造成温度变化，故B正确；因压强由压力表测量，不是由平衡条件计算，所以实验前不需要利用天平测量出注射器、活塞及压力表的总质量，故C错误.
(3)为能更准确地测出气体的压强，某同学直接用软管连通注射器和另一压强传感器(测量压强更准确)，如图丁所示.
用(1)中方法作出的图线如图丙所示，而该图线不过原点，为减小这一实验误差，请写出一条改进建议：___________________________________________________________________________________.
选用容积较大的注射器(或实验中气体的体积不能压缩得过小或测出软管中气体的体积等)
某同学直接用软管连通注射器和另一压强传感器，用(1)中方法作出的图线如题图丙所示，该图线不过原点，显然是软管里的气体没计算，体积的测量值偏小造成
的，所以选用容积较大的注射器可改善(或实验中气体的体积不能压缩得过小或测出软管中气体的体积等).
2.某同学设计了如图甲所示的装置来探究“气体温度不变时压强随体积变化规律”的实验，注射器导热性能良好，用橡皮帽和活塞在注射器内封闭一定质量的理想气体.质量不计的细绳跨过滑轮，一端系到活塞上，调节滑轮的高度，使左侧细绳拉直时能保持水平，另一端可以挂钩码.实验时，在细绳的下端依次挂上质量相等的钩码1、2、3、…，稳定后通
过注射器的标度读出对应空气柱的体积V，并能求出对应气体的压强p.已知注射器的最大体积为Vm，刻度全长为L，大气压强为p0，每个钩码的质量为m，重力加速度为g.
(1)关于本实验的操作，下列说法正确的是______.A.为减小误差，每挂上一个钩码后，应平衡后再读 出体积B.挂钩码时，为了防止注射器脱落，应用手紧紧握 住注射器C.实验前，应在活塞上涂上润滑油，并来回拉动几次D.实验时必须测出封闭气体的温度
每挂上一个钩码，平衡后，待封闭气体的体积不再发生变化，再读出体积，可以减小误差，故A正确；
挂钩码时，不能用手紧紧握住注射器，因为手的温度会改变封闭气体的温度，使测量结果不准确，故B错误；实验前，应在活塞上涂上润滑油，并来回拉动几次，可以增加密封性，也可以减小摩擦带来的误差，故C正确；注射器不隔热，所以实验时封闭气体的温度与外界温度相同，气体做等温变化，不需要测量温度，故D错误.
(2)若在某次实验中细绳上所挂钩码个数为n，则平衡后对应气体的压强为__________(用题目中已知量表示).
(3)该同学根据测得气体的体积和对应的压强，作出了V－ 图像，如图乙所示，图线不过原点，则纵坐标b代表__________________；体积增大到一定值后，图线开始偏离直线，可能是由于气体温度_______(填“升高”或“降低”)；也可能是由于装置气密性不好导致气体质量_____(填“增大”或“减小”).
实验操作规范，图线不过原点，则b代表注射器橡皮帽内气体的体积；
公式中的C与气体质量有关，斜率变大，也可能是由于装置气密性不好导致气体质量增大.
3.运用玻意耳定律可以测量小晶体的密度，实验步骤如下：Ⅰ.取适量小晶体，用天平测出质量，然后将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和读取相应的气体的压强p2；Ⅳ.处理记录的数据，算出小晶体的密度.
(1)为了减小实验误差，现采用作直线图像的方法来处理表格中的实验数据.按此要求，方格图的纵坐标应标明的物理量是___，横坐标则应标明____，根据表格数据在方格图中画出相应图线；
(2)如果图线的斜率用k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＝_______；
注射器中的气体发生的是等温变化，根据玻意耳定律pV＝C，可知气体体积趋向于0时，p趋向于无穷大.从图像知，纵轴截距表示小晶体的体积，
1.学会探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系.2.会用图像法处理实验数据.
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p－V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p－V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p－V图线，其中温度较高的是 .
5.注意事项(1)本实验应用控制变量法，探究在气体 和 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.
例1 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；
由于注射器的横截面积相等，所以在此实验中可用长度代替体积，故不需要测空气柱的横截面积.
(2)关于该实验的操作，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.用手握住注射器推拉柱塞D.注射器必须固定在竖直平面内
柱塞上涂油，既减小摩擦，又防止漏气，故A正确；若急速推拉活塞，则有可能造成漏气和不满足等温条件，所以应缓慢推拉活塞，故B正确；手握注射器会造成温度变化，故C错误；压强由压力表测量，不是由竖直的平衡条件计算，所以不需要竖直放置，故D错误.
(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，由测得的数据发现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______.
又因pV＝CT，且p与V的乘积值越来越小，则图像的斜率越来越小，图像将向下弯曲，图②是小明组所绘，造成这种情况的原因可能是漏气.
例2 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，作出相应图像，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______.
探究气体等温变化的规律，需要保持不变的量是气体的质量和温度.
(2)根据记录的实验数据，作出了如图所示的p－V图像.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.
一定质量的气体在温度保持不变时，压强与体积成反比，即压强与体积的乘积不变，如果在误差允许范围内，p1、p2、V1、V2之间满足关系式是p1V1＝p2V2.
(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).
例3 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将石子装进注射器，插入活塞，再将注射器通过软管与传感器A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V，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A为压强传感器B.在步骤①中，将注射器与传感器A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注射器，应立即将活塞插入注射器继续 实验
该气体发生等温变化，从注射器的刻度上读出体积，因此传感器A为压强传感器，A正确；在步骤①中，将注射器与传感器A连接前，应使注射器封住一定质量的气体，因此不必将活塞移至注射器最右端，B错误；
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，C正确；若实验过程中不慎将活塞拔出注射器，气体的质量发生变化，因此以上数据全部作废，应重新做实验，D错误.
(2)为了在坐标系中获得直线图像，若取y轴为V，则x轴为____(选填“ ”或“p”)；
(3)选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到的图像如图乙所示，若不考虑传感器和注射器连接处的软管容积带来的误差，则石子的体积为___；若考虑该误差影响，测得软管容积为V0，则石子的体积为______.
1.某实验小组的同学利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律，注射器中密封了一定质量的气体.
(1)测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，为直观反映压强与体积之间的关系，若以p为纵坐标，则应以________________为横坐标，在坐标系中描点作图，作出的图线如图乙所示.
(2)实验过程中，下列操作正确的是____.A.改变气体体积时应快速推拉活塞B.推拉活塞时，手不能握住注射器含有气体的部分C.实验前应先利用天平测量出注射器、活塞及压力 表的总质量
若急速推拉活塞，则有可能造成漏气和等温条件的不满足，所以应缓慢推拉活塞，故A错误；推拉活塞时，手不能握住注射器含有气体的部分，若手握着含有气体的部分，会造成温度变化，故B正确；因压强由压力表测量，不是由平衡条件计算，所以实验前不需要利用天平测量出注射器、活塞及压力表的总质量，故C错误.
(3)为能更准确地测出气体的压强，某同学直接用软管连通注射器和另一压强传感器(测量压强更准确)，如图丁所示.
用(1)中方法作出的图线如图丙所示，而该图线不过原点，为减小这一实验误差，请写出一条改进建议：___________________________________________________________________________________.
选用容积较大的注射器(或实验中气体的体积不能压缩得过小或测出软管中气体的体积等)
某同学直接用软管连通注射器和另一压强传感器，用(1)中方法作出的图线如题图丙所示，该图线不过原点，显然是软管里的气体没计算，体积的测量值偏小造成
的，所以选用容积较大的注射器可改善(或实验中气体的体积不能压缩得过小或测出软管中气体的体积等).
2.某同学设计了如图甲所示的装置来探究“气体温度不变时压强随体积变化规律”的实验，注射器导热性能良好，用橡皮帽和活塞在注射器内封闭一定质量的理想气体.质量不计的细绳跨过滑轮，一端系到活塞上，调节滑轮的高度，使左侧细绳拉直时能保持水平，另一端可以挂钩码.实验时，在细绳的下端依次挂上质量相等的钩码1、2、3、…，稳定后通
过注射器的标度读出对应空气柱的体积V，并能求出对应气体的压强p.已知注射器的最大体积为Vm，刻度全长为L，大气压强为p0，每个钩码的质量为m，重力加速度为g.
(1)关于本实验的操作，下列说法正确的是______.A.为减小误差，每挂上一个钩码后，应平衡后再读 出体积B.挂钩码时，为了防止注射器脱落，应用手紧紧握 住注射器C.实验前，应在活塞上涂上润滑油，并来回拉动几次D.实验时必须测出封闭气体的温度
每挂上一个钩码，平衡后，待封闭气体的体积不再发生变化，再读出体积，可以减小误差，故A正确；
挂钩码时，不能用手紧紧握住注射器，因为手的温度会改变封闭气体的温度，使测量结果不准确，故B错误；实验前，应在活塞上涂上润滑油，并来回拉动几次，可以增加密封性，也可以减小摩擦带来的误差，故C正确；注射器不隔热，所以实验时封闭气体的温度与外界温度相同，气体做等温变化，不需要测量温度，故D错误.
(2)若在某次实验中细绳上所挂钩码个数为n，则平衡后对应气体的压强为__________(用题目中已知量表示).
(3)该同学根据测得气体的体积和对应的压强，作出了V－ 图像，如图乙所示，图线不过原点，则纵坐标b代表__________________；体积增大到一定值后，图线开始偏离直线，可能是由于气体温度_______(填“升高”或“降低”)；也可能是由于装置气密性不好导致气体质量_____(填“增大”或“减小”).
实验操作规范，图线不过原点，则b代表注射器橡皮帽内气体的体积；
公式中的C与气体质量有关，斜率变大，也可能是由于装置气密性不好导致气体质量增大.
3.运用玻意耳定律可以测量小晶体的密度，实验步骤如下：Ⅰ.取适量小晶体，用天平测出质量，然后将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和读取相应的气体的压强p2；Ⅳ.处理记录的数据，算出小晶体的密度.
(1)为了减小实验误差，现采用作直线图像的方法来处理表格中的实验数据.按此要求，方格图的纵坐标应标明的物理量是___，横坐标则应标明____，根据表格数据在方格图中画出相应图线；
(2)如果图线的斜率用k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＝_______；
注射器中的气体发生的是等温变化，根据玻意耳定律pV＝C，可知气体体积趋向于0时，p趋向于无穷大.从图像知，纵轴截距表示小晶体的体积，
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