實驗知識 · 自主回顧
一、實驗目的通過實驗探究一定質量的氣體,在溫度不變時,其壓強與體積變化的關系。二、實驗思路本實驗的方法為控制變量法,即控制氣體的質量和溫度一定,探究氣體壓強與體積的關系。三、實驗器材鐵架臺、壓力表、注射器(帶橡膠套、柱塞)、刻度尺。
四、實驗步驟1.按如圖所示,組裝實驗器材,在注射器下端的開口套緊橡膠套,密封一定質量的空氣。
2.測量空氣柱的體積V和壓強p??諝庵拈L度l可以通過刻度尺讀取,空氣柱長度l與橫截面積S的乘積就是它的體積V;空氣柱的壓強p可以從與注射器內空氣柱相連的壓力表讀取。3.把柱塞緩慢地向下壓或向上拉,再讀取一組空氣柱的長度與壓強的數(shù)據(jù)。4.重復步驟3,獲取多組數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)多次實驗的數(shù)據(jù)均可作出右圖,由此可得到結論:一定質量的氣體,在溫度不變的條件下,其壓強與體積的倒數(shù)成正比,即壓強與體積成反比。
(1)為了保持封閉氣體的質量不變,實驗中采取的主要措施是注射器活塞上涂潤滑油。(2)為了保持封閉氣體的溫度不變,實驗中采取的主要措施是移動活塞要緩慢,且不能用手握住注射器封閉氣體部分。
(基礎考點·自主探究)【跟蹤訓練】(實驗原理、數(shù)據(jù)處理、實驗操作和誤差分析的考查)用如圖甲所示裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律。
(1)實驗中,為找到體積與壓強的關系,__________(選填“需要”或“不需要”)測出空氣柱的橫截面積。(2)測得多組空氣柱的壓強p和體積V的數(shù)據(jù)后,為直觀反映壓強與體積之間的關系,若以p為縱坐標,則應以____________________為橫坐標在坐標系中描點作圖,作出的圖線如圖乙所示。(3)某同學在做“探究氣體等溫變化的規(guī)律”實驗中,測得的實驗數(shù)據(jù)在計算機屏幕上顯示如表所示,仔細觀察“pV”一欄中的數(shù)值,發(fā)現(xiàn)越來越小,造成這一現(xiàn)象的可能原因是__________________。
(4)實驗過程中,下列操作正確的是______。A.推拉活塞時,動作迅速B.推拉活塞時,手不能握住注射器含有氣體的部分C.壓強傳感器與注射器之間的軟管脫落后,應迅速重新裝上繼續(xù)實驗D.注射器必須固定在豎直平面內(5)為了能更準確地測出氣體的壓強,小華用軟管連通注射器和壓強傳感器。用(2)中方法作出的圖線如圖丙所示,該圖線不過原點,為減小這一實驗誤差,請給出你的改進方法。____________________________ _________________________________________________________。
選用容積較大的注射器(或實驗中氣體的體積不壓縮得過小或測出軟管中氣體的體積等) 
[解析] (1)體積可以直接從刻度處讀出,不需要測量橫截面積。(3)pV乘積減小很有可能是物質的量降低,故有可能氣體發(fā)生了泄漏。
(4)推拉活塞時,動作迅速容易造成外界急劇對氣體做功,導致氣體內能增加溫度升高,無法控制變量,故A錯誤;手不握住含有氣體的部分是為了不產生傳熱造成誤差,故B正確;軟管脫落后氣體物質的量發(fā)生變化,無法控制變量,故C錯誤;注射器不必固定在豎直平面內,故D錯誤。(5)軟管內有一部分氣體,容易造成誤差,所以選擇容積較大的注射器(或實驗中的氣體不壓縮得過小或測出軟管中氣體的體積等),從而減小誤差。
(能力考點·深度研析)1.實驗器的改進用壓強傳感器代替壓力表2.數(shù)據(jù)處理的改進
?考向1 實驗器材的改進 在“用DIS研究溫度不變時,一定質量的氣體壓強與體積的關系”實驗中,某同學采用如圖1所示的實驗裝置,一個帶刻度的導熱試管內封閉一定質量的氣體,有一定厚度的活塞可在試管內無摩擦地滑動,試管的右端通過一個小軟管與壓強傳感器相連。
該同學向右緩慢推動活塞左側的手柄,在這個過程中未用手接觸試管,每次從活塞左邊沿對應的試管刻度讀取體積值,并輸入計算機,同時由壓強傳感器測得對應的壓強值。實驗共測了6次,實驗結果如表所示。
(1)在圖2所示的坐標紙上已經標出4組數(shù)據(jù)點,請將余下的兩組數(shù)據(jù)在坐標紙上標出,并作出對應的圖像。
(2)該同學經老師提醒后發(fā)現(xiàn)自己的體積數(shù)據(jù)記錄有誤,漏記了小軟管內氣體的體積。你認為他的體積數(shù)據(jù)記錄還存在什么問題:________ _______________________________。結合圖2中畫出的圖像,判斷該同學__________(選填“需要”或“不需要”)修正體積的數(shù)據(jù)記錄。(3)該同學從分子動理論的角度分析實驗過程:試管內封閉一定質量的氣體,溫度保持不變,氣體分子的______________________________和____________一定;氣體的體積減小時,單位時間內撞擊單位面積的分子數(shù)________(選填“增大”“減小”或“不變”),宏觀表現(xiàn)為氣體的____________。
厚度的活塞體積也計入氣體體積值
分子平均動能(或平均速率)
[答案] (1)見解析圖[解析] (1)將余下的兩組數(shù)據(jù)在坐標紙上標出,并用平滑線連接各個點,如圖所示。
(2)該同學將有一定厚度的活塞體積也計入氣體體積值。結合圖像可知,溫度不變時,壓強與體積成反比,所以不需要修正。(3)因為氣體溫度及質量不變,所以氣體分子的分子總數(shù)和分子平均動能不變,氣體的體積減小時,單位體積內的分子數(shù)增多,所以單位時間內撞擊單位面積的分子數(shù)增大。每個分子撞擊的平均作用力不變,但是單位時間內撞擊的分子數(shù)增多,所以宏觀表現(xiàn)為氣體的壓強增大。
?考向2 實驗原理的創(chuàng)新 (2024·山東泰安質檢)某同學利用圖(a)裝置驗證玻意耳定律,粗細相同的玻璃管A和B下端用橡皮管相連,管內裝有水銀,A管上端封閉,內有封閉氣體,B管上端開口。上、下移動B管時,需保持________不變,氣體體積V可以根據(jù)A管上的刻度讀出,利用刻度尺測出B管液面與A管液面的高度差h。測得一系列數(shù)據(jù)后,以h為縱坐標,得到如圖(b)所示的函數(shù)圖像,則圖像的橫坐標應為____;圖線與h軸交點的物理含義是_______________________________________。
大氣壓強p0對應的水銀柱的高度值的相反數(shù)

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