1、实验十七探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系授课提示：对应学生用书第254页一、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、实验原理与要求基本实验要求1实验原理本实验就是研究在温度不变时，气体的压强与体积之间的关系。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。2实验器材 带铁夹的铁架台、注射器、柱塞(与压力表密封连接)、压力表、橡胶套、刻度尺。3实验步骤(1)如实验原理图所示组装实验器材。(2)注射器两端有柱塞和橡胶套，管内密封一段空气柱，这段空气柱就是我们的研究对象。在实验过程中，我们可以近似认为空气柱的质量和温度不变。(3)用手
2、把柱塞向下压，选取几个位置，同时读出刻度尺示数与压强，记录数据。(4)用手把柱塞向上拉，选取几个位置，同时读出刻度尺示数与压强，记录数据。在该实验中，我们可以直接用刻度尺读数作为空气柱的体积，而无须测量空气柱的横截面积。(5)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，观察图象，进一步确定p与的关系。4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。规律方法总结1数据处理(1)设计表格记录数据。空气柱高度d/cm 空气柱体积V/L 压强p/(105 Pa) (2)根据
3、数据绘制p-图象。2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。3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。授课提示：对应学生用书第255页命题点一教材原型实验实验原理与操作典例1采用验证玻意耳定律实验的主要器材针管及其附件，来测定大气压强的值，实验步骤如下：(1)将针管水平固定，拔下橡皮帽，向右将活塞从针管中抽出；(2)用天平称出活塞与固定在其上的支架的总质量为M；(3)用卡尺测出活塞直径d；(4)再将活塞插入针管中，保持针管中有一定质量的气体，并盖上橡皮帽，此时，从针管上可读出气柱体积为V1，如图所示；(5)将弹簧秤挂钩钩
4、在活塞支架上，向右水平缓慢拉动活塞到一定位置，此时，弹簧秤读数为F，气柱体积为V2。试用以上的直接测量数据，写出大气压强的最终表达式p0_，本实验中第_实验步骤是多余的。解析开始时气体的压强为p0，向右水平缓慢拉动活塞到一定位置，弹簧秤读数为F时气体的压强为p1。p1p0p0p0该过程中温度不变，则：p0V1p1V2整理得：p0由上面的式子可知，在表达式中，大气压强与活塞及固定在其上的支架的总质量无关，所以步骤(2)是多余的。答案(2) 数据处理与分析典例2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
5、，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_(选填“p-V”“p-”)图象。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VSL。因pVC，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。答案温度SLp-命题点二实验创新设计实验器材创新典例3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：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、
6、数据采集器、计算机逐一连接；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；重复上述步骤，多次测量；根据记录的数据，作出-V图线，如图乙所示。(1)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。(2)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_。解析：(1)根据理想气体状态方程C可知，实验数据画出的V-图线是过坐标原点的直线。(2)题图所示图线的方程为Vkb，说明注射器中的气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验的器材可知，截距b代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积。答案：(1)为过坐标原
7、点的直线(2)传感器与注射器间有气体传感器与注射器间气体体积创新评价应用传感器采集实验数据，结合计算机完成数据的处理分析，方便得出实验规律。实验目的创新典例4(2021上海青浦模拟)为了测量所采集的某种植物种子的密度，一位同学进行了如下实验：取适量的种子，用天平测出其质量，然后将几粒种子装入注射器内；将注射器和压强传感器相连，然后缓慢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；重复上述步骤，分别记录活塞在其它位置的刻度V和记录相应的气体的压强p；根据记录的数据，作出-V图线，并推算出种子的密度。(1)根据图线，可求得种子的总体积约为_mL(即cm3)。(2
8、)如果测得这些种子的质量为7.85103 kg，则种子的密度为_kg/m3。(3)如果在上述实验过程中，由于操作不规范，使注射器内气体的温度升高，其错误的操作可能是_、_。这样操作会造成所测种子的密度值_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。解析(1)根据玻意耳定律，pVC，当趋向于0，则气体体积趋向于0，从V图象知，横轴截距表示种子的体积为5.0 mL。(2)密度为：1.57103 kg/m3。(3)注射器内气体的温度升高，其错误的操作可能是：手握住了注射器内的封闭气体部分、没有缓慢推动活塞；当气体温度升高，气体的体积趋于膨胀，更难被压缩，所作的V图线与横轴的交点将向右平移，所测种子体积偏大，
9、密度偏小。答案(1)5.0(2)1.57103(3)手握住了注射器内的封闭气体部分没有缓慢推动活塞偏小创新评价本实验由探究等温变化规律拓展为测量所采集的某种植物种子的密度，其依据是注射器中的气体发生的是等温变化，根据玻意耳定律pVC，利用从-V图象横轴截距表示种子的体积。实验情景创新典例5利用如图装置可测量大气压强和容器的容积。步骤如下：将倒U形玻璃管A的一端通过橡胶软管与直玻璃管B连接，并注入适量的水，另一端插入橡皮塞，然后塞住烧瓶口，并在A上标注此时水面的位置K；再将一活塞置于10 mL位置的针筒插入烧瓶，使活塞缓慢推移至0刻度位置；上下移动B，保持A中的水面位于K处，测得此时水面的高度差
10、为17.1 cm。拔出橡皮塞，将针筒活塞置于0 mL位置，使烧瓶与大气相通后再次塞住瓶口；然后将活塞抽拔至10 mL位置，上下移动B，使A中的水面仍位于K，测得此时玻璃管中水面的高度差为16.8 cm。(玻璃管A内气体体积忽略不计，1.0103 kg/m3，取g10 m/s2)(1)若用V0表示烧瓶容积，p0表示大气压强，V表示针筒内气体的体积，p1、p2表示上述步骤、中烧瓶内外气体压强差大小，则步骤、中，气体满足的方程分别为_、_。(2)由实验数据得烧瓶容积V0_mL，大气压强p0_Pa。(3)倒U形玻璃管A内气体的存在_。A仅对容积的测量结果有影响B仅对压强的测量结果有影响C对二者的测量结果均有影响D对二者的测量结果均无影响解析(1)对于步骤，根据玻意耳定律可得p0(V0V)( p0p1) V0；对于步骤，根据玻意耳定律可得p0V0(p0p2)(V0V)；(2)联立解得V0V5610 ml560 mL；p0p1560.1711.010310 Pa9.58104 Pa。(3)由p0p1和V0V可得p0p1，由此可知倒U形玻璃管A内气体的存在仅对容积的测量结果有影响，选项A正确。答案(1)p0(V0V)( p0p1) V0p0V0(p0p2) (V0V)(2)5609.58104(3)A创新评价本题在常规探究等温变化的基础上拓展为通过改变气体的体积测量大气压强和容器的容积。
