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(共50張PPT)
第十四章　熱學
實驗十四　探究等溫情況下一定質量氣體壓強
與體積的關系
素養目標　1.學會探究等溫情況下一定質量氣體壓強與體積的關系. 2.會用圖像法處理實驗數據.
考題1　（2023·山東卷）利用如圖甲所示實驗裝置可探究等溫條件下氣體壓強與體積的關系.將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺上，注射器內封閉一定質量的空氣，下端通過塑料管與壓強傳感器相連.活塞上端固定一托盤，托盤中放入砝碼，待氣體狀態穩定后，記錄氣體壓強p和體積V（等于注射器示數V0與塑料管容積ΔV之和），逐次增加砝碼質量，采集多組數據并作出擬合曲線如圖乙所示.
B　
2.04×105　
解析：（3）某組同學進行實驗時，一同學在記錄數據時漏掉了ΔV，則在計算pV乘積時，根據p（V0＋ΔV）－pV0＝pΔV，由于ΔV為定值，可知他的計算結果與同組正確記錄數據同學的計算結果之差的絕對值會隨p的增大而增大.
增大
注射器　
2. 實驗數據的獲取
空氣的壓強p可以從儀器上方的壓力表讀出，空氣柱的長度l可以在玻璃管側的刻度尺上讀出，空氣柱的長度l與橫截面積S的乘積就是它的體積V.
把柱塞緩慢地向下壓或向上拉，讀取空氣柱的長度與壓強的幾組數據.
反比　
5. 誤差分析
（1）漏氣造成空氣柱質量變化.
改進措施：給注射器柱塞涂潤滑油，使橡膠套盡量密封，壓強不要太大.
（2）空氣柱溫度不恒定造成誤差.
改進措施：盡量在恒溫環境下操作，移動柱塞盡量緩慢.
（3）空氣柱體積和氣壓測量不準確.
改進措施：用較細的注射器和準確度高的壓力表.
解析：（1）傳感器A是與熱敏元件連在一起的，所以能夠感應到試管中溫度的變化，顯示出試管中的溫度，所以應該是溫度傳感器；因為氣體的體積不變，研究氣體的溫度和壓強的變化關系，則傳感器B應該是壓強傳感器.
溫度　
壓強　
絕對零度　
低溫極限　
　 　
A　
訓練1　（2025·天津耀華中學月考）某實驗小組用如圖甲所示實驗裝置來探究一定質量的氣體發生等溫變化遵循的規律.
甲
A. 實驗前應將注射器內的空氣完全排出
B. 空氣柱體積變化盡可能地快些
C. 空氣柱的壓強隨體積的減小而減小
D　
乙
兩次研究是在溫度相同
但氣體的質量不同或同質量氣體在不同溫度下進行的研究　
A. 10－15 m B. 10－12 m
C. 10－9 m D. 10－6 m
解析：（1）通過“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗可推測油酸分子的直徑約為10－10 m或10－9 m，故選C.
C　
（2）驗證氣體體積隨溫度變化關系的實驗裝置如圖所示，用支架將封有一定質量氣體的注射器和溫度傳感器固定在盛有熱水的燒杯中.實驗過程中，隨著水溫的緩慢下降，記錄多組氣體溫度和體積的數據.
A　
A. 實驗前測量并記錄環境溫度
B. 實驗前測量并記錄大氣壓強
C. 待溫度讀數完全穩定后才記錄數據
D. 測量過程中保持水面高于活塞下端
C　
解析：②環境溫度不影響實驗數據，實驗前測量并記錄環境溫度并不能減小實驗誤差，故A錯誤；本實驗壓強不變，實驗前測量并記錄大氣壓強不能減小實驗誤差，故B錯誤；待溫度讀數完全穩定后才記錄數據，穩定后的數據更加接近真實數據，故能減小誤差，故C正確；測量過程中保持水面高于活塞下端不能減少誤差，故D錯誤.
深化　　實驗創新
實驗器材的創新
應用傳感器采集實驗數據，結合計算機完成數據的處理與分析，方便得出實驗規律
實驗目的的創新
由探究氣體壓強和體積的關系遷移為測量不規則小物體的體積
例2　如圖1所示，用氣體壓強傳感器探究氣體等溫變化的規律，操作步驟如下：
①在注射器內用活塞封閉一定質量的氣體，將注射器、壓強傳感器、數據采集器和計算機逐一連接起來.
②緩慢移動活塞至某一位置，待示數穩定后記錄此時注射器內封閉氣體的體積V1和由計算機顯示的氣體壓強值p1.
③重復步驟②，多次測量并記錄數據.
④根據記錄的數據，作出相應圖像，分析得出結論.
解析：（1）探究氣體等溫變化的規律，需要保持不變的量是氣體的質量和溫度.
質量　
溫度　
p1V1＝p2V2　
見解析　
解析：（2）一定質量的氣體在溫度保持不變時，壓強與體積成反比，即壓強與體積的乘積不變，如果在誤差允許范圍內，p1、p2、V1、V2之間滿足關系式p1V1＝p2V2，由功的計算公式可知W＝Fl＝pSl＝pV，即pV的乘積表示氣體體積變化時所做的功，圖線在V1、V2之間所圍的面積的物理意義是氣體體積由V1變到V2的過程中，氣體對外界所做的功.
A B C D
AC　
訓練2　某小組利用如圖所示裝置研究“一定質量氣體溫度不變時，壓強與體積的關系”.
如圖所示，帶刻度的注射器內封閉了一定質量的氣體，推動活塞可以改變氣體體積V. 實驗時所用測量壓強的裝置較特殊，測量的是注射器內部氣體和外部大氣（壓強為p0）的壓強差Δp.在多次改變體積后，得到如表所示數據：
Δp/（×105 Pa） 0 0.11 0.25 0.43 0.67
V/mL 10 9 8 7 6
解析：（1）本實驗利用電腦自動處理數據，首先需要感應壓強大小的壓強傳感器，即裝置1；還需要采集數據的裝置2.
壓強傳感器　
數據采集器　
解析：（2）在實驗過程中，每次氣體的狀態調整后，都要等一會兒再記錄數據，這是為了讓封閉氣體與外界進行充分的熱交換，保持封閉氣體的溫度不變.
使封閉氣體與
外界進行充分的熱交換，保持封閉氣體的溫度不變　

大氣壓強　
限時跟蹤檢測
A級·基礎對點練
1. （多選）某同學利用DIS實驗系統，用同一個注射器在實驗室前后做了兩次實驗探究氣體壓強與體積的關系，操作完全正確.
AB
1
2
3
4
5
A. 兩次實驗中空氣質量不同
B. 兩次實驗中溫度不同
C. 其中一次實驗時活塞受到的摩擦力太大
D. 其中一次實驗時活塞受到的摩擦力太小
1
2
3
4
5
A. 在活塞上涂上潤滑油，保持良好的密封性
B. 推拉活塞時要緩慢
C. 不要用手直接握在注射器有氣體的部分上
D. 實驗前注射器內要吸入盡量多的空氣
BC
解析：（2）在活塞上涂上潤滑油，保持良好的密封性，這樣是為了保持封閉氣體的質量不發生變化，并不能保持封閉氣體的溫度不變，所以A錯誤；緩慢地推拉活塞，可以使氣體的溫度保持與外界的溫度一致，從而可以保持封閉氣體的溫度不變，所以B正確；當用手直接握在注射器上時，手的溫度可能改變氣體的溫度，所以不要用手直接握在注射器上，所以C正確；只要是封閉氣體的質量不變，氣體的多少與氣體的溫度是否會變化無關，所以D錯誤.
1
2
3
4
5
A. 推拉活塞時，動作要快，以免氣體進入或漏出
B. 推拉活塞時，手可以握住整個注射器
C. 壓強傳感器與注射器之間的連接管脫落后，應立即接上，繼續實驗
D. 活塞與注射器之間要保持潤滑又不漏氣
解析：（1）推拉活塞時，動作不能快，以免氣體溫度發生變化，故A錯誤；推拉活塞時，手不可以握住整個注射器，以免氣體溫度發生變化，故B錯誤；壓強傳感器與注射器之間的連接管脫落后，氣體質量變化了，應該重新做實驗，故C錯誤；活塞與注射器之間要保持潤滑又不漏氣，故D正確.
D　
1
2
3
4
5
（2）該實驗小組想利用實驗所測得的數據測出壓強傳感器和注射器的連接管的容積，所測得的壓強和注射器的容積（不包括連接管的容積）數據如表所示：
實驗次數 壓強/kPa 體積/cm3
1 101.5 18
2 112.8 16
3 126.9 14
4 145.0 12
5 169.2 10
1
2
3
4
5
A. p－V B. V－p
D　
1
2
3
4
5
A. 斜率
B. 縱坐標軸上的截距
C. 橫坐標軸上的截距
D. 圖線下的“面積”
B　
1
2
3
4
5
3. 某同學通過如圖甲所示的實驗裝置，利用玻意耳定律來測定一顆形狀不規則的冰糖的體積.
甲
解析：（1）實驗需要保持氣體溫度與質量不變，操作中，若實驗過程中不慎將活塞拔出針筒，則必須廢除之前獲得的數據，重做實驗.
需要　
1
2
3
4
5
A. p－V圖像
C　
1
2
3
4
5
乙
解析：（3）由函數關系結合題圖乙可知 V1＝b.
b　
1
2
3
4
5
B級·能力提升練
4. （2025·上海普陀調研）如圖所示，用一個帶兩根細管的橡皮塞塞緊燒瓶的瓶口，壓強傳感器通過其中一根不帶閥門的細管連通燒瓶中的空氣，另一根帶閥門的細管連通注射器.開始時閥門處于關閉狀態，注射器針筒的最大刻度線到閥門之間充滿了水.現利用該裝置進行驗證玻意耳定律的實驗.依圖示連接好實驗器材，運行DIS軟件進入實驗界面，點擊“開始記錄”后：
①打開閥門，推注射器活塞向燒瓶內注入適量的水，關閉閥門.
②記錄氣體的壓強p，并在表格中記錄注入的水的體積V.
③保持燒瓶中氣體的溫度不變，重復實驗得到多組實驗數據，點擊“停止記錄”.
1
2
3
4
5
解析：（1）因為注射器上有刻度，所以通過注射器上的刻度測得注入燒瓶中的水的體積.
注射器針筒上的刻度　
A. p－V圖像
C　
1
2
3
4
5
燒瓶的容積　
燒瓶密封不嚴有漏氣（燒瓶中氣體溫度有變化）　
1
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3
4
5
5. （2025·上海楊浦高級中學模擬）如圖（a）所示是研究一定質量的氣體在體積不變的時候，其壓強與溫度關系的實驗裝置.與壓強傳感器相連的試管內裝有密閉的空氣和溫度傳感器的熱敏元件.將試管放在大燒杯的涼水中，逐次加入熱水并攪拌，通過計算機記錄并處理數據.
1
2
3
4
5
解析：（1）壓強傳感器測量的是實際壓強，不需要調零.
不需要　
0 ℃　
不同　
Ⅱ　
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2
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5
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