高中 | 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 题目答案及解析

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选修3-3

第八章 气体

8.1 气体的等温变化

探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

在探究气体压强与体积关系实验中,某兴趣小组设计如图实验装置。已知重力加速度为$g$,注射器气密性和导热良好且外界环境温度保持不变,注射器活塞的横截面积为$S$,不计一切摩擦。

取下沙桶,向右拉动活塞一段距离后,用橡胶套堵住注射孔,此时的气体压强为大气压$p_{0}$;挂上沙桶,稳定后,测出此时的气体体积$V$和沙桶的总质量$m$,则气体压强的表达式$p=$                 ;(请选用$p_{0}$$g$$S$$m$表示)

[["$p_{0}- \\dfrac{mg}{S}$"]]

对活塞受力分析,根据平衡条件可得$pS+mg=p_{0}S$

解得气体压强的表达式$p=p_{0}-\dfrac{mg}{S}$

在沙桶内适量添加沙子,重复多次步骤,以沙桶的总质量$m$为纵轴,以$\dfrac{1}{V}$为横轴,绘制$m- \dfrac{1}{V}$图像,其图像如图乙所示,图中横轴截距为$a$,纵轴截距为$b$,可求得未悬挂沙桶时注射器内气体的体积$V_{0}=$                 。实验时当地的大气压强$p_{0}=$                 。(请选用$a$$b$$S$$g$表示)

[["$\\dfrac{1}{a}$","$\\dfrac{bg}{S}$"]]

温度不变时,对注射器内气体根据玻意耳定律可得$p_{0}V_{0}=\left( p_{0}-\dfrac{mg}{S} \right)V$

解得$m=- \dfrac{p_{0}SV_{0}}{g} \cdot \dfrac{1}{V}+\dfrac{p_{0}S}{g}$

$m-\dfrac{1}{V}$图像可得$\dfrac{p_{0}SV_{0}}{g}=\dfrac{b}{a}$$\dfrac{p_{0}S}{g}=b$

解得$V_{0}=\dfrac{1}{a}$$p_{0}=\dfrac{bg}{S}$

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