Методическая разработка урока "Исследование зависимости объёма газа от давления при постоянной температуре"

Лабораторная работа

«Исследование зависимости объёма газа от давления

при постоянной температуре»

Цель работы: установление характера зависимости объёма газа от давления при постоянной температуре.

Оборудование: прозрачный шланг с краном и кольцами, резиновая спринцовка, измерительная лента, миллиметровая линейка, штатив лабораторный, стакан с водой, барометр-анероид (один на весь класс).

Содержание и порядок выполнения работы.

Т = const

                                                                                                     h₂ = H –H₂

               V₁      l₁               р_атм                                    V₂      l₂                р_вод

                                                                        р_вод

                   р_атм

      _{левое                                 правое                     левое}      р_атм                       H

                                                      H_{2                                         правое}

                                                                                                Поверхность стола

               1 состояние                           2 состояние

Чтобы исследовать характер зависимости объёма газа от давления при постоянной температуре необходимо:

1.      Измерить объём и давление газа (воздуха) в нескольких состояниях при постоянной температуре.

2.     Результаты записать в таблицу.

3.     Построить график зависимости объёма газа от давления при постоянной температуре: V(p), T = const.

4.    На основании анализа результатов и графика, построенного по данным таблицы, установить характер зависимости объёма газа от давления при постоянной температуре.  

На рисунке изображена схема установки для опытов. Конец прозрачного шланга длиной около 50 см с краном и кольцами закрепляют вертикально в лапках штатива. Удерживая оба конца шланга на одной высоте, в него спринцовкой заливают воду, до тех пор, пока её уровень не установится            в 20 – 25 см от краёв шланга. Кран при этом должен быть открытым.

Залив воду, свободный конец шланга медленно опускают, пока уровень воды в нём не установится в 3 – 5 см от края. Удерживая шланг в этом положении, закрывают кран, а нижнее кольцо устанавливают на уровне воды в закреплённом колене. Воздух, находящийся в этом колене (левом), является объектом исследования. 

      I.            Измерить объём и давление газа (воздуха) в нескольких состояниях при постоянной температуре.

1 состояние.

1.      Вычислить  объём воздуха по формулеV₁ = S · l₁ , для этого

1)     Вычислить площадь поперечного сечения шланга S                                  по формуле  S = πR² , где π  3,14 , R – радиус поперечного сечения шланга (R =  D) измеряется миллиметровой линейкой. Площадь поперечного сечения шланга S  - одинакова во всех состояниях.

2)    Измерить  длину столба воздуха  l₁ от края шланга до поверхности воды в левом колене  шланга измерительной лентой.

2.     Измерить  по барометру в кабинете давление p ₁ на воздух в левом колене, равное давлению атмосферы  p_атм, действующей на поверхность воды в правом колене.  p₁= p_{атм ,} так как уровень воды одинаковый в обоих коленах шланга.

3.     Записать результаты в таблицу.

2 состояние.

Поднимите правое  колено шланга на несколько сантиметров. Увеличится давление р₂  воды на воздух в левом колене из-за разницы уровней воды в левом и правом коленах шланга. Изменится и объём воздуха V₂ .

1.      Вычислить  объём воздуха по формулеV₂ = S · l₂ , для этого

1)     Измерить  длину столба воздуха l₂ от края шланга до поверхности воды в левом колене  шланга измерительной лентой.

2)    Площадь поперечного сечения шланга S вычислена                                        в 1 состоянии.

2.     Вычислить возросшее давление р₂ на воздух в левом колене по формуле

р₂ = р_атм+р_вод, где

1)    р_атм – измерено в 1 состоянии.

2)  р_вод = ρ·g·h₂, давление столба воды высотой  h₂,

Ø h₂ = Н – Н₂,  h₂ -высота столба воды в правом колене над поверхностью воды в левом колене шланга,

Ø     ρ = 1000  плотность воды,

Ø   g= 9,8  .

3.   Запишите результаты в таблицу.

3 состояние.

Поднимите правое  колено шланга ещё на несколько сантиметров. Увеличится давление р₃  воды на воздух в левом колене из-за разницы уровней воды в левом и правом коленах шланга. Изменится и объём воздуха V₃.

1.      Вычислить  объём воздуха по формулеV₃ = S · l₃ , для этого

1)     Измерить  длину столба воздуха l₃ от края шланга до поверхности воды в левом колене  шланга измерительной лентой.

2)    Площадь поперечного сечения шланга S вычислена                                        в 1 состоянии.

2.     Вычислить возросшее давление р₃ на воздух в левом колене по формуле

р₃ = р_атм+р_вод, где

1)    р_атм – измерено в 1 состоянии.

2)  р_вод = ρ·g·h₃, давление столба воды высотой  h₃,

Ø h₃ = Н – Н₃,  h₃ -высота столба воды в правом колене над поверхностью воды в левом колене шланга,

Ø     ρ = 1000  плотность воды,

Ø   g= 9,8  .

3.     Запишите результаты в таблицу.

Проведите измерения объёма и давления в 4 состоянии и 5 состоянии. Результаты измерений запишите в таблицу.

  II.            Результаты записать в таблицу.

Таблица.

параметры состояние	S, м2	l, м	V, м3	pатм, Па	Н, м	Н2,3,4,5, м	h, м	рвод, Па	р, Па
1					---
2
3
4
5

III.            Построить график зависимости объёма газа от давления при постоянной температуре: V(p), T = const.

Ø По данным таблицы построить график V(p), T = const.

V, м3

0

р, Па

IV.            На основании анализа таблицы и графика установить характер зависимости объёма газа от давления при постоянной температуре.

Ø Запишите в тетрадь, каков характер данной зависимости.

Сделайте вывод о выполненной работе.