Лабораторная работа по физике 10 класс «Опытная проверка газового закона» проверяет, что при неизменной температуре давление и объём связаны как pV = const, а при постоянном давлении объём пропорционален температуре. Какой закон проверяют, зависит от учебника и задания учителя. Ниже цель, ход для обоих случаев, таблицы, образец вывода и ошибки.
Номер в учебнике. Номер работы и проверяемый закон (Бойля — Мариотта или Гей-Люссака) зависят от издания и от учителя. Ищи работу по названию.
Цель и приборы
Цель: опытом проверить газовый закон: для изотермического процесса p·V = const, для изобарного V/T = const.
Приборы: (изотерма) шприц или цилиндр с поршнем, манометр, шкала объёма; (изобара) трубка с воздухом, запертым столбиком жидкости, сосуд с водой, термометр.
В нашей установке «Газ в сосуде» в режиме «Молекулы» газ греют от 100 до 600 К и сжимают от 6 до 0,5 л, а клапан не пускает давление выше 400 кПа. В режиме «Поршень» ты держишь постоянной одну величину (T, p или V), а на досках p–V, V–T и p–T остаётся светящийся след.
Ход работы
- Изотерма. Выдержи систему при комнатной температуре. Запиши начальные объём V и давление p.
- Медленно сжимай газ поршнем, чтобы температура не менялась. Для 5–6 положений поршня запиши V и p.
- Вычисли p·V для каждой строки и сравни.
- Изобара. Нагревай газ при неизменном давлении и записывай объём V и температуру t.
- Переведи температуру в кельвины: T = t + 273. Вычисли V/T для каждой строки и сравни.
- Построй график: для изотермы p от 1/V, для изобары V от T. Прямая подтверждает закон.
Таблица измерений
Шаблон для тетради. Заполни одну или обе таблицы, в зависимости от задания.
Изотерма (T = const)
1
- V, см³
- p, кПа
- p·V
2
- V, см³
- p, кПа
- p·V
3
- V, см³
- p, кПа
- p·V
Изобара (p = const)
| Опыт | t, °C | T = t + 273, К | V, см³ | V/T |
|---|---|---|---|---|
| 1 | ||||
| 2 | ||||
| 3 |
Произведение pV и отношение V/T не обязано совпадать до последней цифры: сравнивай в пределах погрешности приборов.
Как оформить вывод
Образец (без чисел): «При сжатии газа поршнем при комнатной температуре давление росло, объём уменьшался, а произведение p·V во всех опытах оказалось одинаковым в пределах погрешности. График p от 1/V получился прямой, проходящей через начало координат. Вывод: при постоянной температуре и массе газа давление обратно пропорционально объёму, p·V = const (закон Бойля — Мариотта).»
Шаблон: «При T = const произведение p·V равно … , … , … , то есть … в пределах погрешности … . При p = const отношение V/T равно … . Вывод: для данной массы газа … .»
Где ошибаются
- Температуру оставляют в градусах Цельсия. В газовых законах нужна абсолютная температура в кельвинах: T = t + 273.
- Сжимают слишком быстро. Газ нагревается, и процесс перестаёт быть изотермическим.
- Путают абсолютное и избыточное давление. Манометр часто показывает избыток над атмосферным, а в законе нужно полное давление.
- Сравнивают без погрешности. pV чуть расходится из-за приборов; нужно сравнивать с погрешностью.
- Забывают про утечку. Если воздух выходит, масса газа меняется и закон не выполняется.
Шпаргалка за 30 секунд
Изотермический
- Закон
- p·V = const
- Что постоянно
- T и масса
Изобарный
- Закон
- V/T = const
- Что постоянно
- p и масса
Изохорный
- Закон
- p/T = const
- Что постоянно
- V и масса
В формулах T в кельвинах: T = t + 273.
Типичная ошибка в выводе: не указать, что закон верен при постоянной массе газа и неизменном параметре (T, p или V).
Контрольные вопросы
- Что утверждает закон Бойля — Мариотта? При постоянных температуре и массе газа произведение давления на объём постоянно.
- Почему газ сжимают медленно? Чтобы температура оставалась неизменной, иначе процесс не изотермический.
- В каких единицах температура в газовых законах? В кельвинах.
- Какой график у изотермы в координатах p–V? Гипербола, а в координатах p–1/V прямая через начало.
- Что показывает график V от T при p = const? Прямую пропорциональность объёма абсолютной температуре.
Следующий шаг: открой установку «Газ в сосуде», режим «Поршень», и построй изотерму, изобару и изохору. Другая работа 10 класса, уже по электричеству, — последовательное и параллельное соединение. Если точки на графике p от 1/V не ложатся на прямую, покажи их на пробном занятии по физике.