第14章 实验21 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系-【优化探究】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（教科版 新教材 新高考）

实验二十一　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362页 1．实验目的 (1)知道什么是等温变化。 (2)会测量气体的压强与体积，能作出气体的p－ 图像，并通过图像得出等温情况下p、V的关系。 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)如图所示组装实验器材。 (2)利用注射器选取一段空气柱为研究对象，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。 (3)把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据。空气柱的长度l可以通过刻度尺读取，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V。空气柱的压强p可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取。 1．数据分析 在等温过程中，气体的压强和体积的关系在p－V图像中呈现为双曲线的一支，如图甲所示。处理实验数据时， 要通过变换，即画p－图像，把双曲线变为直线，说明p和V成反比，如图乙所示。这是科学研究中常用的数据处理的方法，因为一次函数反映的物理规律比较直接，容易得出相关的对实验研究有用的参数。 2．实验结论 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比，所以p－V图线是双曲线的一支，但不同温度下的图线是不同的。如图是一定质量的气体分别在T1、T2温度下等温变化的p－V图线，其中温度较高的是T2。 3．注意事项 (1)改变气体体积时，要缓慢进行。 (2)实验过程中，不要用手接触注射器的外壁。 (3)实验前要在柱塞上涂抹润滑油。 (4)读数时视线要与柱塞底面平行。 (5)作p－图像时，应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布于直线两侧，偏离太大的点应舍弃。 授课提示：对应学生用书第363页 命题点一　教材原型实验 角度1　实验原理与操作 典例1　(多选)关于“探究气体等温变化的规律”实验，下列说法正确的是(　　) A．实验过程中应保持被封闭气体的质量和温度不发生变化 B．实验中为找到体积与压强的关系，一定要测量空气柱的横截面积 C．在柱塞上涂润滑油，可以减小摩擦，没有其他作用 D．处理数据时采用p－ 图像，是因为p－ 图像比p－V图像更直观 [解析]　本实验采用的方法是控制变量法，所以要保持被封闭气体的质量和温度不变，A正确；由于注射器是圆柱形的，横截面积不变，所以只需测出空气柱的长度即可，B错误；涂润滑油的主要目的是防止漏气，使被封闭气体的质量不发生变化，不仅是为了减小摩擦，C错误；当p与V成反比时，p－ 图像是一条过原点的直线，而p－V图像是双曲线，所以p－ 图像更直观，D正确。 [答案]　AD 角度2　数据处理与分析 典例2　某实验小组用如图甲所示实验装置来探究一定质量的气体发生等温变化遵循的规律。 (1)关于该实验，下列说法正确的是________。 A．实验前应将注射器内的空气完全排出 B．空气柱体积变化应尽可能快些 C．空气柱的压强随体积的减小而减小 D．作出p－图像可以直观反映出p与V的关系 (2)为了探究气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律，他们进行了两次实验，得到的p－V图像如图乙所示，由图可知两次实验气体的温度大小关系为T1________(选填“<”“＝”或“>”)T2。 (3)另一小组根据实验数据作出的V－图线如图丙所示，若他们的实验操作无误，造成图线不过原点的原因可能是________________________________________________。 [解析]　(1)实验是以注射器内的空气为研究对象的，所以实验前注射器内的空气不能完全排出，故A错误；空气柱的体积变化不能太快，要缓慢移动柱塞保证气体温度不变，故B错误；气体发生等温变化，空气柱的压强随体积的减小而增大，故C错误；p－图像中等温线是一条倾斜的直线，作出p－图像可以直观反映出p与V的关系，故D正确。 (2)在p－V图像中，离坐标原点越远的等温线温度越高，故T1>T2。 (3)图线不过原点的原因可能是实验测量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，实验时未考虑注射器前端与橡胶套连接处的气体体积。 [答案]　(1)D　(2)>　(3)实验时未考虑注射器前端与橡胶套连接处的气体体积 命题点二　实验创新设计 角度　实验器材创新 典例3　(2023·北京海淀区模拟)如图所示，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： ①在注射器内用活塞封闭一定质量的气体，将注射器、压强传感器、数据采集器和计算机逐一连接起来； ②移动活塞至某一位置，记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算机显示的气体压强值p1； ③重复上述步骤②，多次测量并记录； ④根据记录的数据，作出相应图像，分析得出结论。 (1)关于本实验的基本要求，下列说