高效作业7 2 第1课时 实验：探究气体等温变化的规律-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套word（人教版）

高效作业7 [2　第1课时　实验：探究气体等温变化的规律]（见学生用书P84） [A级　新教材落实与巩固] 1．某同学用下图所示装置探究气体等温变化的规律。关于该实验的操作，下列说法正确的是(　B　) A．柱塞上涂润滑油的目的是减小摩擦，便于推拉柱塞 B．柱塞与注射器之间的摩擦不影响压强的测量 C．为了方便推拉柱塞，应用手握紧注射器再推拉柱塞 D．实验中，为找到体积与压强的关系，需要测量柱塞的横截面积 【解析】 在柱塞上涂润滑油的目的是避免漏气，不是为了减小摩擦，故A错误；柱塞与注射器之间的摩擦对气体压强的测量无影响，故B正确；手握紧注射器会改变气体的温度，不符合实验条件，故C错误；实验中要验证p1V1＝p2V2，由于推拉柱塞前后柱塞横截面积不变，所以只需验证p1L1＝p2L2，无须测量柱塞的横截面积，故D错误。 2．在“探究气体等温变化的规律”的实验中，利用注射器选取一段空气柱为研究对象，如图所示，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。 (1)在实验过程中，空气柱的体积变化不要太快的原因是　保持空气柱的温度不变　；在移动柱塞的过程中，正确的操作是　缓慢地向下压或向上拉　。 (2)在温度不变的情况下，得到压强p与体积V成反比的结论，你对这一结论的微观解释是　温度保持不变，分子的平均动能一定；体积减小，分子的数密度增大，压强增大　。 【解析】 (1)为了使温度变化可以忽略不计，即保持空气柱的温度不变，空气柱的体积变化不能太快。具体操作是缓慢地向下压或向上拉柱塞。 (2)微观上，压强由分子平均动能和分子的数密度决定，则温度保持不变，分子的平均动能一定，而体积减小，分子的数密度增大，故压强增大；反之，体积变大，则压强变小。 3．(1)如图甲所示，用一个带有刻度的注射器及计算机辅助系统来探究气体压强与体积的关系，实验中所研究的对象是　封闭在注射器内的气体　，应保持不变的物理量是　温度　和　气体质量　，它的体积可从　注射器刻度　直接读出，它的压强由图中的压强传感器及计算机辅助系统得到。 (2)某同学在一次实验中，计算机屏幕显示如图乙所示，其纵坐标表示封闭气体的压强，则横坐标表示的物理量是封闭气体的　D　。 A．热力学温度T B．摄氏温度t C．体积V D．体积的倒数 (3)某同学实验时缓慢推动活塞，并记录下每次测量的压强p与注射器刻度值V。在实验中出现压强传感器软管脱落的情况，他重新接上后继续实验，其余操作无误。若该同学用软管脱落前测得的实验数据在图丙中画出了V­图线，则在图丙中大致画出可能的、符合软管脱落后又重新接上测得的实验数据的那部分V­图线。 【答案】 见解析图 【解析】 (1)实验中所研究的对象是封闭在注射器内的气体；实验的条件是温度不变、气体质量一定，研究气体压强和体积的关系，气体体积可从注射器刻度直接读出。 (2)根据一定质量的某种气体在温度不变的情况下压强与体积成反比的结论，并结合题目可知，p­图像是过原点的直线，即题图乙中横坐标表示的物理量是封闭气体体积的倒数，故选D。 (3)根据pV＝C（C为定值）可知V＝，当气体质量不变时，V与成正比；当气体质量发生改变后（质量变小），V与还是成正比，但此时的斜率发生变化，即斜率比原来小，故软管脱落后又重新接上测得的实验数据的那部分V­图线如图所示。 4．用图甲所示的装置做“探究气体等温变化的规律”的实验，操作步骤如下： ①在活塞上均匀涂抹润滑油，把活塞移至注射器适当刻度处。 ②逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器、计算机。 ③推动活塞，记录多组注射器内气体的体积V以及相应的压强传感器示数p。 (1)实验完成后，计算机屏幕上显示出图乙所示的p­V图线（其中实线是实验所得图线，虚线为一参考双曲线）。仔细观察不难发现，该图线与压强跟体积成反比的结论不够吻合，造成这一现象的可能原因是　实验时环境温度降低了或注射器内的空气向外泄漏　。 (2)用获得的数据绘制­V图像，如图丙所示，则连接注射器与压强传感器之间软管内气体的体积为　V1　。 【解析】 (1)当V减小时，图线逐渐偏离双曲线，pV值逐渐减小，造成这一现象的可能原因是实验时环境温度降低了或注射器内的空气向外泄漏。 (2)设连接注射器与压强传感器之间软管内气体的体积为V0，根据p(V＋V0)＝C（C为常数），则有＝。由题图丙可知，当＝0时，V＝－V1，代入上式可得V0＝V1。 5．用DIS研究“在温度不变时，一定质量的气体压强与体积关系”的实验装置如图所示。 (1)保持温度不变，封闭气体的压强p用　压强　传感器测量，体积V由　注射器刻度　读出。实验前是否需要对传感器进行调零？　否　（填“是”或“否”）。 (2)某次实验时，数据表格内第2次～第8次压强没有记录，但其他操作规范。根据表格中第1次和第9次数据，推测出第7次的压强p7最接近的值是　C　。 次　数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 压强p/kPa 100.1 p7 179.9 体积V/cm3 18 17 16 15 14 13 12 11 10 A．128.5 kPa B．138.4 kPa C．149.9 kPa D．163.7 kPa 【解析】 (1)根据实验原理，结合实验设计，在保持温度不变的情况下，用压强传感器测量气体的压强；用注射器刻度来读取气体的体积。压强传感器使用前不需要调零。 (2)根据实验原理，一定质量的气体，压强与体积成反比；而根据第1次和第9次实验数据，压强与体积的乘积也正好近似相等，因此第7次的压强p7＝ kPa≈150 kPa，故选C。 6．某实验小组同学用DIS研究“温度不变时，一定质量的气体体积与压强的关系”，实验装置如图甲所示，实验中通过注射器上的刻度读出气体体积V，用气体压强传感器记录气体压强p，研究气体体积和压强的关系。 (1)关于本实验过程的说法正确的是　D　。 A．需要用天平测出注射器活塞的质量，并将注射器竖直固定在铁架台上 B．推拉活塞时，为了稳定，手要握住注射器筒 C．推拉活塞时，为了读数准确，动作要快 D．活塞和针筒之间的摩擦并不影响压强的测量 (2)某同学在做实验时，按实验要求组装好实验装置，然后按实验要求推动活塞，使注射器内空气体积发生变化，实验数据如下表所示，请在图乙中作出V与的关系图像。 序号 1 2 3 4 5 6 7 V/mL 18 16 14 12 10 8 6 p/(×105 Pa) 1.038 1.160 1.311 1.512 1.784 2.178 2.793 /(×10-5 Pa-1) 0.963 0.862 0.763 0.661 0.561 0.459 0.358 【答案】 见解析图 (3)根据图乙可知，软管中气体的体积为　1.0（0.9～1.1均算正确）　mL（结果保留两位有效数字）。 (4)另一小组在做此实验时，将注射器活塞置于刻度为10 mL处，然后将注射器连接压强传感器并开始实验，气体体积V每增加1 mL测一次压强p，最后得到图丙所示的图像。由此可推断，图线弯曲的可能原因是在实验过程中　B　。 A．注射器内气体温度升高 B．注射器内气体温度降低 C．注射器中有异物 D．连接软管中存在气体 【解析】 (1)该实验是研究温度不变时一定质量的气体体积与压强的关系，不需要知道注射器活塞的质量，故A错误；推拉活塞时，手不能握住注射器筒，防止对其起到加热作用，故B错误；推拉活塞时，动作要慢，使气体温度与环境温度保持一致，故C错误；活塞和针筒之间的摩擦并不影响压强的测量，故D正确。 (2)根据表中数据描点连线，如图所示。 (3)设软管中气体体积为V0，由图像可知体积的读数值比实际值小V0，依据p与(V＋V0)成反比，则p(V＋V0)＝C（C为定值），则有V＝－V0，可得软管中气体的体积为图线的纵轴截距的绝对值，由图像可得V0＝1.0 mL。 (4)当注射器内气体温度升高时，pV会增大，此时图线应向上弯曲，故A错误；当注射器内气体温度降低时，pV会减小，此时图线应向下弯曲，故B正确；注射器中有异物不会影响图线的斜率，故C错误；连接软管中存在的气体可被视为被封闭的气体总体积的一部分，不会影响图线的斜率，故D错误。 [B级　素养养成与评价] 7．用DIS研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图(a)所示，用一个带有刻度的注射器及DIS实验系统来探究气体的压强与体积的关系。在实验中，气体的质量保持不变，气体的体积可直接读出，气体的压强由图中压强传感器及计算机辅助系统得到，请回答下列有关问题。 (1)完成本实验的基本要求是　AB　（多选）。 A．在等温条件下操作 B．封闭气体的容器密封良好 C．必须测出所封闭气体的质量 D．气体的压强和体积必须用国际单位制单位 (2)甲同学在做本实验时，按实验要求组装好实验装置，然后缓慢推动活塞，使注射器内空气柱从初始体积20.0 mL减小为12.0 mL。实验共测出五组数据，每次体积的值直接从注射器的刻度读出并输入计算机，同时由压强传感器测得对应体积的压强值。实验完成后，计算机屏幕上显示出下表所示的实验结果。 序号 V/mL p/(×105 Pa) pV/(×105 Pa·mL) 1 20.0 1.001 0 20.02 0 2 18.0 1.095 2 19.71 4 3 16.0 1.231 3 19.70 1 4 14.0 1.403 0 19.64 2 5 12.0 1.635 1 19.62 1 仔细观察不难发现，pV一栏中的数值越来越小，造成这一现象的原因可能是　D　。 A．实验时，注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大 B．实验时，环境温度升高了 C．实验时，外界大气压强发生了变化 D．实验时，注射器中的空气向外发生了泄漏 (3)根据你在第(2)题中的选择，为了减小误差，你应当采取的措施是　在注射器活塞上涂润滑油　。 (4)乙同学的实验操作规范正确，根据实验数据画出图(b)所示的V­图线，图线不过坐标原点，则图中b表示：　注射器与压强传感器连接处细管内的气体体积　。 【解析】 (1)本实验的条件是温度不变、气体质量一定，所以要在等温条件下操作，且注射器密封性要好，故A、B正确；本实验研究质量一定的气体压强与体积的关系，不需要测量气体的质量，故C错误；本实验研究气体的压强和体积的比例关系，单位无须统一为国际单位制单位，故D错误。 (2)实验时，注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大，不会影响压强与体积的测量，故A错误；实验时，环境温度升高，会导致p、V乘积变大，故B错误；封闭气体压强与外界大气压强无关，故C错误；实验时，注射器中的空气向外发生了泄漏，气体质量变小，p、V乘积减小，故D正确。 (3)根据第(2)问解析可知，在实验的过程中发生气体漏气，为了防止漏气，应当在注射器活塞上涂润滑油，来增加注射器的密封性。 (4)根据一定质量气体温度不变时p与V成反比可知，画出的V­图线应是过坐标原点的直线。在实际的实验过程中，实验操作规范正确，根据实验数据画出的题图(b)所示的V­图线不过坐标原点，该图线的方程为V＝k－b，说明注射器中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，b代表注射器与压强传感器连接处细管内的气体体积。 8．图甲是“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”的实验装置。主要步骤如下： ①在活塞上均匀涂抹润滑油，把活塞移至注射器满刻度处。 ②逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器、计算机。 ③推动活塞，记录多组注射器内气体的体积 V以及相应的压强传感器示数p。 (1)实验操作中，在活塞上均匀涂抹润滑油，主要目的 是　提高活塞密封性，防止漏气　。 (2)为了保持封闭气体的温度恒定，下列措施可行的是　C　。 A．注射器必须固定在竖直平面内 B．用手握住注射器推拉活塞 C．手不接触注射器，缓慢推动活塞 (3)测得多组空气柱的压强 p 和体积 V 的数据后，为直观反映压强与体积之间的关系，若以p 为纵坐标，则应以　　为横坐标在坐标系中描点作图；小明所在的小组不断压缩气体，由测得数据发现图线的上端出现了一小段弯曲，如图乙所示，产生这一现象的原因可能是　注射器密封性不好而向外漏气（或外界温度降低）　（答一种即可）。 (4)另一小组实验时缓慢推动活塞，记录 4 组注射器上的刻度数值V以及相应的压强传感器示数 p。在采集第 5 组数据时，压强传感器的软管脱落，重新接上后继续实验，又采集了 4 组数据，其余操作无误。该小组绘出的V­关系图像应是　D　。 【解析】 (1)用DIS研究温度不变时气体的压强与体积的关系，本实验保持温度不变，研究压强与体积的关系，根据题意可知，需要保证封闭气体质量不变，为了防止漏气，故需要在活塞上均匀涂抹润滑油。 (2)注射器是否安装在竖直平面内对实验没有影响；实验过程中由于要保持气体与外界温度相同，手不能与注射器接触，推拉活塞应缓慢进行，故C正确，A、B错误。 (3)当温度不变时，压强p与V成反比，两者的关系图像不是直线，但压强p与是线性关系，故应当以为横坐标。当增大时，V减小，如题图乙所示，p增加的程度不是线性关系，斜率减小，压强增加程度减小，导致这一现象的原因可能是注射器密封性不好而向外漏气或外界温度降低。 (4)测量时，注射器与压强传感器连接部分气体的体积V0未计入，纵轴存在截距－V0。软管脱落后，气体向外泄漏，p的测量值偏小，相应的横坐标偏大，但延长线与纵轴的交点仍为－V0，故前、后两条线相交在此处，故D正确，A、B、C错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$