78 实验(二十) 探究气体等温变化的规律(Word练习)-【正禾一本通】2025年高考物理高三一轮总复习高效讲义

[实验(二十)]　探究气体等温变化的规律 ________________________________________________________________________ (每题10分，建议用时：50分钟) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(10分)(2023·山东高考)利用图甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上，注射器内封闭一定质量的空气，下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘，托盘中放入砝码，待气体状态稳定后，记录气体压强p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV之和)。逐次增加砝码质量，采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。 回答以下问题： (1)在实验误差允许范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况下，一定质量的气体________。(3分) A．p与V成正比 B．p与成正比 (2)若气体被压缩到V＝10.0 mL，由图乙可读出封闭气体压强为________Pa(保留3位有效数字)。(3分) (3)某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了ΔV，则在计算pV乘积时，他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而________(填“增大”或“减小”)。(4分) 解析：(1)题图乙为一条过原点的倾斜直线，说明一定质量的气体在温度不变的条件下压强与体积的倒数成正比，B正确。 (2)气体体积V＝10.0 mL时，＝100×10－3 mL－1，由题图乙直接读出该状态下的压强p＝2.04×105 Pa。 (3)正确记录数据时p、V的乘积为p(V0＋ΔV)，漏掉ΔV时，该乘积为pV0，则计算结果之差的绝对值为p·ΔV，由于ΔV为定值，所以压强p越大，计算结果之差的绝对值越大。 答案：(1)B　(2)2.04×105　(3)增大 2．(10分)有两个学生实验，甲、乙两组同学分组探究：甲组：学生进行“用油膜法测分子大小实验”实验中痱子粉不能撒太多的主要原因是：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________；(2分) 甲组同学实验操作正确，成功形成单分子油膜，不过使用了一瓶久置在实验室中的油酸酒精溶液，则油酸分子直径的测量值____________(填“偏大”“不变”或“偏小”)；(2分) 乙组：学生利用如图所示的压强传感器研究一定量的气体在等温变化中，压强与体积的关系，实验时学生用手握住注射器，快速推拉活塞，结果p ­V图不为等温变化应该呈现的双曲线，其主要原因是： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________；(3分) 发现问题后，在正确操作下为了研究方便，乙组制作了 ­p图，若实验中注射器发生漏气，则 ­p的斜率将________(填“变大”“不变”或“变小”)。(3分) 解析：如果痱子粉撒太多，会导致油酸堆积，难形成单分子油膜； 久置在实验室中的油酸酒精溶液，酒精挥发较多，实际浓度c变大，但是实验时仍用之前标签上的浓度，由d＝知d偏小； 注射器与注射器内部气体发生热传递，快速推拉活塞对注射器内部气体做功导致气体温度急剧变化，则与等温条件不符； 由理想气体状态方程pV＝nRT知＝p，漏气时n减小，则斜率变大。 答案：撒太多痱子粉不易于形成单分子油膜　偏小　手握住注射器快速推拉活塞导致气体温度急剧变化，则与等温条件不符　变大 3．(10分)某同学设计了如图甲所示的装置来探究“气体温度不变时压强随体积变化规律”的实验，注射器导热性能良好，用橡皮帽和活塞在注射器内封闭一定质量的理想气体。质量不计的细绳跨过滑轮，一端系到活塞上，调节滑轮的高度，使左侧细绳拉直时能保持水平，另一端可以挂钩码。实验时，在细绳的下端依次挂上质量相同的钩码1，2，3，…，稳定后通过注射器的标度读出对应空气柱的体积V，并能求出对应气体的压强p。已知注射器的最大体积为Vm，刻度全长为L，大气压为p0，每个钩码的质量为m，重力加速度为g。 (1)关于本实验的操作，下列说法正确的是________。(2分) A．为减小误差，每挂上一个钩码后，应平衡后再读出体积。 B．挂钩码时，为了防止注射器脱落，应用手紧紧握住注射器。 C．实验前，应在活塞上涂上润滑油，并来回拉动几次。 D．实验时必须测出封闭气体的温度。 (2)若在某次实验中细绳上所挂钩码个数为n，则平衡后对应气体的压强为______________(用题目中已知量表示)。(2分) (3)该同学根据测得气体的体积和对应的压强，做出了V ­图像，如图乙所示，图线不过原点，则纵坐标b代表______________；体积增大到一定值后，图线开始偏离直线，可能是由于气体温度__________(填“升高”或“降低”)；也可能是由于装置气密性导致气体质量__________(填“增大”或“减小”)。(6分) 解析：(1)每挂上一个钩码后，平衡后，待封闭气体的体积不再发生变化，再读出体积，可以减小误差，故A正确；挂钩码时，不能用手紧紧握住注射器，因为手的温度会改变封闭气体的温度，使测量结果不准确，故B错误；实验前，应在活塞上涂上润滑油，并来回拉动几次，可以增加密封性，也可以减小摩擦带来的误差，故C正确；注射器不隔热，所以实验时封闭气体的温度与外界温度相同，气体做等温变化，不需要测量温度，故D错误。故选AC。 (2)由平衡关系可得nmg＋p＝p0，可得p＝p0－。 (3)实验操作规范，图线不过原点，则b代表注射器橡皮帽内气体的体积；由＝C可知V＝CT，体积增大到一定值后，图线开始偏离直线，向上偏离，斜率变大，说明可能是温度升高；公式中的C与气体质量有关，斜率变大，也可能是由于装置气密性导致气体质量增大。 答案：(1)AC　(2)p＝p0－　(3)橡皮帽内气体体积　升高　增大 4．(10分)用图甲所示探究气体等温变化的规律。 (1)关于该实验，下列说法正确的是________________________________________________________________________。(2分) A．为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油 B．应快速推拉柱塞 C.为方便推拉柱塞，应用手握注射器再推拉柱塞 D．注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，可以不标注单位 (2)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，以p为纵坐标，以为横坐标在坐标系中描点作图。小明所在的小组压缩气体时漏气，则用上述方法作出的图线应为图乙中的________(填“①”或“②”)。(2分) (3)为更准确地测出气体的压强，小华用压强传感器和注射器相连，得到某次实验的p ­V图如图丙所示，究其原因，是温度发生了怎样的变化____________。(2分) A．一直下降 B．先上升后下降 C．先下降后上升 D．一直上升 (4)某同学将注射器活塞移动到体积适中的位置时，接上软管和压强传感器，通过DIS系统记录下此时的体积V0与压强p0，然后记录5组数据，作p ­图。在软管内气体体积ΔV不可忽略时，p ­图像为双曲线，试用玻意耳定律分析，该双曲线的渐近线(图中的虚线)方程是p＝____________。 (用V0、p0、ΔV表示)(2分) (5)实验中若使用传感器采集数据，则柱塞与针筒间的摩擦对实验结果pV乘积值的影响是______(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。(2分) 解析：(1)为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油，故A正确；为减少摩擦产生的热量带来的影响，应缓慢推拉柱塞，故B错误；用手握注射器，会造成气体温度变化，故C错误；只需关注图像斜率的变化即可探究压强跟体积的关系，注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，可以不标注单位，故D正确。故选AD。 (2)理论上p＝TC，p ­应是一条过原点的倾斜直线，然而压缩气体时漏气，则C变小，即应为图乙中的②。 (3)根据理想气体状态方程＝C，有pV＝TC，则压强与体积的乘积越大，温度越大，由图可以发现，温度先上升后下降。故选B。 (4)被封闭气体的初始体积为V0＋ΔV，压强为p0，末状态的体积为V＋ΔV，压强为p，根据玻意耳定律p0(V0＋ΔV)＝p(V＋ΔV)，解得p＝p0，→∞时，该双曲线的渐近线方程是p＝p0。 (5)气体压强由传感器测得，体积由注射器刻度测得，均与活塞与针筒之间的摩擦无关，则柱塞与针筒间的摩擦对实验结果pV乘积值无影响。 答案：(1)AD　(2)②　(3)B　(4)p0　(5)无影响 5．(10分)某同学利用如图所示的装置，来测定一颗形状不规则的石子的体积，图中(a)为压强传感器，A与计算机相连，可以直接读出注射器内封闭气体的压强，注射器与传感器A之间的软管内气体的体积不能忽略。 (1)将石子装进注射器，通过推、拉活塞改变封闭气体的体积和压强。操作中，不能用手握住注射器封闭气体部分，是为了______________________；若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，则必须废除之前获得的数据，重做实验，这是为了________________。(4分) (2)实验中通过活塞所在刻度读取了多组气体体积V及对应压强p，为了在xOy坐标系中获得直线图像，应取y轴、x轴分别为____________(填“V、”或“p、”)(3分) (3)选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到直线的函数图像如图(b)所示，若已知传感器和注射器连接处的软管容积为V0，则这颗石子的体积为__________。(3分) 解析：(1)实验需要保持气体温度和质量不变，操作中不能用手握住注射器的封闭气体部分是为了保持封闭气体温度不变；若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，则必须废除之前获得的实验数据，重做实验，是为了保持封闭气体质量不变。 (2)由于在等温状态下满足玻意耳定律pV＝C，设石子的体积为Vx，则气体的体积为V气＝V－Vx，因此方程为p(V－Vx)＝C，为了获得直线图像，应表示为V＝＋Vx，因此应取y轴、x轴分别为V、。 (3)若已知传感器和注射器连接处的软管容积为V0，则表达式为V＝＋Vx－V0，因此Vx－V0＝b，可得Vx＝b＋V0。 答案：(1)保持封闭气体温度不变　保持封闭气体质量不变　(2)V、　(3)b＋V0 6．(10分)图(a)是“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。 (1)实验中，连接注射器与压强传感器之间软管内的气体不可忽略。移动活塞，多次记录注射器上的体积刻度V和压强传感器读数p，绘出的p ­ 图像可能为________。(2分) (2)用第(1)问中获得的数据绘制 ­V 图像，如图(b)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________________________________________________________________________。(2分) (3)若用天平测出若干粒大米的质量为m，然后将这些米粒装入上述装置中的注射器内，移动活塞，多次记录注射器上的体积刻度V和压强传感器读数p，绘出图(c)所示的图像。则可求出大米的密度为________________(用m、V1、V2表示)。(3分) (4)第(3)问中，若读出注射器上的体积刻度为V3之后，用手握住注射器左侧的大部分位置，向外拉动活塞，其余操作无误，继续采集若干数据，请在图(c)中大致画出大于V3部分的图线。(3分) 解析：(1)由于连接注射器与压强传感器之间软管内的气体不可忽略，当压强增加后，连接部分软管内的气体体积也减小，但连接部分体积未变，则注射器中有气体进入连接部分，相当于注射器漏气，当V减小时， 增大， p随之增加的程度不是线性关系，当V越小时，压强越大，进入软管内的气体越多，压强增加程度越小，斜率越小，故绘出的p ­ 图像可能为C。故选C。 (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，根据玻意耳定律p(V＋V0)＝C，则有＝C，当为0时，V＝－V1，代入上式得V0＝V1。 (3)设大米的体积为V米，以注射器内及软管内封闭的气体为研究对象，由玻意耳定律p(V＋V0－V米)＝C，则有＝C(V＋V0－V米)，当为0时，V＝V2，代入上式得V米＝V2＋V0＝V2＋V1，则可求出大米的密度为ρ＝＝。 (4)用手握住注射器左侧的大部分位置，向外拉动活塞时，气体的温度会增加，由理想气体状态方程V＝C知，随着体积增加， ­V图像的斜率减小，故图像如图。 答案：(1)C　(2)V1　(3)　(4)见解析 学科网（北京）股份有限公司 $$