第2章 2. 第1课时 实验：探究气体等温变化的规律-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册作业与测评word（人教版2019）

2.气体的等温变化 第1课时　实验：探究气体等温变化的规律 典型考点一　实验思路与操作 1．同学们利用如图所示的装置进行探究气体等温变化的规律的实验。 (1)在实验中，下列哪些操作不是必需的________。 A．用橡胶套密封注射器的下端 B．用游标卡尺测量柱塞的直径 C．读取压力表上显示的气压值 D．读取刻度尺上显示的空气柱长度 (2)实验装置用铁架台固定，而不是用手握住玻璃管(或注射器)，并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是__________________________________________。 答案　(1)B (2)保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变 解析　(1)为了保证装置的气密性使气体质量不变，应用橡胶套密封注射器的下端，故A不符合题意；由于注射器的直径均匀恒定，根据V＝LS可知，空气柱体积与长度成正比，所以只需读取刻度尺上显示的空气柱长度，无需测量柱塞的直径，故B符合题意，D不符合题意；为了得知气压的变化情况，需要读取压力表上显示的气压值，故C不符合题意。故选B。 (2)手握玻璃管(或注射器)时手的温度会影响气体的温度，实验过程中若气体压缩太快，则来不及与外界达到热平衡而使温度保持不变，所以题中要求的目的是保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变。 典型考点二　数据处理 2．在“探究气体等温变化规律”的实验中， (1)小明同学根据测量结果，作出p­V图像，如图所示，能否根据绘制的图线直接得到空气柱的压强跟体积的关系？如果能，请说明是什么关系；如果不能，请简单说明处理方法：__________________________________。 (2)若作出的p­图像中的各点位于过原点的同一条直线上，可得出结论：______________________________________________________。 (3)在不同温度环境下，另一位同学重复了上述实验，实验操作和数据处理均正确。若两个实验的环境温度分别为T1、T2，且T1>T2，在下列四幅图中，能大致反映相关物理量之间关系的是________。 答案　(1)不能，尝试作p­图像等 (2)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 (3)AC 解析　(1)由图甲可定性得出：V越大p越小，但由曲线图像不能直观地分析两个量之间的定量关系，所以应采用化曲为直的方法，尝试作p­图、p­图等，从而定量分析p与V的关系。 (2)若p­图像中的各点位于过原点的同一条直线上，即＝pV＝常数，说明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。 (3)作垂直于V轴、轴的辅助线，分别与两图线相交，交点处气体的体积相同，分子数密度相同，上方交点的压强大，则分子平均速率大，气体温度高，如图1、图2所示，故A、C正确。 [名师点拨]　用图像处理实验数据、分析误差时，先列出物理量之间的函数关系，再根据斜率、截距等得出结论。在分析气体的图像问题时，关键是作出平行于坐标轴的辅助线。 典型考点三　误差分析 3．使用如图1装置做“探究气体压强与体积的关系”的实验，已知压力表通过细管与注射器内的空气柱相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。 (1)甲同学在实验中，测得的实验数据如下表所示，仔细观察“p·V”一栏中的数值，发现越来越小，造成这一现象的可能原因是________。 序号 V(mL) p(×105 Pa) p·V(×105 Pa·mL) 1 20.0 1.0010 20.020 2 18.0 1.0952 19.714 3 16.0 1.2313 19.701 4 14.0 1.4030 19.642 5 12.0 1.6351 19.621 A.实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力越来越大 B．实验时环境温度增大了 C．实验时外界大气压强发生了变化 D．实验时注射器内的气体向外发生了泄漏 (2)乙同学在实验中操作规范，读数正确，经描点连线得V­图像如图2所示，已知该图像为一条倾斜直线，但未过原点，其原因可能是_________________________________________ ___________________________________________________________________________________________。 答案　(1)D　(2)连接压力表和注射器内空气柱的细管中有气体未计入 解析　(1)实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大，不会影响气体压强与体积，A错误；实验时环境温度增大了，由气体压强的微观解释分析可知，p、V乘积增大，B错误；实验时封闭气体压强与外界大气压强无关，C错误；实验时若注射器内的气体向外发生了泄漏，由气体压强的微观解释分析可知，p、V乘积减小，D正确。 (2)V­图像是一条倾斜直线，但未过原点，而是过(0，－V0)点，则p·(V＋V0)＝恒量，其原因可能是连接压力表和注射器内空气柱的细管中有气体未计入。 1．某同学用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系，实验装置如图所示，实验中通过注射器示数读出气体体积V，用气压传感器记录气体压强p。关于本实验过程中的说法正确的是(　　) A．推拉活塞时，动作要快，以免气体进入或漏出 B．推拉活塞时，为了稳定，手要握住注射器筒 C．压强传感器与注射器之间的软管脱落后，应立即重新接上，继续实验并记录数据 D．活塞和针筒之间的摩擦并不影响压强的测量 答案　D 解析　推拉活塞时，动作要慢，使气体温度与环境温度保持一致，A错误；推拉活塞时，手不能握住注射器筒，防止气体温度发生变化，B错误；压强传感器与注射器之间的软管脱落后，再重新接上，封闭气体质量发生变化，故需重新实验，C错误；实验使用的是气压传感器，活塞和针筒之间的摩擦并不影响压强的测量，D正确。 2．在做“用DIS研究温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”实验时，得到一组压强p与体积V的数据，并计算出p、V的乘积，如下表所示： 实验次数 压强p(Pa) 体积V(m3) pV值(Pa·m3) 1 1.59×105 0.75×10－5 1.19 2 1.20×105 1.00×10－5 1.20 3 0.97×105 1.25×10－5 1.21 4 0.75×105 1.60×10－5 1.20 5 0.60×105 2.00×10－5 1.20 (1)实验时除需保持气体温度不变外，还需保持气体的________不变。实验数据表明，在实验允许的误差范围内，气体的压强p与体积V成________比。 (2)如图所示，已将表格中记录的p、V数据画在p­V图中，请连接各数据点，作出p­V图像。 (3)若保持纵轴p不变，横轴改为________，则得到的实验图像为一条过原点的直线。 答案　(1)质量　反　(2)图见解析　(3) 解析　(1)研究一定质量的气体压强与体积的关系时，除需保持气体温度不变外，还需保持气体的质量不变。实验数据表明，在实验允许的误差范围内，气体的压强p与体积V的乘积保持不变，即p与V成反比。 (2)用平滑曲线连接各数据点，作出p­V图像如图所示。 (3)由p与V成反比可知，若保持纵轴p不变，横轴改为，则得到的实验图像为一条过原点的直线。 3.某实验小组用如图甲所示装置探究气体做等温变化的规律。已知压力表通过细管与注射器内的空气柱相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。从压力表中读取空气柱的压强，从注射器旁的刻度尺中读取空气柱的长度。 (1)实验过程中，下列说法正确的是________。 A．必须测出注射器内封闭气体的质量 B．活塞与针筒之间涂油主要是为了减小摩擦 C．柱塞移至某位置时，应迅速记录此时注射器内空气柱的长度和压力表的压强值 D．玻璃管外侧刻度均匀，但并非准确地等于1 cm、2 cm…，这对实验结果的可靠性不会有影响 (2)某同学测出了注射器内封闭气体的几组压强p和体积V的值后，以p为纵轴、为横轴，画出图像如图乙所示，则产生这种情况的可能原因是________。 A．实验过程中有漏气现象 B．实验过程中气体温度降低 C．实验过程中气体温度升高 D．实验过程中外面气体进入注射器，使注射器里面气体质量增加了 答案　(1)D　(2)CD 解析　(1)本实验目的在于探究气体做等温变化的规律，只需保持被测气体的质量和温度不变即可，不需要测出注射器内封闭气体的质量，故A错误；活塞与针筒之间涂油主要是为了防止漏气，B错误；柱塞移至某位置时，应等状态稳定后，再记录此时注射器内空气柱的长度和压力表的压强值，C错误；玻璃管外侧刻度均匀，但并非准确地等于1 cm、2 cm…，这对实验结果的可靠性不会有影响，D正确。 (2)图像发生了弯曲，在曲线部分任取一点A，用直线连接A点与原点O，再作平行于p轴的辅助线分别交两倾斜直线于D、B点，如图所示。由图可知，pA·VA＝pD·VD，pD>pB，VD＝VB，可得pA·VA>pB·VB，即气体的体积V较小时，随着V的减小，气体的pV值变大，由气体压强的微观解释可知，可能是气体的温度升高了，或者是质量增加了，故A、B错误，C、D正确。 7 学科网（北京）股份有限公司 $$