第14章 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(教用Word)-【金榜题名】2026年高考物理一轮总复习

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 考向 定位 1.学会探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系；2.会用图像法处理实验数据． 实验思路与实验器材 实验操作 注意事项 1.实验思路 利用注射器封闭一段空气柱作为研究对象，在温度不变的情况下，测量气体在不同体积时的压强，再分析气体压强与体积的关系 2．物理量的测量 (1)空气柱的体积：空气柱的长度可以通过刻度尺读取，空气柱的长度与横截面积的乘积就是体积． (2)空气柱的压强：从与注射器内空气柱相连的压力表读取． 3．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． 1.安装器材(如图) 2．注射器两端有柱塞和橡胶套，管内密封一段空气柱，这段空气柱就是我们的研究对象．在实验过程中，我们可以近似认为空气柱的质量和温度不变． 3．用手把柱塞向下压，选取几个位置，同时读出刻度尺读数与压强，记录数据． 4．用手把柱塞向上拉，选取几个位置，同时读出刻度尺读数与压强，记录数据．在该实验中，由于我们可以直接用刻度尺读数作为空气柱体积，故无需测量空气柱的横截面积． 1.适用条件是温度保持不变，所以操作要缓慢，不能用手握住注射器，才能保证温度不变． 2．要等到示数稳定之后，再去读数． 3．研究对象为一定质量的气体，防止漏气． 数据 处理 1.以压强p为纵坐标，以体积V为横坐标建立p－V坐标系，画出气体等温变化的p－V图像，由于图像是曲线，不能说明压强与体积成反比． 2．以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标，建立p－坐标系，画出气体等温变化的p－图像，图像是过原点的倾斜直线，说明压强与体积成反比． 考点一　教材原型实验 [例1]　某同学用如图所示装置探究气体等温变化的规律． (1)在实验中，下列哪些操作是不必需的________． 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)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是____________； (3)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____________． (4)下列图像中，最能直观反映气体做等温变化的规律的是____________． A.　　　B． C. D． 【解析】　(1)A.为了保证气体的质量不变，需要用橡胶套密封注射器的下端，故A正确，不符合题意； B.由于玻璃管粗细均匀，因此用游标卡尺测量柱塞的直径的操作不需要，故B错误，符合题意； CD.探究气体等温变化的规律，实验时需要读取压力表上显示的气压值和读取刻度尺上显示的空气柱长度，故CD正确，不符合题意． 故选B. (2)确保气体质量在实验过程中保持不变．通过在柱塞上涂抹润滑油，可以有效减少气体泄漏，防止漏气，从而保证实验的准确性，故填在柱塞上涂上润滑油． (3)不用手握住玻璃管(或注射器)，并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是保证气体状态变化过程中保持玻璃管内的空气温度不变，故填保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变． (4)根据气体等温变化规律可得 pV＝C 解得p＝C 可知p－图像是过原点的直线，此图最能直观反映气体做等温变化的规律． 故选C. 【答案】　(1)B (2)在柱塞上涂上润滑油 (3)保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变 (4)C [对点训练] 1．(2025·宁夏吴忠期末)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．从压力表上读取空气柱的压强，从注射器旁的刻度尺上读取空气柱的长度． (1)实验时，为判断气体压强与体积的关系，________(填“需要”或“不需要”)测出空气柱的横截面积； (2)关于该实验，下列说法正确的是(　　) A.为避免漏气，可在柱塞上涂抹适量润滑油 B.实验中应快速推拉柱塞，以免气体进入或漏出注射器 C.为方便推拉柱塞，应用手握紧注射器再推拉柱塞 (3)测得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，作出图像如图乙所示．图像向下弯曲的可能原因有(　　) A.实验过程中有进气现象 B.实验过程中有漏气现象 C.实验过程中气体温度降低 D.实验过程中气体温度升高 解析：(1)横截面积相同，每一次体积的改变，只需要比较空气柱长度的变化即可，故不需要测量空气柱的横截面积； (2)A.为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是注射器上涂上润滑油防止漏气，故A正确； B.若急速推拉活塞，则有可能造成等温条件的不满足，所以应缓慢推拉活塞，故B错误； C.手握紧活塞会导致温度的变化，故C错误； 故选A. (3)CD.图像发生了弯曲，根据＝C，可得 p＝CT 则有可能时实验中温度发生了变化，因图像向下弯曲斜率变小，故有可能是温度降低了，故C正确，D错误； AB.根据图线的斜率可知，如果温度不变，则说明气体的质量变小了，发生了漏气现象，故B正确，A错误． 故选BC. 答案：(1)不需要 (2)A (3)BC 考点二　实验创新拓展 [例2]　(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________． 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(保留三位有效数字). (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”). 【解析】　(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，p与成正比，故选B. (2)若气体被压缩到V＝10.0 mL，则有＝ mL-1＝100×10-3 mL-1，由图乙可读出封闭气体压强为p＝2.04×105 Pa. (3)某组同学进行实验时，正确记录数据时为p(V0＋ΔV)，一同学在记录数据时漏掉了ΔV，该数据记为pV0，则计算结果之差的绝对值为p(V0＋ΔV)－pV0＝pΔV，由于ΔV为定值，可知随p的增大计算结果之差的绝对值会增大． 【答案】　(1)B　(2)2.04×105　(3)增大 [对点训练] 2．在“用DIS研究一定质量的气体在体积不变时，其压强与温度的关系”实验中，实验装置如图甲所示： (1)图甲中传感器A为________传感器，传感器B为________传感器； (2)某同学测得压强与摄氏温度的数据，并在p－t坐标系中作图，获得如图乙的图像．图线延长线与横轴交点的温度被开尔文称为________，其物理意义是__________； (3)另一同学先后用大小不同的两个试管甲、乙(V甲>V乙)，封闭了质量不同，但初始温度和压强都相同的同种气体做实验．若将测得的压强p与摄氏温度t的数据，在同一p－t坐标系中作图，得到的图像应是丙图中的(　　) 解析：(1)传感器A是与热敏元件连在一起的，所以能够感应到试管中温度的变化，显示出试管中的温度，所以应该是温度传感器；因为气体的体积不变，研究气体的温度和压强的变化关系，则传感器B应该是压强传感器． (2)对一定质量的理想气体来说，在体积不变时，根据理想气体状态方程＝C，可知其压强与绝对温度的关系为正比例关系，图线应该是一条过绝对零点的倾斜直线，所以若是压强对应摄氏温度的情况，其图线的延长线与横轴的交点坐标被开尔文称为绝对零度，其物理意义为宇宙的低温极限． (3)由理想气体状态方程pV＝nRT，可得 ＝ 两种气体的等容线都是延长线经过绝对零度的倾斜的直线，两种气体是初始温度和压强都相同的同种气体，所以摩尔数与体积之比相同，所以两图线相同，故选C. 答案：(1)温度　压强　(2)绝对零度　低温极限 (3)C 学科网（北京）股份有限公司 $$