79实验21　探究气体等温变化的规律-（配套课件）-【优化指导】2026年物理一轮复习高中总复习·第1轮（教科版）

高考总复习 物理 第十五章 热学 实验21　探究气体等温变化的规律 夯实 必备知识 夯实 必备知识 夯实 必备知识 夯实 必备知识 夯实 必备知识 夯实 必备知识 夯实 必备知识 夯实 必备知识 命题点一　教材原型实验 角度1　实验操作与注意事项 1．质量不变：实验前将管塞戴牢固，在活塞上涂好润滑油避免漏气，以保证气体的质量不变。 2．温度不变：缓慢改变气体体积，并防止手接触注射器，等稳定后再读出气体压强，以保证气体的温度不变。 提升 关键能力 [典例1] 现用“探究气体等温变化的规律”的仪器来测量大气压强p。注射器针筒已被固定在竖直方向上，针筒上所标刻度是注射器的容积，最大刻度Vm＝10 mL。注射器活塞已装上钩码框架，如图所示。此外，还有一架托盘天平、若干钩码、一把米尺、一个针孔橡皮帽和少许润滑油。 提升 关键能力 (1)下面是实验步骤，试填写所缺的②和⑤。 ①用米尺测出注射器针筒上全部刻度的长度L。 ②__________________________________。 ③把适量的润滑油抹在注射器的活塞上，将活塞插入外筒中，上下拉动活塞，使活塞与针筒的间隙内均匀地涂上润滑油。 ④将活塞插到适当的位置。 ⑤__________________________________。 提升 关键能力 ⑥在钩码框架两侧挂上钩码，记下挂上的钩码的质量m1。在达到平衡后，记下注射器中空气柱的体积V1。在这个过程中不要用手接触注射器以保证空气柱温度不变。 ⑦增加钩码的个数，使钩码的质量增大为m2，达到平衡后，记下空气柱的体积V2。 (2)计算大气压强p的公式是____________________________。(用已给的和测得的物理量表示，重力加速度为g) 提升 关键能力 提升 关键能力 提升 关键能力 角度2　数据处理及误差分析 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。 提升 关键能力 提升 关键能力 [典例2] 用图甲所示装置探究气体等温变化的规律。 提升 关键能力 (1)实验中，为找到体积与压强的关系，________(填“需要”或“不需要”)测空气柱的横截面积。 (2)关于该实验的操作，下列说法正确的有________。 A．活塞上应该涂油 B．应缓慢推拉活塞 C．用手握住注射器推拉活塞 D．注射器必须固定在竖直平面内 提升 关键能力 提升 关键能力 解析：(1)由于注射器的横截面积相等，所以在此实验中可用长度代替体积，故不需要测空气柱的横截面积。 (2)柱塞上涂油，既减小摩擦，又防止漏气，A正确；若急速推拉活塞，则有可能造成漏气和不满足等温条件，所以应缓慢推拉活塞，B正确；手握注射器会造成温度变化，C错误；压强由压力表测量，不是由竖直的平衡条件计算，所以不需要竖直放置，D错误。 提升 关键能力 提升 关键能力 命题点二　实验的拓展与创新 角度1　实验器材的创新 应用传感器采集实验数据，结合计算机完成数据的处理分析，方便得出实验规律。 提升 关键能力 [典例3] (2025·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： 提升 关键能力 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。 提升 关键能力 (1)关于本实验的基本要求，下列说法正确的是________(填选项前的字母)。 A．移动活塞时应缓慢一些 B．封闭气体的注射器应密封良好 C．必须测出注射器内封闭气体的质量 D．气体的压强和体积必须用国际单位 提升 关键能力 提升 关键能力 (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。环境温度分别为T1、T2，且T1＞T2。在如图所示的四幅图中，可能正确反映相关物理量之间关系的是________(填选项的字母)。 提升 关键能力 提升 关键能力 提升 关键能力 提升 关键能力 提升 关键能力 提升 关键能力 [典例4] 为了测量某不规则小物体的体积，一名同学进行了如下实验： 提升 关键能力 提升 关键能力 (1)根据图线，可求得不规则物体的体积约为________ mL。 (2)如果在上述实验过程中，注射器内气体的温度升高，那么，所测不规则物体体积值________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。 (3)为提高实验的准确性，操作过程中要注意的事项有 ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 提升 关键能力 答案：(1)5.0　(2)偏大　(3)缓慢推动活塞、手不接触含气体部分的注射器、注意气密性 提升 关键能力 提升 关键能力 提升 关键能力 1．(2023·江苏卷)在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是(　　) B A．把活塞快速地向下压 B．把活塞缓慢地向上拉 C．在管塞处接另一注射器，快速推动该注射器活塞 D．在管塞处接另一注射器，缓慢推动该注射器活塞 解析：该实验过程中要保证气体的温度保持一致，所以实验中要缓慢地推动活塞，目的是尽可能保证气体在实验过程中的温度保持不变，A错误，B正确；实验中为了方便读取封闭气体的体积，不需要在管塞处接另一注射器，C、D错误。 2．(2023·山东卷)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。活塞上端固定一个托盘，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。 (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)某组同学进行实验时，一名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”)。 答案：(1)B　(2)2.04×105　(3)增大 3. (2025·四川内江高三测试)某物理实验小组为了探究在压强不变的情况下气体的体积与热力学温度的关系，选用了如图甲所示的实验装置，图中压强计的指针可指示出管内气柱的压强，刻度可指示出气柱的体积，整个装置安装在固定架上，实验中气柱质量不变。 (1)将下列实验步骤补充完整； ①在烧杯中放入冰水混合物，使其浸没气柱，压强计示数稳定后，记下冰水混合物的热力学温度T、气柱的体积V和压强p0。 ②改变烧杯内的水温，使水浸没气柱，经过一段时间后，缓慢调节活塞位置改变气柱的体积，使压强计的示数为________，记下气柱体积和水的热力学温度。 ③多次改变水温，重复步骤②。 (2)下表为某次实验记录的数据： 实验次数 1 2 3 4 5 6 7 T/K 273 283 300 313 325 333 347 V/mL 10.0 10.4 11.0 11.4 12.0 12.2 12.7 (3)根据表格中的数据在图乙给出的坐标系中补齐数据点，并作出V－T图线。 (4)根据作出的V－T图线可知，一定质量的气体在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成________关系。 答案：(1)②p0　(3)见解析图　(4)线性 解析：(1)②本实验是探究在压强不变的情况下气体的体积和热力学温度的关系，故需要控制压强保持不变，使压强计示数为p0。 (3)根据表格的数据，补齐数据点并描点连线，作出如下图线。 4．(2025·广西玉林高三质检)某实验小组的同学利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律，注射器中密封了一定质量的理想气体。 (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)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，作出的图线如图乙所示。 谢谢观看！ 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．实验原理 本实验就是研究在温度不变时，气体的压强与体积之间的关系。在温度不变的条件下，气体压强增大时，体积减小；气体压强减小时，体积增大。 3．实验设计 方案1　应用气柱玻管 如图所示，气柱玻管如同注射器一样分活塞和外管两部分。 活塞的中心轴上有一细玻璃管，其下端与被测气体相通，上端与压强计相连，压强计的指针直接指示出管内气体的压强。 整个装置安装在固定架上，固定架上设有体积标尺，指示出管内气体的体积。 方案2　应用压强传感器 用注射器密闭一定质量的气体并接入压强传感器，压强传感器通过数据采集器与计算机相连，由此计算机获得了气体的压强数值。 从注射器壁上的刻度可直接读出气体的体积。 启动相应程序，缓慢改变注射器内气体的体积，并将其输入程序中，即可得到所需的图线。 4．实验操作 (1)按照方案1(或方案2)连接装置，并仔细检查装置的密封性。 (2)把活塞顶端置于刻度“2”处(或某一刻度处)，记下管内空气的体积V和对应的压强p。 (3)缓慢推动活塞，用同样的方法得到多组体积和压强的测量值，将这些值填入表1中(或输入计算机)。 表1　实验数据 实验次数 1 2 3 4 5 6 V/cm3 /cm－3 p/kPa (4)建立p－坐标系，根据表1的记录值将所测数据在坐标系中描点，在图上作出p－图像(或在计算机中直接读取图线)。 3．作图：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。 答案：(1)②称出活塞和钩码框架的总质量M　⑤将注射器针筒上的小孔用橡皮帽堵住 (2)p＝(－M) 解析：(2)活塞的横截面积为S＝① 由力学平衡条件得p1＝p＋g② p2＝p＋g③ 由玻意耳定律得p1V1＝p2V2④ 联立解得大气压强p＝(－M)。 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。 (3)测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，以p为纵坐标，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，由测得的数据发现p与V的乘积值越来越小，则用上述方法作出的图像应为图乙中的________(填“①”或“②”)，造成该现象的原因可能是________。 答案：(1)不需要　(2)AB　(3)②　漏气 (3)由＝C，可得p＝CT·，则p－图像的斜率为k＝CT，又因pV＝CT，且p与V的乘积值越来越小，则图像的斜率越来越小，图像将向下弯曲，图②是小明组所绘，造成这种情况的原因可能是漏气。 (2)为了能最直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系，应作出________(填“p－V”或“p－”)图像。对图线进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条____________，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。 答案：(1)AB　(2)p－　过原点的倾斜直线(或正比例函数直线)　(3)AC 解析：(1)移动活塞时应缓慢一些，以保证气体的温度不变，A正确；封闭气体的注射器应密封良好，要保证气体的质量不变，B正确；等温变化的规律为p1V1＝p2V2，实验中不必测出气体的质量，但必须测出注射器内封闭气体的体积，C错误；气体的压强和体积使用同一单位制的单位即可，不是必须用国际单位，D错误。 (2)根据pV＝C可知p＝，则为了能最直观地判断出气体压强p与气体体积V的函数关系，应作出p－图像。对图线进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条过原点的倾斜直线(或正比例函数直线)，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。 (3)在p－V图像中，画出一条平行于p轴的等容线，若T1＞T2，由＝C可知p1＞p2，A正确，B错误；由＝C可知，p＝CT，则p－图像的斜率越大，温度越高，因T1＞T2，C正确，D错误。 角度2　实验目的上的创新 由探究气体压强和体积的关系迁移为测量不规则小物体的体积。 ①将不规则物体装入注射器内。 ②将注射器和压强传感器相连，然后推动活塞至某一位置，记录活塞所在位置的刻度V，压强传感器自动记录此时气体的压强p。 ③重复上述步骤，分别记录活塞在其他位置的刻度V和记录相应气体的压强p。 ④根据记录的数据，作出－V图像，推测出不规则物体体积。 解析：(1)实验测得的体积实际上是不规则物体体积与气体体积之和，对于被封闭的气体，根据理想气体状态方程可知＝C，得＝。当T保持不变，趋向于0时，则气体体积趋向于0，从－V图像可知，横轴截距表示不规则物体的体积为5.0 mL。 (2)当气体温度升高，气体的体积趋于膨胀，更难被压缩，所作的－V图线与横轴的交点将向右平移，所测不规则物体体积偏大。 (3)一定质量的气体只有温度保持不变时，体积与压强才成反比，所以完成本实验的基本要求是质量和温度不变。 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 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，B正确。 (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，一名同学在记录数据时漏掉了ΔV，则在计算pV乘积时，根据p(V0＋ΔV)－pV0＝pΔV可知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的增大而增大。 (4)根据作出的V－T图线可知，一定质量的气体在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成一次线性关系。 (3)为能更准确地测出气体的压强，某同学直接用细软管连通注射器和另一压强传感器(测量压强更准确)，如图丁所示。测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，若以为纵坐标作出的图线如图丙所示，而该图线不过原点，为减小这一实验误差且图线仍为直线，下列措施不可行的是________。 A．选用容积较大的注射器 B．实验中气体的体积不要压缩得过小 C．改用p为纵坐标，为横坐标 D．测出细软管中气体的体积 答案：(1)不需要　(2)　(3)C 解析：(1)设气体初状态压强是p1，空气柱长度为L1，气体末状态的压强是p2，空气柱长度为L2，空气柱的横截面积为S，由玻意耳定律可得p1L1S＝p2L2S 则有实验需要验证p1L1＝p2L2 因此不需要测出空气柱的横截面积。 (2)一定质量的理想气体发生等温变化时，则有pV＝C 气体压强与体积之间是反比关系，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，作出的p－图像为过原点的倾斜直线。 (3)注射器容积较小时，被封闭的气体量较小，实验误差较大，因此应选用容积较大的注射器，故A不满足题意要求；实验中气体的体积压缩得过小，实验误差会较大，因此实验中气体的体积不要压缩得过小，故B不满足题意要求；实验误差的大小与是否改用p为纵坐标，为横坐标无关，故C满足题意要求；为减小实验误差，实验中一定要使气体的质量不变，因此要测出软管中气体的体积，故D不满足题意要求。 $$