第15章 第六讲 实验：探究气体压强与体积的关系（课件）-【创新方案】2026年高考物理一轮复习（福建专版）

实验：探究气体压强与体积的关系 第 六 讲 |理|清|实|验|原|理|与|方|案| 一、理清原理与操作 原 理 装 置 图 保持环境温度不变，缓慢改变活塞位置， 读出每次气压计的读数和空气柱的长度 (计算出气体体积) 续表 操 作 要 领 (1)测量注射器活塞的直径，计算其横截面积S。 (2)按实验原理图安装好仪器。 (3)使活塞处于适当的位置，安装好橡胶套，密封一定质量的空气。 (4)待活塞稳定时，由气压计读出管内气体的压强p，从玻璃管的刻度上直接读出管内气体柱的长度，计算出气体柱的体积V，并记录到设计好的表格内。 (5)保持温度不变，把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度(计算出气体柱对应的体积)与压强的几组数据，并记录到设计好的表格内。 (6)实验完毕，整理实验仪器 二、掌握数据处理方法 1.空气柱的体积V等于空气柱长度L与活塞的横截面积S的乘积。 2.以压强p为纵坐标，以体积V为横坐标，作出p-V图像，如图甲所示；再以体积的倒数为横坐标，作出p-图像，如图乙所示。 三、强化重点环节和关键能力 1.注意事项 (1)为保证气体密闭，应在活塞与注射器壁间涂上润滑油。 (2)为保持气体温度不变，实验过程中不要用手握住注射器有密闭气体的部位；同时，应缓慢改变气体体积。 (3)注射器内外气体的压强差不宜过大。 (4)在等温过程中，气体的p-V图像呈现为双曲线，不便确定p与V的关系，要通过坐标变换，画p- 图像，把双曲线变为直线，以方便判断p和V成反比。 2.误差分析 (1)橡胶套密封不严会使空气柱的质量变化引起误差。 (2)实验过程环境温度变化、柱塞向下压或向上拉地过快会使空气柱的温度变化引起误差。 (3)活塞直径的测量、空气柱长度的测量、气压计的读数等引起的误差。 |训|练|注|重|创|新|与|发|展| 1.如图甲所示，用传感器探究气体等温变化的规律，研究对象是注射器中的空气柱。气体压强传感器通过塑料管与注射器相连，可以测得气体的压强p。由注射器壁上的刻度可以读出气体的体积V，由于没有考虑注射器与压强传感器连接部位气体的体积，作出的-V图像如图乙所示。横坐标每一格代表1 mL，纵坐标每一格代表1.5×10-6(Pa-1)。则连接部位气体的体积为(　 ) A.1 mL　　 B.2 mL　　 C.3 mL　　 D.4 mL √ 解析：设连接部位气体的体积为V0，根据玻意耳定律可得p(V+V0)=C，可得=，由-V图像可知，当=0时，V=-2 mL，代入解得V0=2 mL，故选B。 2.某校实验小组同学探究气体等温变化规律的简易装置图如图所示，下表中是该小组的实验记录数据。 序号 V/mL p/(×105 Pa) pV/(×105 Pa·mL) 1 20 1.001 0 20.020 2 18 1.095 2 19.714 3 16 1.231 3 19.701 4 14 1.403 0 19.642 5 12 1.635 1 19.621 (1)若要研究p、V之间的关系，绘制图像时应选用　　　  作为坐标系。 p- 解析：(1)由理想气体的状态方程=C可知，若选p-V作为坐标系，得到的是等温曲线；若选p- 作为坐标系，得到一条延长线过坐标原点的直线。后者更方便且直观，便于分析问题，所以选p-作为坐标系。 (2)仔细观察发现，pV的值越来越小，可能的原因是　　　　　　　。  有气体漏出 解析：(2)因研究的过程是等温变化，由方程pV=nRT(n表示物质的量，T表示绝对温度，R是常数)可知，pV值越来越小，说明n减小，即物质的量在减小，说明有气体漏出。 3.(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 B 解析：(1)由于题图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明p与成正比，故B正确。 (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)。  2.04×105 解析：(2)由图像可知当V=10.0 mL时，=0.1 mL-1=100×10-3mL-1，对应p=204×103 Pa=2.04×105 Pa。 (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”)。  增大 解析：(3)其计算结果与正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值为pΔV，且随p的增大，pΔV的值也增大。 4.(2025·武夷山模拟)某实验小组利用如图甲所示装置进行“探究气体的等温变化规律”实验，通过向竖直放置的U形玻璃管开口端多次注入水银改变气体的状态，每次缓慢注入水银后，均测量U形玻璃管两端液面的高度差h1(cm)以及封闭的气柱长度h2(m)。一次实验中，该小组通过多次测量记录多组h1和h2的数据，然后以h1为纵坐标、以为横坐标作出h1-图像如图乙所示，已知图像的斜率为k，图像与纵轴的截距为-b。 (1)实验中，每次注入水银时都需要缓慢注入，其目的是　　　　　　　　　　　　；  解析：(1)缓慢注入水银，目的是保持封闭气体的温度不变，如果快速注入，外界对气体做功，气体内能会增加，温度会升高，如果缓慢注入，即使气体瞬间会升高，但很快通过散热，又会回到原来的温度，因此是等温变化。 保持封闭气体的温度不变 (2)根据上述条件可知，大气压强为　　　　 cmHg(用所给的字母表示)；  b 解析：(2)设玻璃管横截面积为S，对封闭气体，满足玻意耳定律，有h2S=C(C与封闭气体的质量和温度有关) 即h1=·-p0，结合图像乙可知=k，p0=b，则大气压强为b cmHg。 (3)某次实验中，测得的h1=h0，则此时封闭的气柱长度为　 　m (用所给的字母表示)；  解析：(3)某次实验中，测得的h1=h0，由h1=k·-b，可得h2=，则此时封闭的气柱长度为 m。 (4)该小组先后进行了两次实验，两次实验中封闭的气体质量相同，但在第一次实验中的环境温度要比第二次实验中的环境温度高，则第一次实验得到的h1-图像的斜率相比第二次实验得到的h1-图像的斜率　　　　(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。  偏大 解析：(4)由=C(该处C仅与封闭气体质量有关)，可得h1=·-p0，由于在第一次实验中的环境温度要比第二次实验中的环境温度高，则第一次实验得到的h1-图像的斜率相比第二次实验得到的h1-图像的斜率偏大。 5.(2025·永安阶段练习)某实验小组使用如图甲所示装置探究等压情况下一定质量气体的体积与温度的关系。注射器中密封了一定质量的气体，柱塞下使用细绳悬挂一重物，整个装置置于控温箱内，控温箱内气体始终与外界相通，通过改变控温箱温度读取多组温度、体积数值，并作体积V与热力学温度T的图像。 (1)实验过程中，下列说法正确的是 (　 ) A.改变控温箱温度后，应等待足够长时间，温度计示数稳定后再读取空气柱体积 B.柱塞处涂抹润滑油的目的是减小摩擦而非密封气体 C.实验过程要保证空气柱密闭性良好 AC 解析：(1)改变控温箱温度后，应该等待足够长时间，温度计示数稳定后再读取空气柱体积，故A项正确；柱塞处涂抹润滑油的目的是密封气体，保证空气柱密闭性良好，故B项错误；该实验过程要保证空气柱密闭性良好，故C项正确。 (2)若实验操作规范无错误，作出V-T图像，如图乙所示，图像不过原点的原因是　　　　　　　　　　　 　　。  未考虑橡胶塞内气体的体积 解析：(2)设橡胶塞内气体体积为ΔV，有=C 整理有V=T-ΔV 所以V-T图像不过原点的原因是未考虑橡胶塞内气体的体积。 (3)改变重物质量，再次实验，得到两条直线，如图丙所示，两条直线斜率分别为k1、k2，重物及柱塞质量之和分别为m1、m2，若测得柱塞横截面积为S，重力加速度为g，大气压强可表示为：　 　　　　(忽略柱塞与注射器之间的摩擦，使用题中所给字母表示)。  p0=　 解析：(3)由上述分析可知，V-T图像的斜率为，所以有k1=，k2= 对柱塞及重物受力分析，有p1S+m1g=p0S p2S+m2g=p0S 解得p0=。 (4)某组员认为：若将控温箱密闭，与外界大气不相通，当控温箱内温度缓慢升高时，柱塞和重物的高度会不降反升，请问其观点是否正确?　　　　(选填“正确”或“不正确”)  正确 解析：(4)若将控温箱密闭，当控温箱内温度升高时，假设柱塞不动，有= 注射器内气体与控温箱内气体温度始终相同，结合之前的分析可知p空气柱<p控温箱 所以有Δp空气柱<Δp控温箱 即柱塞会上升，所以该观点正确。 6.如图甲所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，将注射器活塞移动到适当的位置，逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器和计算机。推、拉活塞，改变注射器内气体体积，根据注射器针筒上的刻度读出体积值并输入计算机，同时由压强传感器将对应体积的压强值通过数据采集器传送给计算机，实验完成后，实验模拟系统即可按要求显示出各种图线。 (1)关于该实验下列说法正确的是　　　　。  A.为方便推拉活塞，可以用手握住注射器 B.实验中气体的压强和体积都可以通过数据采集器获得 C.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 D.实验过程中要以较快的速度推拉活塞，以免操作动作慢使空气柱的质量发生改变 C 解析：(1)为避免温度发生变化，不能用手握住注射器，故A错误；实验中气体的体积不是通过数据采集器获得的，故B错误；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C正确；为避免温度发生变化，实验过程中不能以较快的速度推拉活塞，故D错误。 (2)根据玻意耳定律，p-V图线理论上是一条　　　　(选填“抛物线”“双曲线”或“倾斜直线”)，所以无法从输出的p-V图线中直观地反映出p与V的关系，但是我们可以输出p-或 V-图线，下面能正确反映它们之间关系的是　　　(注射器与压强传感器连接处软管的体积不能忽略)  双曲线 BD 解析：(2)根据玻意耳定律pV=C，可知p-V图线理论上是一条双曲线； 根据p(V+V0)=C 可得p=<，由于在使注射器内空气体积逐渐减小的过程中，压强增加，部分气体进入软管内，导致实际增加的压强值偏小，所以p-图像的图线向下弯曲，所以画出的p-的图像应为D图；注射器与压强传感器连接处软管的体积不能忽略，根据V=C-V0，所以V-的图像应为B图。 (3)某同学想利用该装置测量出一个不规则形状小石块的体积，在连接器材时，他将小石块放进注射器针筒内，然后按规范的操作完成实验，输出的V-图线如图乙所示，已知注射器与压强传感器连接软管的体积为Va，则小石块的体积为　　　　。  Va+Vb 解析：(3)根据玻意耳定律有p(V+Va-V石)=C，整理可得V=C+V石-Va，根据图像乙可知石头的体积为V石=Va+Vb。 $$