第15章 第五讲 探究气体压强与体积的关系(基础实验)（课件）-【新高考方案】2026年高考物理一轮总复习（普高基础版）

探究气体压强与体积的关系(基础实验) 第五讲 1 落实基本知能 2 CONTENTS 目录 迁移拓展训练 落实基本知能 一、理清原理与操作 原 理 装 置 图 保持环境温度不变，缓慢改变柱塞位置，读出每次压力表的读数和空气柱的长度(计算出气体体积) 操 作 要 领 (1)测量注射器柱塞的直径，计算其横截面积S。 (2)按实验原理图安装好仪器。 (3)使柱塞处于适当的位置，安装好橡胶套，密封一定质量的空气。 (4)待柱塞稳定时，由压力表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 续表 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与柱塞的横截面积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，应在柱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得过快会使空气柱的温度变化引起误差。 (3)柱塞直径的测量、空气柱长度的测量、压力表的读数等引起的误差。 迁移拓展训练 1.(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 答案：B　 解析：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)。  答案：2.04×105　 解析：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”)。  答案：增大 解析：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。 2.(2024·山西晋中模拟)如图甲所示，用一个带有刻度的注射器及计算机辅助系统来探究气体压强与体积的关系，实验中所研究的对象是封闭在注射器内的气体，保持温度和气体质量不变，从注射器刻度直接读出它的体积，它的压强由压强传感器等计算机辅助系统得到。 (1)某同学在做本实验时，按实验要求组装好实验装置，然后缓慢推动活塞，使注射器内空气柱从初始体积20.0 mL减为12.0 mL。实验共测出五组数据，每次体积值直接从注射器的刻度读出并输入计算机，同时由压强传感器测得对应体积的压强值，实验完成后，计算机屏幕上显示出如下表所示的实验结果： 序号(组) 1 2 3 4 5 V(mL) 20.0 18.0 16.0 14.0 12.0 p(×105 Pa) 1.02 1.13 1.38 1.45 1.68 以上测量数据可能错误的是第　　　组。  答案：3　 解析：5组实验数据，压强p(×105 Pa)和体积V(mL)的乘积分别为20.40、20.34、22.08、20.30、20.16。根据玻意耳定律，一定质量的理想气体，在温度不变的情况下，压强和体积的乘积不变。第1、2、4、5组数据在测量误差范围内，第3组测量数据可能错误。 (2)某同学在一次实验中，计算机屏幕显示如图乙所示，其纵坐标表示封闭气体的压强，则横坐标表示的物理量是封闭气体的　　　。  A.热力学温度T　　　　 B.摄氏温度t C.体积V D.体积的倒数 答案：D　 解析：实验中注射器内气体的温度和质量不变，根据理想气体状态方程=C，可知p=CT·，则p-图像是过原点的直线，即横坐标表示的物理量是封闭气体体积的倒数，故选D。 (3)如果从注射器的满刻度处开始推动活塞，记录刻度值V，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p，用V-图像处理实验数据，得出图丙所示的图线，如果实验操作规范正确，那么V0代表__________________________________________________________。  答案：注射器与压强传感器连接部分的气体体积 解析：实验时气体的实际体积比注射器刻度值V大出V0，根据p(V+V0)=C，C为定值，则V=-V0，如果实验操作规范正确，而如题图丙所示的V-图线不过原点，则V0代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积。 3.某实验小组利用图甲所示装置进行“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)以及封闭的气柱的长度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 ___________________________________________________________； 答案：保持封闭气体温度不变　 解析：缓慢注入水银，目的是保持封闭气体温度不变，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。 (2)根据上述条件可知，大气压强为　　　　　　 cmHg(用所给的字母表示)；  答案：b 解析：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)；  答案：　 解析：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”)。  答案：偏大 解析：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。 4.(2025·山东威海期末)如图甲所示，某班级同学用传感器探究气体等温变化的规律，气体压强传感器通过塑料管与注射器相连，由注射器壁上的刻度可以读出气体的体积V；由压强传感器测得的压强值p在计算机屏幕上可以实时显示，这样就可以获得不同体积时气体压强的数值。由计算机作出图像，就可以判断p与V的关系。请回答下列问题： (1)下列说法正确的是　　　；  A.在柱塞与注射器壁间涂上润滑油以防止漏气 B.塑料管尽可能短些以减小实验误差 C.快速推动柱塞以避免气体与外界发生热交换 D.推动柱塞时，用手握住注射器以使装置更稳定 答案：AB　 解析：在柱塞与注射器壁间涂上润滑油以防止漏气，故A正确；塑料管尽可能短些以减小实验误差，故B正确；实验时应缓慢推拉活塞使气体与外界发生热交换，保持气体温度不变，故C错误；为使气体做等温变化，推动柱塞时，不能用手握住注射器，故D错误。 (2)A组同学得到如图乙所示的p-V图像，为进一步探究气体等温变化的规律，该组同学又作出了p-图像如图丙所示，由此得出的实验结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；  答案：一定质量的理想气体等温变化时，气体的压强与体积成反比　 解析：p-图像为一条过原点的直线，由此得出的实验结论是：一定质量的理想气体等温变化时，气体的压强与体积成反比。 (3)在相同温度下，B、C两个小组进行了实验，并在相同坐标标度下作出了图像，如图丁所示。两组同学注射器内的气体质量分别为mB和mC，由图像可知mB　　　mC(选填“>”“=”或“<”)；  答案：>　 解析：根据理想气体状态方程pV=nRT，整理得p=，则图像的斜率为k=nRT，由题图丁可知kB>kC，可得nB>nC，根据n=，可得mB>mC。 (4)图丁中C组图像弯曲的原因是　　　　。  A.实验过程中漏出了部分气体 B.实验过程中气体温度升高 答案：B 解析：根据理想气体状态方程pV=nRT，整理得p=，则图像的斜率为k=nRT，题图丁中C组图像弯曲，可知图像的斜率增大，弯曲的原因是实验过程中气体温度升高；若实验过程中漏出了部分气体，图像的斜率将减小，故选B。 5.(2025·广东广州期末)某同学用如图所示实验装置探究一定质量的气体发生等温变化时压强与体积的关系。将注射器活塞移动到体积最大的位置，接上软管和压强传感器，记录此时注射器内被封闭气体的压强p和体积V；推动活塞压缩气体，记录多组气体的压强和体积。 (1)关于该实验下列说法正确的是　　　　。  A.改变气体体积时应缓慢推拉活塞 B.为方便推拉活塞，要用手握注射器再推拉活塞 C.在活塞与注射器壁间涂上润滑油主要是为了减小摩擦 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 答案：AD　 解析：实验中为了使气体能够做等温变化，改变气体体积应缓慢推拉柱塞，故A正确；推拉柱塞时用手握住注射器，会使气体温度变高，故B错误；柱塞上涂润滑油是为了防止漏气，并不是为了减小摩擦，故C错误；发生等温变化，有=，注射器旁的刻度尺如果刻度分布均匀，可以用气体的长度来间接表示体积，可以不标注单位，故D正确。 (2)分别在环境温度为T1、T2(T1<T2)时完成上述探究活动。下列反映实验过程中气体压强p随体积V变化规律可能正确的是　　　　。  答案：BD　 解析：对于一定质量的理想气体，温度一定时，pV为定值，且温度越高，pV越大，A错误，B正确；对于一定质量的理想气体，温度一定时，p与成正比，斜率即pV的乘积，故斜率越大温度越高，C错误，D正确。 (3)实验小组根据实验数据，作出的p-图像是一条过坐标原点的倾斜直线，可以得出结论：　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　。  答案：一定质量的理想气体，温度不变时，压强与体积成反比 解析：作出的p-图像是一条过坐标原点的倾斜直线，一定质量的理想气体，温度不变时，压强与体积成反比。 (4)该同学用此装置测量大米的密度。他取少许大米，先用天平测出其质量，再将其装入注射器内，重复上述实验操作，记录注射器上的体积刻度V和压强传感器读数p，根据实验测量数据，作出的V-图像可能是图中的　　　(选填“A”“B”或“C”)。 该同学未考虑软管中气体的体积，由此求出 大米的密度比真实值　　　　　(选填“偏大” “偏小”或“相等”)。  答案：A　偏大 解析：设大米的体积为V0，由理想气体方程得=C，化简得V=CT+V0，温度不变，V-图像应该是A图线。 根据题意，图线与纵轴交点的纵坐标表示的是大米的体积，由于注射器测量出来的体积未考虑软管中气体的体积，则测量的V0偏小，由密度ρ=，可知大米的密度比真实值偏大。 $$