2026届高考物理一轮复习讲义：14.9 实验 验证气体的实验定律

( 等温变化实验 )§14.9 实验：验证气体的实验定律 ▲以验证等温变化规律（玻意耳定律）为例 1．实验器材：注射器、橡胶套、压力表（如图所示） 2．实验操作并读取实验数据 把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读出几组空气柱的长度与压强数据。 3．实验数据的处理 气体做等温变化时，压强和体积的关系在p－V图像中呈现为双曲线的一支， 如图甲所示。处理实验数据时，要通过变换画p－1/V图像，把双曲线变为直线， 说明p和V成反比，如图乙所示。这是科学研究中常用的数据处理的方法，因为 一次函数反映的物理规律比较直接，容易得出相关的对实验研究有用的参数。 ( 丙 甲 乙 )4．实验结论 一定质量的某种气体在温度不变的情况下， 压强p与体积V成反比，所以p－V图线是双曲 线的一支，但不同温度下的图线是不同的。如图 丙是一定质量的气体分别在T1、T2温度下等温变 化的p－V图线，其中温度较高的是T2。 ( （ b ） ) ( （ a ） )【例】用如图（a）装置验证等温状态下气体的实验定律，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。 ( （ c ） ) （1）甲同学实验中，测得的实验数据如表（b）所示，仔细观察“pV”一栏中的数值，发现越来越小，造成这一现象的可能原因是 A．推动活塞时，动作过快 B．实验时外界大气压强发生了变化 C．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−1/p图像如图（c）所示，图像是一条倾斜直线但未过原点，分析其未过坐标原点的最可能的原因： 。 【答案】（1）C；（2）柱塞内连接压力表部分的气体体积V0被忽略了 【作业】 班次 座次 姓名 1．（2024年上海卷）验证气体体积随温度变化关系的实验装置如图所示，用支架将封有 一定质量气体的注射器和温度传感器固定在盛有热水的烧杯中。实验过程中，随着水温的缓慢 下降，记录多组气体温度和体积的数据。 （1）不考虑漏气因素，符合理论预期的图线是_______。 ( A B C D ) （2）下列有助于减小实验误差的操作是_______ A．实验前测量并记录环境温度 B．实验前测量并记录大气压强 C．待温度读数完全稳定后才记录数据 D．测量过程中保持水面高于活塞下端 【答案】（1）A；（2）D 2．如图为“研究一定质量气体在压强不变的条件下，体积变化与温度变化的关系”的 实验装置示意图。在瓶A中封住一定质量的气体，初始时左右两管中水银面等高。 （1）若气体温度升高，为使瓶内气体的压强不变，应将右管 （填“向上” 或“向下”）移动，直至 （填字母代号）。 A．左管中水银面回到原位置 B．右管中水银面回到原位置 C．左右两管中水银面等高 （2）实验中多次改变气体温度，用Δt表示气体升高的摄氏温度，用Δh表示左管内水银 面高度的改变量。根据测量数据作出的图线是 （填字母代号）。 【答案】（1）向下，C；（2）A 【解析】 （1）气体温度升高，压强增大，左管中水银面下降，右管中水银面上升。为保证气体压强不变，应将右管向下移动，直到左右两管中水银面等高 （2）实验中多次改变气体温度，用Δt表示气体升高的摄氏温度，用Δh表示左管内水银面高度的改变量，压强不变时，体积变化与温度变化成正比，图像为过原点的直线，A对 3．（2023年山东卷）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1/V成正比 （2）若气体被压缩到V＝10.0mL，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）204×103；（3）增大 4．某同学用如图所示装置研究气体的等温变化规律，U形管两端是粗细均匀的 细玻璃管，中间是软管。右边玻璃管上端开口与大气相通，左边带刻度尺的玻璃管 上端封闭，其内部用水银封闭一段空气，抬高U形管右端，使右侧水银面高于左侧。 已知大气压强为p0，水银的密度为ρ，重力加速度大小为g。 （1）实验步骤如下： ①用两铁架台竖直固定U形管的左右两管，待管内水银柱稳定时，读出空气柱 的长度l和U形管左右水银面的高度差h，此时封闭气体的压强p＝ ； ②缓慢调节U形管的左右两边，改变两边水银面的高度差h，记录气柱长度l； ③多次实验，记录多组数据，分析得出结论。 （2）正确实验后，若以p为横坐标，以 （选填“l”或“1/l”）为纵 坐标，在实验误差允许范围内，可描绘出一条过原点的直线。 （3）另一同学重复实验，计算了多组p与l的乘积，发现p与l的乘积随压强p增大而变小，写出导致该现象的一个可能原因 。 【答案】（1）p0+ρgh；（2）；（3）气体温度变化 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $ ( 等温变化实验 )§14.9 实验：验证气体的实验定律 ▲以验证等温变化规律（玻意耳定律）为例 1．实验器材：注射器、橡胶套、压力表（如图所示） 2．实验操作并读取实验数据 把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读出几组空气柱的长度与压强数据。 3．实验数据的处理 气体做等温变化时，压强和体积的关系在p－V图像中呈现为双曲线的一支， 如图甲所示。处理实验数据时，要通过变换画p－1/V图像，把双曲线变为直线， 说明p和V成反比，如图乙所示。这是科学研究中常用的数据处理的方法，因为 一次函数反映的物理规律比较直接，容易得出相关的对实验研究有用的参数。 ( 丙 甲 乙 )4．实验结论 一定质量的某种气体在温度不变的情况下， 压强p与体积V成反比，所以p－V图线是双曲 线的一支，但不同温度下的图线是不同的。如图 丙是一定质量的气体分别在T1、T2温度下等温变 化的p－V图线，其中温度较高的是T2。 ( （ b ） ) ( （ a ） )【例】用如图（a）装置验证等温状态下气体的实验定律，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。 ( （ c ） ) （1）甲同学实验中，测得的实验数据如表（b）所示，仔细观察“pV”一栏中的数值，发现越来越小，造成这一现象的可能原因是 A．推动活塞时，动作过快 B．实验时外界大气压强发生了变化 C．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−1/p图像如图（c）所示，图像是一条倾斜直线但未过原点，分析其未过坐标原点的最可能的原因： 。 【作业】 班次 座次 姓名 1．（2024年上海卷）验证气体体积随温度变化关系的实验装置如图所示，用支架将封有 一定质量气体的注射器和温度传感器固定在盛有热水的烧杯中。实验过程中，随着水温的缓慢 下降，记录多组气体温度和体积的数据。 （1）不考虑漏气因素，符合理论预期的图线是_______。 ( A B C D ) （2）下列有助于减小实验误差的操作是_______ A．实验前测量并记录环境温度 B．实验前测量并记录大气压强 C．待温度读数完全稳定后才记录数据 D．测量过程中保持水面高于活塞下端 2．如图为“研究一定质量气体在压强不变的条件下，体积变化与温度变化的关系”的 实验装置示意图。在瓶A中封住一定质量的气体，初始时左右两管中水银面等高。 （1）若气体温度升高，为使瓶内气体的压强不变，应将右管 （填“向上” 或“向下”）移动，直至 （填字母代号）。 A．左管中水银面回到原位置 B．右管中水银面回到原位置 C．左右两管中水银面等高 （2）实验中多次改变气体温度，用Δt表示气体升高的摄氏温度，用Δh表示左管内水银 面高度的改变量。根据测量数据作出的图线是 （填字母代号）。 3．（2023年山东卷）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1/V成正比 （2）若气体被压缩到V＝10.0mL，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”）。 4．某同学用如图所示装置研究气体的等温变化规律，U形管两端是粗细均匀的 细玻璃管，中间是软管。右边玻璃管上端开口与大气相通，左边带刻度尺的玻璃管 上端封闭，其内部用水银封闭一段空气，抬高U形管右端，使右侧水银面高于左侧。 已知大气压强为p0，水银的密度为ρ，重力加速度大小为g。 （1）实验步骤如下： ①用两铁架台竖直固定U形管的左右两管，待管内水银柱稳定时，读出空气柱 的长度l和U形管左右水银面的高度差h，此时封闭气体的压强p＝ ； ②缓慢调节U形管的左右两边，改变两边水银面的高度差h，记录气柱长度l； ③多次实验，记录多组数据，分析得出结论。 （2）正确实验后，若以p为横坐标，以 （选填“l”或“1/l”）为纵 坐标，在实验误差允许范围内，可描绘出一条过原点的直线。 （3）另一同学重复实验，计算了多组p与l的乘积，发现p与l的乘积随压强p增大而变小，写出导致该现象的一个可能原因 。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $