2025-2026学年高二寒假物理假期作业 实验：探究气体等温变化的规律（实验专题）

高中物理选择性必修第三册假期作业 实验：探究气体等温变化的规律（实验专题）答案 1.答案　(1) 1.0　4.0　0.250　(2)见解析图　在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比 解析　(1)由题图甲可读得第2组数据对应的气体压强为1.0×105 Pa.由题设可知，第3组数据中气柱体积为V3＝SL3＝2×2.0 cm3＝4.0 cm3，则＝0.250 cm－3. (2)由题表中数据描点，用一条平滑的线连接，使尽可能多的点落在线上，不能落在线上的点均匀分布在线的两侧，离线较远的点可以舍去，如图所示． 由图可看出，质量一定的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积的倒数成正比，即压强p与体积V成反比． 2.答案　(1)压强　注射器刻度　(2)C　(3)V0＋V 解析　(1)根据实验原理，结合实验设计，在保持温度不变的情况下，用压强传感器测量气体的压强；体积V由注射器刻度来读出，气体的体积记作V. (2)在温度不变的条件下，一定质量气体的压强与体积成反比；而第1次和第9次数据，它们的压强与体积乘积也正好近似相等，因此第7次的压强p7＝ kPa≈150 kPa，故选C. 3.答案　(1)②称出活塞和钩码框架的总质量M(2分) ⑤将注射器针筒上的小孔用橡皮帽堵住(2分) (2)(3分) 解析　(1)实验步骤②和⑤分别是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)活塞的横截面积为S＝ 由平衡条件及题意知p1＝p＋g p2＝p＋g 由玻意耳定律得p1V1＝p2V2 联立解得大气压强p＝(－M)． 4.答案　(1)在注射器活塞上涂抹润滑油　移动活塞要缓慢　不能用手握住注射器封闭气体部分　(2)注射器与压强传感器连接部位间(或导气管内)的气体体积　(3)实验过程中有漏气现象 解析　(1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是在注射器活塞上涂一些润滑油，这样可以保持气密性；为了保持封闭气体的温度不变，实验中要注意手不能握住注射器的封闭气体部分，缓慢推动活塞，这样能保证被封闭的气体与外界温度一样． (2) 如果实验操作规范正确，根据实验数据画出的V－图线是过坐标原点的直线．但如题图乙所示的V－图线不过坐标原点，该图线的方程为V＝k－V0，说明注射器中气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验的器材可知，截距绝对值V0代表注射器与压强传感器连接处间的气体体积． (3)实验过程中有漏气现象，则图像向下弯曲． 5.答案　(1)等容　(2)不变　(3)做负功　放热　(4)VA 解析　(1)由题图可知，从状态A到状态B，气体体积不变，是等容变化。 (2)从B到C是等温变化，即分子平均动能不变，对理想气体来说内能不变。 (3)从C到D气体体积减小，外界对气体做正功W>0，所以气体对外做负功；同时温度降低，说明内能减小，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知气体放热。 (4)从D到A是等压变化，由＝，得VD＝VA。 6.解析:(1)设柱塞的面积为S,两边加钩码时,对柱塞由平衡条件得pS=p0S+m1g+m2g,可得气体压强为p=p0+,而S=,所以p=p0+。 (2)题图甲中图像的交点在横轴上,可知气体在某一体积时测量的压强偏小,可能是在计算压强时,没有计入由柱塞和框架的重力引起的压强,故D正确;题图乙中说明随着气体体积减小,压强增大偏多,可能是实验过程中气体温度升高,故C正确;题图丙中说明随着气体体积减小,压强增大偏少,可能是实验过程中有漏气现象,故B正确。 答案:(1)p0+　(2)D　C　B 7.解析:(1)探究气体等温变化的规律,需要保持不变的量是气体的质量和温度。 (2)一定质量的气体在温度保持不变时,压强与体积应该成反比,即压强与体积的乘积不变,即在误差允许范围内,p1、p2、V1、V2之间满足的关系式是 p1V1=p2V2。 (3)由题图丙可知,随气体体积减小,气体压强与体积的乘积pV减小,说明气体压强p未增大到相应的数值,可能是活塞漏气导致气体质量减少造成的。 答案:(1)质量　温度　(2)p1V1=p2V2 (3)活塞漏气,气体质量减少 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理选择性必修第三册假期作业 实验：探究气体等温变化的规律（实验专题） 第一部分：实验过程 一、实验思路 在保证密闭注射器中气体的质量和温度不变的条件下，通过改变密闭注射器中气体的体积，由气压计读出对应气体的压强值，进而研究在恒温条件下气体的压强与体积的关系． 二、实验过程 (一)观察与思考 1．按如图所示组装实验器材． 2．利用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端的开口有橡皮塞，它和柱塞一起把一段空气柱封闭． 3．把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据．空气柱的长度l可以通过注射器玻璃管处的刻度尺读取，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.空气柱的压强p可以从注射器上方的气压计读出． 4．观察空气柱体积与压强的变化规律． (二)实验与探究 由于气压计读数误差相对较大，为了更精确地测量气体压强，我们引进压强传感器和数据采集器获取数据，并借助计算机处理数据，如图所示． 1．按如图所示组装好实验器材． 2．改变注射器内气体的体积，记录对应气体的压强值． 3．启用系统“绘图”功能，利用计算机得到压强与体积的关系图线． 三、数据分析 1．作p－V图像 以压强p为纵坐标，以体积V为横坐标，用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘出等温曲线，如图所示．观察p－V图像的特点看能否得出p、V的定量关系． 2．作p－图像 以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标，在坐标纸上描点，绘出图线．如果p－图像中的各点位于过原点的同一条直线上(如图所示)，就说明压强p跟成正比，即压强与体积成反比．如果各点不在同一条直线上，再尝试其他关系． 3．实验结论：一定质量的气体，在温度不变的情况下，其压强与体积成反比． 四、注意事项 1．改变气体体积时，要缓慢进行，等稳定后再读出气体压强和体积． 2．实验过程中，不要用手接触注射器的外壁． 3．实验前要在活塞上涂抹润滑油． 4．读数时视线要与柱塞底面平行． 5．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，偏离直线太远的点应舍弃. 第二部分：针对训练 1.在利用特制的注射器做“探究气体等温变化的规律”实验中，某小组同学通过压力连杆上拉或下压活塞得到了如表四组实验数据．如图甲是压力表记录第2组数据时的状态．通过记录对应的四个封闭气柱的长度值L(单位：cm)算出体积，已知封闭气柱的横截面积S＝2 cm2，且V＝LS，若测第3组数据时，读出空气柱的长度为2.0 cm. (1)完善表中记录： 次数 1 2 3 4 压强p(×105 Pa) 0.8 ____ 1.6 1.9 体积V(cm3) 8 6.4 ____ 3.4 体积倒数(cm－3) 0.125 0.156 ____ 0.294 (2)根据表中数据在如图乙所示坐标系中作p－图像． 由图像可得实验结论：质量一定的某种气体，__________________________________. 2.“用DIS研究在温度不变时，一定质量气体压强与体积的关系”的实验装置如图所示． (1)保持温度不变，封闭气体的压强p用________传感器测量，体积V由________读出． (2)某次实验中，数据表格内第2次～第8次压强没有记录，但其他操作规范．根据表格中第1次和第9次数据，推测出第7次的压强p7，其最接近的值是________． 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 压强p/kPa 100.1 p7 179.9 体积V/cm3 18 17 16 15 14 13 12 11 10 A.128.5 kPa B．138.4 kPa C．149.9 kPa D．163.7 kPa (3)若考虑到连接注射器与传感器的软管内气体体积V0不可忽略，则封闭气体的真实体积为______． 3.现利用“探究气体压强与体积的关系”实验来测量大气压强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． (1)下面是实验步骤，试填写所缺的②和⑤. ①用刻度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，将活塞插入针筒中，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将活塞拉到适当的位置． ⑤________________________________________________________________________. ⑥在钩码框架两侧挂上钩码，记下挂上的钩码的总质量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，使钩码的总质量增大为m2，达到平衡后，记下注射器中空气柱的体积V2. (2)计算大气压强p的公式是p＝____________________________________________. (用已给的和测得的物理量表示，重力加速度为g) 4．某班级各实验小组利用如图甲所示装置进行“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”实验．实验步骤如下： ①把注射器活塞移至注射器中间某位置，将注射器与导气管、压强传感器逐一连接； ②移动活塞，记录注射器的刻度值V，同时记录对应的由压强传感器显示的气体压强值p； ③用V－图像处理实验数据． (1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是________；为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是________和______； (2)如果实验操作规范正确，某小组描绘V－图线如图乙所示，则图中的V0代表________； (3)另一小组所做的实验中，画出的V－图像如图丙所示，则图线发生弯曲的原因可能是______． 5.一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B、C、D再回到状态A，其体积V与温度T的关系如图所示。图中TA、VA和TD为已知量。 (1)从状态A到状态B，气体经历的是________过程(选填“等温”“等容”或“等压”)； (2)从B到C的过程中，气体的内能________(选填“增大”“减小”或“不变”)； (3)从C到D的过程中，气体对外________(选填“做正功”“做负功”或“不做功”)，同时________(选填“吸热”或“放热”)； (4)气体在状态D时的体积VD＝________。 6.某学习小组用图示装置做“探究气体等温变化的规律”的实验。 (1)若测得注射器的全部刻度长为l,对应的刻度的容积为V,由天平测得注射器的柱塞和钩码框架的总质量为m1,由气压计读出大气压强为p0。当框架两侧对称悬挂钩码总质量为m2时,气体压强为　　　。 (2)同学们分别利用测出的注射器内封闭气体的几组压强p和体积V的值,用p作纵轴、作横轴,作出p-图像,其中得到的图像中出现了甲、乙、丙三种情况,则甲产生的可能原因是　　　　;乙产生的可能原因是　　　　　;丙产生的可能原因是　　　　　。(填字母)  A.各组的p、取值范围太小 B.实验过程中有漏气现象 C.实验过程中气体温度升高 D.在计算压强时,没有计入由柱塞和框架的重力引起的压强 7.如图甲所示,是用气体压强传感器探究气体等温变化规律的实验装置,操作步骤如下: 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缓慢移动活塞至某一位置,待示数稳定后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,多次测量并记录数据。 ④根据记录的数据,作出相应图像,分析得出结论。 (1)在本实验操作的过程中,应该保持不变的量是气体的　　　 　和　　　　。 (2)根据记录的实验数据,作出了如图乙所示的 pV图像。如果在误差允许范围内,p1、p2、V1、V2之间应该满足的关系式为　　　　　。 (3)在温度不变的环境中,某小组的同学缓慢移动活塞压缩气体,记录实验数据,并在坐标纸中作出了压强p与体积V的关系图线,如图丙所示。由图像可知,在读数和描点作图均正确的情况下,得到这个图像的原因可能是　 。 学科网（北京）股份有限公司 $