第2章 第4节 实验 探究气体等温变化的规律-【学霸黑白题】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（教科版）

第4节实验：探究气体等温变化的规律 白题 基础过关练 限时：20min 题型1气体状态参量及气体压强 为得到气体的压强与体积关系，下列做法正 1.描述气体状态的参量是 ( 确的是 A.质量、温度、密度 B.质量、压强、温度 A.柱塞上涂油是为了减小 C.温度、体积、压强 D.密度、压强、温度 摩擦力 压力表 2.注射器中封闭一定质量的气体，现在缓慢压下 B.改变气体体积时应缓慢 活塞，下列物理量不会发生变化的是( 推拉柱塞 柱寒 A.气体的压强 C.推拉柱塞时可用手握住 空气柱 B.气体分子的平均速率 注射器 橡胶套 C.单位体积内的分子数 D.实验前应测得柱塞受到的重力 D.气体的密度 6.用气体压强传感器做“探究气体等温变化的 3.如图所示，活塞质量为M,上 规律”实验，实验装置如图甲所示 表面横截面积为S,上表面水 平，下表面与水平面成α角， 摩擦不计，外界大气压为Po, 压强 注射器 a 传感器 则被封闭气体的压强为（重力 数据采集器 计算机 加速度为g) ( A.Po-Mgcos a B.PoMgcosa S Mg C.PoS D.Po-Mgcos'a S 4.如图所示，两端开口的弯折玻璃 丙 管竖直放置，左管有一段高为h1 (1)关于该实验下列说法正确的是 的水银柱，右管有一段高为h2的 A.为保证封闭气体的气密性，应在活塞与 水银柱，中间一段水银柱将管内空气分为两 注射器壁间涂上润滑油 段，三段水银柱均静止，则中间管内水银柱的 B.为方便推拉活塞，应用手握住注射器 高度h为 ( C.为节约时间，实验时应快速推拉活塞和 A.h-h2 B.hth2 读取数据 c 2 D. D.实验中气体的压强和体积都可以通过 2 数据采集器获得 题型2探究气体等温变化的规律 (2)A组同学在操作规范、不漏气的前提下， 5.探究气体等温变化规律的实验装置如图所示. 测得多组压强p和体积V的数据并作 空气柱的长度由刻度尺读取，气体的压强通 出V-图线，发现图线不通过坐标原点， 过柱塞与注射器内空气柱相连的压力表读取， 选择性必修第三册·JK黑白题16 如图丙所示.则： 端封闭，右管上端开口. ①造成这一结果的原因是 右管中有高为4cm的 16 cm ②图中V。代表的物理含义是 水银柱封闭了一部分气 (3)若A组同学利用所得实验数据作出的 体，水银柱上表面离管 P图线，应该是 口的距离为10cm.管底水平连接段的体积可 忽略，大气压强po=76cmHg.若从右侧端口缓 慢注入水银（与原水银柱之间无气隙），恰好 使水银柱下端到达右管底部，整个过程中，管 内气体的温度不变，则该过程中注入右管水 银柱的高度为 () A.10 cm B.8 cm C.6 cm D.4 cm 10.(2022·广东湛江期末)如图，上端开口的圆 (4)B组同学测得多组压强p 柱形容器竖直放置在水平地面上，质量为m ①/ 和体积V的数据，在p是 的活塞处于容器中部，活塞面积为S.用密封 的盖子封住容器口后，将容器在竖直面内沿 坐标平面上描点作图，因 顺时针缓慢转至水平位置，这时活塞左边气 压缩气体过程中注射器漏气，则作出的图 体体积为V,右边气体体积为V,.已知大气压 线应为图中 (填“①”或“②”). 强为Po,重力加速度为g,整个过程温度不变， 题型3玻意耳定律 7.一定质量的气体，压强为3atm,保持温度不 活塞与汽红无摩擦且不漏气则上为 ( 变，当压强减小了2atm,体积变化了4L,则该 气体原来的体积为 ( B.2L A.1PoS B.1+PoS mg mg c D.3L C.1-g PoS D.1+mg PoS 8.(2022·湖南师大附中质检)如图 题型4气体等温变化的图像 所示，两端开口的均匀玻璃管竖 11.(2023·湖南长沙联考)（多 直插入水银槽中，管中有一段水 选)如图所示是一定质量的气 银柱（高为h,)封闭一定质量的气 体由状态A变到状态B再变 体，这时管下端开口处内、外水银 到状态C的过程，A、C两点在 面高度差为2，若保持环境温度不变，当外界 同一条双曲线上，则此变化过程中 压强增大时，下列分析正确的是 A.从A到B的过程温度升高 A.h2变长 B.h2变短 B.从B到C的过程温度升高 C.h上升 D.h下降 C.从A到B再到C的过程温度先降低再升高 9.(2023·山东滨州期中)如图所示，高为16cm D.A、C两点的温度相等 的两相同玻璃管竖直放置，下端连通，左管上 第二章黑白题17 黑题应用提优缬 限时：20min 1.如图所示，内径均匀、两端开口的V形管，B支 c.pgh。 pgh-poV。 管竖直插人水银槽中，A支管与B支管之间的 Po Po 夹角为0，A支管中有一段长为h的水银柱保 4.(2022·江苏天一中学期中)如图所示，a、b、c 持静止，下列说法中正确的是 三根完全相同的玻璃管，一端封闭，管内各用 A.B管内水银面比管外 相同长度的一段水银柱封闭了质量相等的空 水银面高h 气，a管竖直向下做自由落体运动，b管竖直向 B.B管内水银面比管外 上做加速度为g的匀加速运动，c管沿倾角为 水银面高hcos0 45°的光滑斜面下滑，若空气温度始终相同且 C.B管内水银面比管外水银面高hsin 0 不变，当水银柱相对管壁静止时，a、b、c三管 D.管内封闭气体的压强比大气压强大hcos0 内的空气柱长度L。、L、L.间的关系为( 高汞柱 A.Lb=L。=L 2.一个气泡由湖面下20m深处缓慢上升到湖面 B.L=L.<Lo 下10m深处，设湖中温度不变（水的密度p取 C.Ln>L>La 45 1.0×103kg/m3,g取10m/s2,大气压强p0= D.L<L=La 1.0×10Pa),则气泡的体积约变为原来体积的 压轴挑战 ( 5.(多选)如图所示，一竖直 B A.3倍 B.2倍 C.1.5倍 放置的汽缸被轻活塞AB 气室2 和固定隔板CD分成两个 3.(2023·广东联考)肺活量是指在标准大气压 气室，CD上安装一单向阀 单向阀门K P,下，人尽力呼气时呼出气体的体积，是衡量 气室1 门，单向阀门只能向下开 心肺功能的重要指标如图所示为某同学自行 启；气室1内气体压强为2印0，气室2内气体 设计的肺活量测量装置，体积为V。的空腔通 过细管与吹气口和外部玻璃管密封连接，玻 压强为po,气柱长均为L,活塞面积为S,活塞 璃管内装有密度为ρ的液体用来封闭气体.测 与汽缸间无摩擦，汽缸导热性能良好现在活 量肺活量时，被测者尽力吸足空气，通过吹气 塞上方缓慢放质量为m的细砂，重力加速度 口将肺部的空气尽力吹人空腔中，若此时玻 为g,下列说法正确的是 璃管两侧的液面高度差设为h,大气压强为p0 A.若m=Po ,活塞下移二 保持不变，重力加速度为g,忽略气体温度的 变化，则人的肺活量为 PoS B.若m= 2g 移号 气室1内气体压强为3p0 液体 C若m=PS 空腔 玻璃管 D.若m= 3Po ，气室1内气体压强为30 g pgh+2p0V。 B.pghtpo Po Po 进阶突破拔高练P04 选择性必修第三册·JK黑白题18度不变且处处相等不能得出系统一定处于平衡态的结论， B错误：CD.如果两个系统处于热平衡状态，则它们的温度 一定相同，但是内能不一定相同，C错误，D正确.故选D. 2.B解析：A.开空调1minm内教室内的气体温度、体积均要变 化，故不是平衡态，故A错误；B.两物体温度不同，接触后高 温物体会向低温物体传热，是非平衡态，故B正确：C.0℃的 冰水混合物放入1℃的环境中，周围环境会向冰水混合物传 热，故不是平衡态，故C错误；D.压缩密闭容器中的空气，要 对空气做功，机械能转化为内能，故不是平衡态，故D错误 故选B. 3.AD解析：AB.乙和丙分开后，甲、乙、丙三个物体与外界没 有热传递，所以甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态，故A正 确，B错误：CD.甲和乙接触一段时间后分开，甲和乙达到了 热平衡，但乙和丙接触一段时间后，乙的温度又发生了变化， 甲和乙的热平衡被破坏，乙和丙两物体达到了热平衡，故 C错误，D正确.故选AD. 4.D解析：AB.T=t+273.15K,因而热力学温度与摄氏温度的 每一度是相等的，只是零度起点不同，故AB正确；C.0K是 低温的极限，只能无限接近，不可能达到，更不要说负值了， 故C正确；D.由T与t的关系式T=t+273.15K可知，温度由 t升高到2，对应的热力学温度由T升高到T即T'=2+ 273.15K,T≠2T,故D错误.故选D. 5.C解析：热力学温标和摄氏温标的函数关系为T=t+273.15K, 由函数关系式可知，T-t图像的斜率为正值，且当T=0时， t为负值，故ABD错误、C正确.故选C. 6.C解析：温度计是利用热胀冷缩原理制成的，温度升高时 烧瓶内气体膨胀，有色水柱上升：温度降低时烧瓶内气体收 缩，有色水柱下降，已知A、D间的测量范围为20℃~80℃， 可得A点为80℃，D点为20℃，A、D间刻度均匀分布，每格 表示80℃-20℃=4℃，则有色水柱下端温度为20℃+3× 15 4℃=32℃，故C正确，ABD错误故选C. 第4节实验：探究气体等温变化的规律 白题基础过关练 1.C解析：描述气体状态的参量是p、V、T,即压强、体积、温 度，故C正确 2.B解析：由于是缓慢压下活塞，则气体与环境温度保持相 同，气体分子的平均速率一定不会发生变化，故选B. 3.C解析：以活塞为研究对象，对活塞受力分析如图所示外 界对活塞的压力为F=, 一，由平衡条件有Fcos a=Mg+ cos a P,部得P=,警放选C Mg pS 4.B解析：设大气压强为Po,左边空气的压强P左=Po-pgh1,右 边空气的压强p右=po+Pgh2=P左+Pgh,则h=h1+h2,故B 正确. 5.B解析：A.柱塞上涂油是为了防止漏气，并不是为了减小 选择性必修第三册·JK 摩擦力，A错误：B.实验中为了使气体能够做等温变化，改 变气体体积时应缓慢推拉柱塞，B正确：C.用手握住注射 器，会使气体温度变高，C错误；D.实验前应测量柱塞的横 截面积，并不是测量重力，这样才能得到空气柱的体积，D错 误故选B. 6.(1)A(2)①胶管内存在气体②胶管内气体的体积 (3)A(4)② 解析：(1)A.为保证封闭气体的气密性，应在活塞与注射器 壁间涂上润滑油，A正确：B.手握住注射器，会使注射器内 的气体温度升高，不符合实验要求，B错误；C.实验时应缓 慢推拉活塞和读取数据，C错误；D.实验中气体的压强可以 通过数据采集器获得，体积不行，D错误.故选A.(2)根据 p(V4,)=C可知V=C-,故造成图线不过原点的原因是 胶管内存在气体，是胶管内气体的体积(3)由P=C可 知，图像应该为过原点的倾斜直线.故选A.(4)由于存在漏 气，故pV在减小，可知图线的斜率在减小，图线应为②. 7.B解析：由题意可知，气体初状态参量：p1=3atm,设体积 为V1=V,末状态参量：p2=3atm-2atm=1atm,V2=V+4L,由 玻意耳定律得p1V,=P2V2,即3V=V+4L,解得V=2L.故B正 确，ACD错误 8.D解析：对于管内封闭气体的压强可表示为p=Po+Pgh,也 表示为p=Ppo+pgh2,则知h1=h2,h1不变，则h2不变.当外界 压强增大时，管内封闭气体压强增大，根据玻意耳定律 pV=C可以知道气体的体积减小，则h下降故选D. 9.A解析：设h1=16cm,h2=4cm,h3=10cm,初态V1= (h1+h-h2-h3)S,P1=po+4cmHg,从右侧端口缓慢注入水 银，恰好使水银柱下端到达右管底部，则末态V2=h1S,P2= Po+(△h+4)cmHg,由等温变化p1V1=P2V2,该过程中注人右 管水银柱的高度为△h=l0cm,故选A. 10.D解析：竖直放置时，对活塞有mg+PS=P1S,水平位置 V 时，两端气体压强相等，设为p,则对左端气体有，2 p,对右端气体有。之=p,联立以上方程解得上=1+ V mg,故D正确，ABC错误故选D. PoS 11.AD解析：A.作出过B点的等温线如图所示，可知T.> T4=Tc,故从A到B的过程温度升高，A正确；B.从B到C 的过程温度降低，B错误；C.从A到B再到C的过程温度 先升高后降低，C错误；D.A、C两点在同一等温线上，温度 相同，D正确.故选AD. P A 黑题应用提优练 1.B解析：以A管中的水银为研究对象，则有pS+pgh.Scos0= PS,B管内压强为p=Po-pghcos0,可知p<po.B管内封闭气 体的压强比大气压强小hCos0高汞柱：且B管内水银面要比 管外水银面高出hcos8.故选B. 2.C解析：设气泡的体积分别为V1、V2,初态时气泡的压强 p1=Po+pgh1=3×10Pa,在10m深处时气泡的压强P2=P0+ 黑白题06 p3,=2X10Pa,根据玻意耳定律得p,=p,上，解得兰 ,体积应变为原来的1.5倍故选c 2 3.C解析：设人的肺活量为V,将空腔中的气体和人肺部的气 体一起研究，初状态有P1=Po,V1=V。+V;末状态有P2, V2=V。根据压强关系有P2=Po+Pgh,根据玻意耳定律有 p,=p,,联立解得V=P,故选C Po 4.D解析：设大气压为po.对a管，a管竖直向下做自由落体 运动，处于完全失重状态，封闭气体的压强等于大气压，即 P。=Po对b管，以水银为研究对象，根据牛顿第二定律得 PS-PoS-mg=mg,得P>P.对c管，以水银为研究对象，根据 牛顿第二定律得PoS-P.S+mgsin45°=ma,对c管和水银整 体，有Mgsin45°=Ma,得a=gsin45°，解得p。=po,可得p6> P。=P.根据玻意耳定律有pV=C,可得L,<L.=L。,ABC错误， D正确.故选D. 压轴挑战 AD解桥：AC.若m=g对活塞AB有pS=PoS+g, p=2印o单向阀门未打开，所以气室2内的气体质量不变，气 室1内气体质量不变，压强也不变.根据玻意耳定律得xS= S,解得x=之，所以活塞下移 A正确，C错误； B.若m= 2g,对活塞AB有nS=poS+mg,解得p=1.5p,单向 阀门未打开，所以气室2内的气体质量不变，气室1内气体 质量不变，压强也不变.根据玻意耳定律得pxS=PoLS,解得 2L 3poS x=,所以活塞下移Ax=L-x=了，B错误；D.若m= 对活塞AB有pS=PoS+mg,解得p=4po,单向阀门打开，如果 气室2的气体未完全进人气室1，则有P0LS+2p0LS=4pxS, 解得x=头，假设不成立，所以气体完全进入气室1，则有 PoLS+2poLS=PLS,解得P=3po,D正确.故选AD. 专题探究一玻意耳定律的应用 黑题专题强化练 1.D解析：设大气压为Po,封闭气体压强p=P。pgh,玻璃管绕 其最下端的水平轴偏离竖直方向一定角度，假设H不变，则 水银柱的有效高度h变小，封闭气体压强变大，根据玻意耳 定律可知，封闭气体体积减小，故水银柱会升高，即H要减 小；再假设h不变，则H会减小，根据玻意耳定律，封闭气体 压强会增加，故h也要减小，故ABC错误，D正确 2.C解析：依题意，对A、B部分气体研究，将细玻璃管绕B点 在竖直面内顺时针缓慢旋转90°后，设A部分的水银柱长度 为1，B部分的水银柱长度为2，根据玻意耳定律有PA· 10S=P4(20-l1)S,PB·10S=Pa(20-l2)S,其中Pa=PB=P0+ Pa=86 cmHg,PA=(76-l1)cmHg,Pg=(76+l2)cmHg,联立以上 式子，求得l1≈7.5cm,l2=10cm,可得l1+l2<20cm,故选C. 3.C解析：由题意可知，初状态时B的压强P=2pgh+Pgh= 3Pgh,加速稳定后，上部空气柱长度是下部空气柱的3倍，所 以B的压强增大，A的压强减小，所以玻璃管的加速度向上， 且可知，+，=2以，以=3弘，则，=，。=子根据玻意耳定律 参考答案与解析 可得2pg·S=P:}s,可得A变化后的压强为2以 PSh,根据玻意耳定律可得3pgh·S=P,·2s,可得B变 4 化后的压强为PB=6pgh,故AB错误；CD.对水银柱，根据牛 顿第二定律有PnS-p,S-pgS=pha,可得a=6,故C正确， D错误.故选C. 4.AD解析：以水银柱为研究对象，水平方向受力为向右的 PoS,向左的pS,由牛顿第二定律，知pS-PoS=ma= w么话-）则aw6-)者 以被封闭气体为研究对象，由等温变化可知PoL,S=pLS,解 得p=Po,故选AD. 5.C解析：设A、B两部分气体的总体积为V,对A气体，初状 态pm=P,u=子y,末状态pep,e=,根据玻意耳定 得pV=pY对B气体，初状态Pm=p,Va马 状态Va=之，Pa=p+,根据玻意耳定律可得pmm 2pS PmVm,联合解得m= ,故选C. 5g 6.2.5cm解析：开始时活塞A、B处于静止状态，合力为零，设 汽缸内气体压强为P1、体积为VP,(SB-SA)=Po(Sg-SA),若 往小桶中缓慢注入1kg细沙，设汽缸内气体压强为P2、体积 为V2-P2(SB-S4)-P(SB-S4)=m1g,气体发生等温变化， P1V,=P2V2,根据题意：V1-V2=L1(Sg-S4),若再往小桶中缓 慢注入1kg细沙，设汽缸内气体压强为P、体积为V, P3(Sg-SA)-Po(Sg-S4)=(m1+m2)g,气体发生等温变化 P2V2=P3V.根据题意V2-V=L2(SB-S4),联立解得L2= 2.5cm. 7.C解析：设充气次数为n次，根据玻意耳定律p1V。+npo× 0.02V。=P2'。,代入数据0.3×103Pa×V。+10Pa×0.02V。×n= 0.48×10Pa×Vo,解得n=9,故选C. 8.D解析：钢瓶的容积为2V。,抽气筒容积为Vo,最初钢瓶内 气体压强为Po,抽气过程气体温度不变，由玻意耳定律，第 一次抽气有Po·2V。=P1V。+P1·2V,第二次抽气有P1· 2Vo=p2V+p2·2V,第三次抽气有p2·2V=p3V+P3·2V, 第四次抽气有P3·2V。=P4V。+P4·2V。,经过计算有P4= 16 87Po故选D. 9.A解析：根据玻意耳定律可知PoV+5poV。=p1×5V,已知po= 750mmHg,V。=60cm3,P1=(900+750)mmHg=1650mmHg, 代入数据整理得V=30cm3,故选A 10.D解析：AB.设取水器下压n次后，桶中的水才能从出水 口流出.以原来桶中空气和打入的空气为研究对象，设开始 时压强为p1,体积为V1,则P1=P0=1×10Pa,V,= [(20-12)×103+300n]cm3.设桶中空气和打入的空气后来 的体积为V2,压强为P2,则V2=(20-12)×103cm3,由玻意 耳定律得P,V,=P2V2,要使桶中水能从出水口流出，则有 >+pk,联立各式解得心号，所以取水器至少按压2次 后，桶中水才能从出水口流出.AB错误.CD.水桶高度ho= Q.02m=1m,装满水时，水面距离出水口高度△h=50cm- 0.02 黑白题07