第十三章 实验二十 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 同步练习-2027届高考物理一轮专题复习

**基本信息** 围绕“探究气体等温变化规律”，分层设计从基础操作到综合应用，通过实验步骤、数据处理、误差分析构建知识巩固路径，适配一轮复习对物理观念与科学探究能力的培养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础操作层|实验步骤补充、压强读数、图像坐标选择|以填空形式巩固实验基本操作，落实科学探究的问题要素| |实验规范层|实验步骤纠错、数据错误判断、图像问题分析|结合数据表格培养实验规范意识，体现科学思维的科学论证要素| |综合应用层|图像绘制、误差类型判断、体积计算|综合图像分析与误差计算，提升模型建构与问题解决能力|

实验二十:探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 课时作业 1.某同学用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律,空气柱的压强可以通过压力表读出,空气柱的体积即空气柱的长度与横截面积的乘积。整个装置安装在固定架上,把柱塞置于注射器玻璃管的某一刻度处,将橡胶套套在玻璃管的下端,把一段空气柱封闭在玻璃管中,实验中空气柱质量保持不变。 (1)请将下列实验步骤补充完整: ①读出初始状态下空气柱的压强p和空气柱的长度L; ②　　　　(选填“缓慢”或“快速”)向上拉或向下压柱塞,待压力表示数稳定后,读出空气柱的压强和空气柱的长度;  ③重复步骤②,记录多组数据; (2)某次实验时,压力表的示数如图乙所示,则空气柱的压强p=　　　　Pa;  (3)以p为纵坐标,以　　　　(选填“L”或“”)为横坐标,把采集的各组数据在坐标纸上描点,各点位于过原点的同一条直线上,由此得出结论:在实验误差允许范围内,一定质量的气体,在温度不变的情况下,压强与体积成反比。  2.利用如图甲装置做“探究气体等温变化的规律”实验。主要实验步骤如下: ①将压力表的指针校准到0 Pa; ②在柱塞上均匀涂抹润滑油,然后将柱塞移至注射器适当刻度处; ③将橡胶套套在注射器下端的开口处,它和柱塞一起把一段空气柱封闭; ④缓慢推动柱塞,记录多组注射器内气体的体积V及相应的压力表示数p。 (1)请指出以上哪些步骤中存在不妥之处:　　　　(填写序号);  (2)某同学按正确步骤进行了实验,下表为记录的部分实验数据,其中有一次记录的实验数据错误,错误的是　　　　(填对应的实验序号);  实验序号 1 2 3 4 封闭空气柱 长度L/cm 3.50 3.00 2.80 2.50 封闭空气柱 压强p/(105 Pa) 1.01 1.17 1.26 1.70 (3)该同学重新按正确步骤进行实验,根据实验所采集数据绘制了p-图像,如图乙所示,出现这种情况的可能原因是　　　　　　　　　　　　　(写出一种原因即可)。  3.某同学用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系,实验装置如图甲所示,实验中通过注射器示数读出气体体积V,用气压传感器记录气体压强p,研究气体压强和体积的关系。 (1)某同学在做实验时,按实验要求组装好实验装置,然后按实验要求推动活塞,使注射器内空气体积发生变化,实验数据如下表所示,请在图乙中作出V与的关系图像。 序号 V/mL p/(105 Pa) /(10-5 Pa-1) 1 18 1.038 0.963 2 16 1.160 0.862 3 14 1.311 0.763 4 12 1.512 0.661 5 10 1.784 0.561 6 8 2.178 0.459 7 6 2.793 0.358 (2)本实验中,可以由V与的关系图像验证气体等温变化时p与V的关系,其依据是V与成 　　　　(选填“正比”或“反比”)。  (3)由于在实验中未考虑软管中气体的体积,实验结果有一定的误差,此误差属于　　　　(选填“系统误差”或“偶然误差”)。  (4)由图像可以求得软管中气体的体积为　　　　mL。(结果保留两位有效数字)  4.用图甲所示装置完成“探究气体等温变化的规律”实验,注射器刻度可测出气体体积(包含橡胶套内气体体积),压力表可测出压强。 (1)下列说法正确的是　　　　。  A.封闭一定质量的气体时,先要摘除橡胶套,拉动柱塞使之移到最尾端后,再用橡胶套封闭注射器的注射孔 B.在柱塞上涂润滑油,目的是减小摩擦 C.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 (2)利用正确操作测量的数据,作出了如图乙所示的一条过原点的直线。由图可知,当体积为2×10-5 m3时,注射器中气体的压强为　　　　Pa。  (3)某同学使用该实验装置时,由于润滑油涂得过多,活塞前面堆积了润滑油,实验得到如图丙所示的V-图像,图线截距为b,直线部分斜率为k,则前端堆积的润滑油的体积为　　　　,图线发生弯曲的可能原因是　　　　。  学科网（北京）股份有限公司 $ 实验二十:探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 课时作业 1.某同学用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律,空气柱的压强可以通过压力表读出,空气柱的体积即空气柱的长度与横截面积的乘积。整个装置安装在固定架上,把柱塞置于注射器玻璃管的某一刻度处,将橡胶套套在玻璃管的下端,把一段空气柱封闭在玻璃管中,实验中空气柱质量保持不变。 (1)请将下列实验步骤补充完整: ①读出初始状态下空气柱的压强p和空气柱的长度L; ②　　　　(选填“缓慢”或“快速”)向上拉或向下压柱塞,待压力表示数稳定后,读出空气柱的压强和空气柱的长度;  ③重复步骤②,记录多组数据; (2)某次实验时,压力表的示数如图乙所示,则空气柱的压强p=　　　　Pa;  (3)以p为纵坐标,以　　　　(选填“L”或“”)为横坐标,把采集的各组数据在坐标纸上描点,各点位于过原点的同一条直线上,由此得出结论:在实验误差允许范围内,一定质量的气体,在温度不变的情况下,压强与体积成反比。  解析:(1)该实验目的是探究气体等温变化的规律,为避免温度变化,应该缓慢地向下压或向上拉柱塞。 (2)由题图乙可得压强为1.20×105Pa。 (3)根据理想气体状态方程=C可得p=×,故以p为纵坐标,以为横坐标,把采集的各组数据在坐标纸上描点,各点位于过原点的同一条直线上,由此得出结论:在实验误差允许范围内,一定质量的气体,在温度不变的情况下,压强与体积成反比。 答案:(1)缓慢　(2)1.20×105　(3) 2.利用如图甲装置做“探究气体等温变化的规律”实验。主要实验步骤如下: ①将压力表的指针校准到0 Pa; ②在柱塞上均匀涂抹润滑油,然后将柱塞移至注射器适当刻度处; ③将橡胶套套在注射器下端的开口处,它和柱塞一起把一段空气柱封闭; ④缓慢推动柱塞,记录多组注射器内气体的体积V及相应的压力表示数p。 (1)请指出以上哪些步骤中存在不妥之处:　　　　(填写序号);  (2)某同学按正确步骤进行了实验,下表为记录的部分实验数据,其中有一次记录的实验数据错误,错误的是　　　　(填对应的实验序号);  实验序号 1 2 3 4 封闭空气柱 长度L/cm 3.50 3.00 2.80 2.50 封闭空气柱 压强p/(105 Pa) 1.01 1.17 1.26 1.70 (3)该同学重新按正确步骤进行实验,根据实验所采集数据绘制了p-图像,如图乙所示,出现这种情况的可能原因是　　　　　　　　　　　　　(写出一种原因即可)。  解析:(1)第①步应将压力表的指针校准到1.0×105 Pa; (2)若实验数据无误,则每组数据的pL乘积应该近似相等,由题表中数据可知,前3组数据pL乘积大小约为3.52×105,但第4组数据pL乘积大小为4.25×105,偏差较大,可知第4组数据 有误。 (3)根据=C(C与气体的质量有关),可知p=CT,因p-图像末端斜率减小,可知其原因可能是气体质量减小,有漏气现象,或者环境温度降低。 答案:(1)① (2)4 (3)实验过程中有漏气现象或者环境温度降低 3.某同学用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系,实验装置如图甲所示,实验中通过注射器示数读出气体体积V,用气压传感器记录气体压强p,研究气体压强和体积的关系。 (1)某同学在做实验时,按实验要求组装好实验装置,然后按实验要求推动活塞,使注射器内空气体积发生变化,实验数据如下表所示,请在图乙中作出V与的关系图像。 序号 V/mL p/(105 Pa) /(10-5 Pa-1) 1 18 1.038 0.963 2 16 1.160 0.862 3 14 1.311 0.763 4 12 1.512 0.661 5 10 1.784 0.561 6 8 2.178 0.459 7 6 2.793 0.358 (2)本实验中,可以由V与的关系图像验证气体等温变化时p与V的关系,其依据是V与成 　　　　(选填“正比”或“反比”)。  (3)由于在实验中未考虑软管中气体的体积,实验结果有一定的误差,此误差属于　　　　(选填“系统误差”或“偶然误差”)。  (4)由图像可以求得软管中气体的体积为　　　　mL。(结果保留两位有效数字)  解析:(1)将表格中的数据在坐标轴中描出来,然后用直线连接起来,连线的时候,使尽可能多的点分布在直线上,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,图像如图所示。 (2)当温度不变时,一定质量的气体压强p与体积V的积是一个常数,则有pV=C,即V=C,可得V与成正比。 (3)由于在实验中未考虑软管中气体的体积,体积的读数值总是比实际值小,有一定的误差,此误差属于系统误差。 (4)设软管中气体的体积为V0,由图可知体积的读数值比实际值小V0,根据玻意耳定律可得p(V+V0)=C, 则有V=-V0, 可知软管中气体的体积为图线的纵轴截距,由图像可得V0=0.358×20 mL-6 mL=1.2 mL。 答案:(1)见解析　(2)正比　(3)系统误差 (4)1.2 4.用图甲所示装置完成“探究气体等温变化的规律”实验,注射器刻度可测出气体体积(包含橡胶套内气体体积),压力表可测出压强。 (1)下列说法正确的是　　　　。  A.封闭一定质量的气体时,先要摘除橡胶套,拉动柱塞使之移到最尾端后,再用橡胶套封闭注射器的注射孔 B.在柱塞上涂润滑油,目的是减小摩擦 C.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 (2)利用正确操作测量的数据,作出了如图乙所示的一条过原点的直线。由图可知,当体积为2×10-5 m3时,注射器中气体的压强为　　　　Pa。  (3)某同学使用该实验装置时,由于润滑油涂得过多,活塞前面堆积了润滑油,实验得到如图丙所示的V-图像,图线截距为b,直线部分斜率为k,则前端堆积的润滑油的体积为　　　　,图线发生弯曲的可能原因是　　　　。  解析:(1)封闭一定质量的气体时,应在柱塞处于适当位置时用橡胶套封闭注射器的注射孔,若先摘除橡胶套,拉动柱塞移到最尾端,再封闭,很难保证封闭的气体质量一定, A错误;在柱塞上涂润滑油,目的是防止漏气,保证被封闭气体的质量不变,而不是减小摩擦, B错误;在“探究气体等温变化的规律”实验中,根据pV=C(C为常数),只要刻度分布均匀,就可以研究 p与V的关系,不需要标注单位,C正确。 (2)由题图乙可知p与成正比,当V=2×10-5 m3=20 mL时,=×103 L-1=50×103 m-3,图中对应压强为p=100×103 Pa=1×105Pa。 (3)设前端堆积的润滑油的体积为V0,气体实际体积为V实,则V=V0+V实,根据玻意耳定律 pV实=C可得V=V0+,在V-图像中,纵截距就是V0,即b。图线弯曲原因可能是气体温度升高,不满足等温条件。 答案:(1)C　(2)1×105　(3)b　气体温度升高 学科网（北京）股份有限公司 $