2027届高考物理一轮复习专项训练-第十五章　与气体实验定律相关的热学实验

**基本信息** 聚焦气体实验定律的实验探究与实际应用，通过图像分析、误差控制和定律综合应用构建系统性解题方法，培养科学思维与科学探究能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |实验探究|3题|图像斜率分析（p-1/V、V-T）、误差归因（细管体积）、控制变量法|从玻意耳定律到盖-吕萨克定律，通过实验数据验证气体状态变化规律| |实际应用|5题|受力平衡求气体压强、气体定律（等温/等压/等容）选择、质量比计算|理想气体状态方程的拓展应用，结合生活情境（气压杆、测温装置）深化物质观念|

与气体实验定律相关的热学实验 (分值：21分) 1.(7分)(2025·安徽蚌埠市三模)图甲为“探究气体等温变化的规律”的实验装置，用细软管将注射器的小孔与压强传感器连接，管内密封一定质量的气体，用数据采集器连接计算机测量气体压强。 (1)(4分)实验时，采集多组数据并绘出图乙所示的p-图像。实验过程中，若气体温度保持不变，对应的图像是曲线　　　　；若气体温度逐渐升高，则对应的图像是曲线　　　　。(均选填“①”“②”或“③”)  (2)(3分)某同学用不同质量的同种气体在相同温度条件下完成上述实验，绘制出的V-图像如图丙，若图线a、b的斜率之比为2∶1，则图线a、b对应的气体质量之比ma∶mb=　　　　。  2.(8分)(2025·山东泰安市检测)某实验小组使用如图甲所示装置探究等压情况下一定质量气体的体积与温度的关系。注射器中密封了一定质量的气体，柱塞下使用细绳悬挂一重物，整个装置置于控温箱内，控温箱内气体始终与外界相通，通过改变控温箱温度读取多组温度、体积数值，并作体积—热力学温度图像。 (1)(2分)实验过程中，下列说法正确的是　　　　；  A.改变控温箱温度后，应等待足够长时间，温度计示数稳定后再读取空气柱体积 B.柱塞处涂抹润滑油的目的是减小摩擦而非密封气体 C.实验过程要保证空气柱密闭性良好 (2)(2分)若实验操作规范无错误，作出V-T图像，如图乙所示，图像不过原点的原因是　　　　　　　　；  (3) (2分)改变重物质量，再次实验，得到两条直线，如图丙所示，两条直线斜率分别为k1、k2，对应的重物及柱塞质量之和分别为m1、m2，若测得柱塞横截面积为S，重力加速度为g，大气压强可表示为：　　　　(忽略柱塞与注射器之间的摩擦，使用题中所给字母表示)。  (4)(2分)某组员认为：若将控温箱密闭，与外界大气不相通，当控温箱内温度缓慢升高时，柱塞和重物的高度会不降反升，请问其观点是否正确？　　　　　　(选填“正确”或“不正确”)。  3.(6分)(2025·安徽省江南十校联合检测)某同学用如图甲所示实验装置探究一定质量的气体等温变化的规律。将注射器水平固定，由于没有压强传感器，于是他把活塞和压力传感器相连，可测出移动活塞时传感器对活塞的压力F，然后把注射器活塞移动到体积最大的位置，并用橡皮帽封闭注射器右侧的细管。在温度不变的条件下缓慢移动活塞压缩气体并记录多组压力F和体积V的值，假设活塞受到的摩擦可忽略不计。 (1)(2分)甲同学想通过作出p-的图像探究等温变化的规律，则还需要测量的物理量有　　　 。  A.气体的温度 B.注射器的内径 C.大气压强 D.被封闭气体的质量 (2)(4分)乙同学根据实验数据作出F-图像如图乙所示，已知图像的斜率为k，图像与纵轴交点的纵坐标的绝对值为b，假设注射器内的气体的状态变化遵循玻意耳定律，若细管内气体体积可忽略，则气体刚被封闭时的体积为　　　　(用k和b表示)；若细管内气体体积不可忽略，则随着的增大，F-图像的斜率　　　　(选填“变大”“变小”“不变”)。  4.图甲为后备箱气压杆的示意图，气压杆内部的高压气体被活塞密封在汽缸中。在后备箱打开或关闭过程中，气压杆内部的气体体积发生变化。箱盖打开静止在某位置时，活塞到汽缸底部的距离为，活塞的横截面积为。箱盖作用于连杆上的沿杆方向的力为，如图乙所示。已知大气压强为，重力加速度为。不计活塞与容器壁的摩擦及连杆和活塞的质量，忽略气体温度的变化。 (1)求此时被封闭气体的压强； (2)活塞到容器底部的距离为时，求此时气体的压强； (3)由于漏出部分气体，当活塞到容器底部的距离为时，此时沿杆方向作用力变为，求漏出的气体与剩余气体的质量比。 5.如图所示是一增压装置示意图，圆柱形汽缸内部高为，其底部和侧壁绝热，顶部导热。不计重力和厚度的绝热活塞将缸中空气（可视为理想气体）分隔成两部分。初始时，活塞位于汽缸正中间，上、下两部分气体的压强、温度均与大气压强和环境温度相同。现通过打气筒缓慢向汽缸上部充入一定量的空气后，活塞移动距离为，此时下部气体的温度为。环境温度始终保持不变，不计活塞与汽缸壁间的摩擦，活塞不漏气。求： (1)充气后汽缸下部气体的压强； (2)充入空气的质量与汽缸中原有空气的总质量之比。 6.如图所示，爆米花机是一种对谷物进行膨化加工的装置，主体为一个金属罐体。在大气压强为的干燥环境下打开阀门向罐内放入干燥的谷物，谷物占罐内体积的，关闭阀门，将支撑轴和摇柄架设在火炉的支架上进行旋转加热，当罐内气体温度为时，压强为，当温度达到时打开阀门，因为压强突然变小，巨大的压强差使得谷物迅速膨胀，从而达到膨化的效果。 (1)求打开阀门前瞬间罐内气体的压强； (2)打开阀门后，罐内气体迅速膨胀，谷物全部喷出。当罐内气体温度降为时，求罐内剩余气体质量与打开阀门前罐内气体质量之比。 7.如图所示，某实验小组设计了一种简易气压升降装置。气缸Ⅰ竖直放置，体积为，质量的活塞a（S为活塞横截面积）静止在气缸Ⅰ的中间位置，封闭气体的体积为。气缸Ⅱ水平放置，封闭气体的体积为，压强为，通过单向阀门与大气连通，活塞b向左推动时，关闭；向右拉动时，打开。两气缸通过体积不计的管道连通，管道左端有单向阀门，只有气缸Ⅱ中气体压强大于气缸Ⅰ中气体压强时，才能打开。气缸Ⅱ右侧的活塞b每缓慢推一次，都能将体积为，压强为的气体全部压入气缸Ⅰ中，活塞a上升到气缸Ⅰ顶端时会被卡住。大气压强为，重力加速度为g，不计活塞与气缸之间的摩擦及活塞的厚度，两气缸导热良好，环境温度保持不变，求 (1)第1次缓慢推活塞b，将气缸Ⅱ中气体全部压入气缸Ⅰ后，活塞a升高的高度； (2)第3次缓慢推活塞b，当气缸Ⅱ中气体体积压缩到多大时，阀门才能够打开。 8.有人设计了一种如图所示的测温装置，玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通，玻璃泡中封有一定量的气体，玻璃管下端插入水银中，通过管内水银面的高度x即可反映泡内气体的温度，即环境温度。已知在标准大气压为76cmHg的环境下，热力学温度T1=300K时，玻璃管内水银面的高度为x=20.0cm。假设玻璃管的体积与玻璃泡的体积相比可略去不计。 (1)若玻璃管内水银面的高度为22.8cm，求环境的热力学温度； (2)某同学将该装置拿到黄山某山峰顶，环境的热力学温度为285K，他发现管内水银面的高度为7.3cm，通过计算估算该山峰的海拔。（已知海拔3000m以内，每升高120m，大气压减小约1cmHg） 参考答案 与气体实验定律相关的热学实验 (分值：21分) 1.(7分)(2025·安徽蚌埠市三模)图甲为“探究气体等温变化的规律”的实验装置，用细软管将注射器的小孔与压强传感器连接，管内密封一定质量的气体，用数据采集器连接计算机测量气体压强。 (1)(4分)实验时，采集多组数据并绘出图乙所示的p-图像。实验过程中，若气体温度保持不变，对应的图像是曲线　　　　；若气体温度逐渐升高，则对应的图像是曲线　　　　。(均选填“①”“②”或“③”)  (2)(3分)某同学用不同质量的同种气体在相同温度条件下完成上述实验，绘制出的V-图像如图丙，若图线a、b的斜率之比为2∶1，则图线a、b对应的气体质量之比ma∶mb=　　　　。  答案　(1) ③　②　(2)2∶1 解析　(1)根据玻意耳定律pV=C可得p=C·，故实验过程中，若气体温度保持不变，对应的p-图像是曲线③；根据理想气体状态方程pV=CT可得p=CT·，则若气体温度逐渐升高，p-图像的斜率逐渐增大，则对应的图像是曲线②。 (2)根据pV=nRT=RT可得V=·，则由题意可知==，故图线a、b对应的气体质量之比ma∶mb=2∶1。 2.(8分)(2025·山东泰安市检测)某实验小组使用如图甲所示装置探究等压情况下一定质量气体的体积与温度的关系。注射器中密封了一定质量的气体，柱塞下使用细绳悬挂一重物，整个装置置于控温箱内，控温箱内气体始终与外界相通，通过改变控温箱温度读取多组温度、体积数值，并作体积—热力学温度图像。 (1)(2分)实验过程中，下列说法正确的是　　　　；  A.改变控温箱温度后，应等待足够长时间，温度计示数稳定后再读取空气柱体积 B.柱塞处涂抹润滑油的目的是减小摩擦而非密封气体 C.实验过程要保证空气柱密闭性良好 (2)(2分)若实验操作规范无错误，作出V-T图像，如图乙所示，图像不过原点的原因是　　　　　　　　；  (3) (2分)改变重物质量，再次实验，得到两条直线，如图丙所示，两条直线斜率分别为k1、k2，对应的重物及柱塞质量之和分别为m1、m2，若测得柱塞横截面积为S，重力加速度为g，大气压强可表示为：　　　　(忽略柱塞与注射器之间的摩擦，使用题中所给字母表示)。  (4)(2分)某组员认为：若将控温箱密闭，与外界大气不相通，当控温箱内温度缓慢升高时，柱塞和重物的高度会不降反升，请问其观点是否正确？　　　　　　(选填“正确”或“不正确”)。  答案　(1)AC　(2)未考虑橡胶塞内气体体积　(3)p0=　(4)正确 解析　(1)改变控温箱温度后，应该等待足够长时间，温度计示数稳定后再读取空气柱体积，故A正确；柱塞处涂抹润滑油的目的是密封气体保证空气柱密闭性良好，故B错误，C正确。 (2)设橡胶塞内气体体积为ΔV，根据理想气体状态方程有=C 整理有V=T-ΔV，所以图像不过原点原因是未考虑橡胶塞内气体体积。 (3)由(2)可知，V-T图像的斜率为，所以有k1=，k2= 对柱塞及重物受力分析，有p1S+m1g=p0S 又有p2S+m2g=p0S 解得p0= (4)若将控温箱密闭，当控温箱内温度升高时，假设柱塞不动，由盖—吕萨克定律有= 注射器内气体与温控箱内气体温度始终相同，结合之前的分析可知p空气柱<p控温箱 所以有Δp空气柱<Δp控温箱 即柱塞会上升，所以该观点正确。 3.(6分)(2025·安徽省江南十校联合检测)某同学用如图甲所示实验装置探究一定质量的气体等温变化的规律。将注射器水平固定，由于没有压强传感器，于是他把活塞和压力传感器相连，可测出移动活塞时传感器对活塞的压力F，然后把注射器活塞移动到体积最大的位置，并用橡皮帽封闭注射器右侧的细管。在温度不变的条件下缓慢移动活塞压缩气体并记录多组压力F和体积V的值，假设活塞受到的摩擦可忽略不计。 (1)(2分)甲同学想通过作出p-的图像探究等温变化的规律，则还需要测量的物理量有　　　 。  A.气体的温度 B.注射器的内径 C.大气压强 D.被封闭气体的质量 (2)(4分)乙同学根据实验数据作出F-图像如图乙所示，已知图像的斜率为k，图像与纵轴交点的纵坐标的绝对值为b，假设注射器内的气体的状态变化遵循玻意耳定律，若细管内气体体积可忽略，则气体刚被封闭时的体积为　　　　(用k和b表示)；若细管内气体体积不可忽略，则随着的增大，F-图像的斜率　　　　(选填“变大”“变小”“不变”)。  答案　(1)BC　(2)　 变小 解析　(1)设大气压强为p0，被封闭气体的横截面积为S，对活塞有pS=p0S+F 封闭气体压强为p=p0+ 若要作p-的图像，还需要测量气柱的横截面积和大气压强，横截面积可以通过测量注射器的内径计算得出。故选B、C。 (2)设气体刚封闭时，气体体积为V0，此时的压强为p0，细管内的气体体积忽略不计，由玻意耳定律得p0V0=(p0+)V 整理得F=-p0S 则k=p0V0S，b=p0S，V0= 若细管内的气体体积不可忽略，设细管内的体积为ΔV，由玻意耳定律得(p0+=C(C为定值)，整理得F=·-p0S，故增大时，图像斜率在变小。 4.图甲为后备箱气压杆的示意图，气压杆内部的高压气体被活塞密封在汽缸中。在后备箱打开或关闭过程中，气压杆内部的气体体积发生变化。箱盖打开静止在某位置时，活塞到汽缸底部的距离为，活塞的横截面积为。箱盖作用于连杆上的沿杆方向的力为，如图乙所示。已知大气压强为，重力加速度为。不计活塞与容器壁的摩擦及连杆和活塞的质量，忽略气体温度的变化。 (1)求此时被封闭气体的压强； (2)活塞到容器底部的距离为时，求此时气体的压强； (3)由于漏出部分气体，当活塞到容器底部的距离为时，此时沿杆方向作用力变为，求漏出的气体与剩余气体的质量比。 【答案】(1)；(2)；(3) 【详解】（1）对活塞受力分析，由平衡条件 解得 （2）对封闭气体研究，活塞由到处的过程中，由玻意耳定律得 解得 （3）设漏出气体的体积为 解得 5.如图所示是一增压装置示意图，圆柱形汽缸内部高为，其底部和侧壁绝热，顶部导热。不计重力和厚度的绝热活塞将缸中空气（可视为理想气体）分隔成两部分。初始时，活塞位于汽缸正中间，上、下两部分气体的压强、温度均与大气压强和环境温度相同。现通过打气筒缓慢向汽缸上部充入一定量的空气后，活塞移动距离为，此时下部气体的温度为。环境温度始终保持不变，不计活塞与汽缸壁间的摩擦，活塞不漏气。求： (1)充气后汽缸下部气体的压强； (2)充入空气的质量与汽缸中原有空气的总质量之比。 【答案】(1)2.5p0；(2) 【详解】（1）设汽缸内部横截面积为S，对汽缸下部封闭气体，根据理想气体状态方程有 其中，， 解得p1=2.5p0 （2）设充入气体在压强为时的体积为，对汽缸上部气体进行分析，根据玻意耳定律有 其中 解得 汽缸中原有空气的体积 则有 6.如图所示，爆米花机是一种对谷物进行膨化加工的装置，主体为一个金属罐体。在大气压强为的干燥环境下打开阀门向罐内放入干燥的谷物，谷物占罐内体积的，关闭阀门，将支撑轴和摇柄架设在火炉的支架上进行旋转加热，当罐内气体温度为时，压强为，当温度达到时打开阀门，因为压强突然变小，巨大的压强差使得谷物迅速膨胀，从而达到膨化的效果。 (1)求打开阀门前瞬间罐内气体的压强； (2)打开阀门后，罐内气体迅速膨胀，谷物全部喷出。当罐内气体温度降为时，求罐内剩余气体质量与打开阀门前罐内气体质量之比。 【答案】(1)；(2) 【详解】（1）对罐内气体，根据查理定律有 可得 （2）设罐内空间的体积为，由理想气体状态方程可得 则罐内剩余气体质量与打开阀门前罐内气体质量之比为 7.如图所示，某实验小组设计了一种简易气压升降装置。气缸Ⅰ竖直放置，体积为，质量的活塞a（S为活塞横截面积）静止在气缸Ⅰ的中间位置，封闭气体的体积为。气缸Ⅱ水平放置，封闭气体的体积为，压强为，通过单向阀门与大气连通，活塞b向左推动时，关闭；向右拉动时，打开。两气缸通过体积不计的管道连通，管道左端有单向阀门，只有气缸Ⅱ中气体压强大于气缸Ⅰ中气体压强时，才能打开。气缸Ⅱ右侧的活塞b每缓慢推一次，都能将体积为，压强为的气体全部压入气缸Ⅰ中，活塞a上升到气缸Ⅰ顶端时会被卡住。大气压强为，重力加速度为g，不计活塞与气缸之间的摩擦及活塞的厚度，两气缸导热良好，环境温度保持不变，求 (1)第1次缓慢推活塞b，将气缸Ⅱ中气体全部压入气缸Ⅰ后，活塞a升高的高度； (2)第3次缓慢推活塞b，当气缸Ⅱ中气体体积压缩到多大时，阀门才能够打开。 【答案】(1)；(2) 【详解】（1）开始时活塞a距气缸Ⅰ底部的高度为 活塞a静止不动，气缸Ⅰ中的气体压强为，对活塞a有 得 气缸Ⅰ充气1次后活塞高度为，根据玻意耳定律得 气缸Ⅰ中活塞上升的高度为 （2）气缸Ⅰ充气2次后，假设活塞未到气缸Ⅰ顶部，根据玻意耳定律 得 则活塞a恰好到达气缸顶部，气缸Ⅰ中气体压强仍为，第3次缓慢推活塞b，压缩气缸Ⅱ中气体体积到，压强与气缸Ⅰ充气2次后的压强相同，根据玻意耳定律得 得 8.有人设计了一种如图所示的测温装置，玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通，玻璃泡中封有一定量的气体，玻璃管下端插入水银中，通过管内水银面的高度x即可反映泡内气体的温度，即环境温度。已知在标准大气压为76cmHg的环境下，热力学温度T1=300K时，玻璃管内水银面的高度为x=20.0cm。假设玻璃管的体积与玻璃泡的体积相比可略去不计。 (1)若玻璃管内水银面的高度为22.8cm，求环境的热力学温度； (2)某同学将该装置拿到黄山某山峰顶，环境的热力学温度为285K，他发现管内水银面的高度为7.3cm，通过计算估算该山峰的海拔。（已知海拔3000m以内，每升高120m，大气压减小约1cmHg） 【答案】(1)；(2) 【详解】（1）由题意可知，该过程为等容变化，初状态， 末状态 根据查理定律则有 代入数据解得 （2）由题意可知，该过程为等容变化，初状态， 末状态， 根据查理定律则有 解得 该山峰的海拔高度为 参考答案 学科网（北京）股份有限公司 $