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人教版 (2019)选择性必修 第三册2 气体的等温变化第2课时课时练习
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这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册2 气体的等温变化第2课时课时练习，共11页。
一、实验目的
探究一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系．
二、研究对象(系统)
注射器内被封闭的气体．
三、实验方法
采用控制变量法，控制气体质量和温度不变，研究气体压强与体积的关系．
四、实验原理
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，由压力表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．
五、实验器材
带铁夹的铁架台、注射器、柱塞(与压力表密封连接)、压力表、橡胶套、刻度尺．
六、物理量的测量
1.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胶套，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可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取．
七、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－eq \f(1,V)图像
以压强p为纵坐标，以eq \f(1,V)为横坐标，在坐标纸上描点．如果p－eq \f(1,V)图像中的各点位于过原点的同一条直线上(如图)，就说明压强p跟eq \f(1,V)成正比，即压强与体积成反比．如果不在同一条直线上，我们再尝试其他关系．
3．实验结论：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，其压强与体积的倒数成正比．
八、注意事项
1．改变气体体积时，要缓慢进行．
2．实验过程中，不要用手接触注射器的外壁．
3．实验前要在柱塞上涂抹润滑油．
4．读数时视线要与柱塞底面平行．
5．作p－eq \f(1,V)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，偏离太大的点应舍弃．
一、实验原理与操作
例1 (2021·青岛市高二期中)某实验小组用如图所示装置探究气体做等温变化的规律．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．从压力表中读取空气柱的压强，从注射器旁的刻度尺中读取空气柱的长度．
(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________；
(2)实验过程中，下列说法正确的是________．
A．推拉活塞时，动作要快，以免气体进入或漏出
B．推拉活塞时，手不可以握住注射器
C．活塞移至某位置时，应迅速记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值
答案 (1)在柱塞上涂上润滑油(保证封闭气体质量不变的措施都可以) (2)B
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柱塞上涂上润滑油防止漏气；
(2)若急速推拉活塞，则有可能造成等温条件的不满足，所以应缓慢推拉活塞，故A错误；若手握注射器会造成温度变化，故B正确；应等状态稳定后，记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值，故C错误．
二、实验数据处理
例2 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下表四组实验数据．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)完善下表：
(2)根据上表数据在图乙所示坐标系中作p－eq \f(1,V)图像．
由图像可得实验结论：质量一定的某种气体，_______________________________.
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eq \f(1,V3)＝0.250 cm－3
(2)由表中数据描点，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eq \f(1,V)成正比，即压强p与体积V成反比．
1.(2021·泰州市期末)“探究气体等温变化的规律”的实验装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．实验时各实验小组被封闭气体的质量和温度必须相同
B．实验中为找到体积与压强的关系，一定要测量空气柱的横截面积
C．在柱塞上涂润滑油，只是为了减小摩擦
D．处理数据时采用p－eq \f(1,V)图像，是因为p－eq \f(1,V)图像比p－V图像更直观
答案 D
解答 本实验探究采用的方法是控制变量法，所以要保持被封闭气体的质量和温度不变，而不需要封闭气体的质量和温度必须相同，故A错误；由于注射器是圆柱形的，横截面积不变，所以只需测出空气柱的长度即可，故B错误；涂润滑油的主要目的是防止漏气，使被封闭气体的质量不发生变化，不仅是为了减小摩擦，故C错误；当p与V成反比时，p－eq \f(1,V)图像是一条过原点的直线，而p－V图像是曲线，所以p－eq \f(1,V)图像更直观，故D正确．
2．(2022·北京市师达中学高二月考)某同学用如图所示装置探究气体等温变化的规律．
(1)在实验中，下列哪些操作不是必需的________．
A．用橡胶套密封注射器的下端
B．用游标卡尺测量柱塞的直径
C．读取压力表上显示的气压值
D．读取刻度尺上显示的空气柱长度
(2)实验装置用铁架台固定，而不是用手握住玻璃管(或注射器)，并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是________________________________________________________．
(3)下列图像中，最能直观反映气体做等温变化的规律的是________．
答案 (1)B (2)保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变 (3)C
解析 (1)为了保证气密性，应用橡胶套密封注射器的下端，A需要；由于注射器的直径均匀恒定，根据V＝LS可知体积和空气柱长度成正比，所以只需读取刻度尺上显示的空气柱长度，无需测量直径，B不需要，D需要；为了得知气压的变化情况，需要读取压力表上显示的气压值，C需要．
(2)手温会影响气体的温度，若实验过程中气体压缩太快，温度升高后热量不能快速释放，气体温度会升高，所以这样做的目的是保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变．
(3)当气体做等温变化时，p与V成反比，即p∝eq \f(1,V)，故p－eq \f(1,V)图像为直线，所以为了能直观反映p与V成反比的关系，应作p－eq \f(1,V)图像，C正确．
3.(2021·南通市高二期末改编)用图甲所示装置探究气体等温变化的规律．
(1)实验室有容积为5 mL和20 mL的两种注射器供选择，为能用较小的力作用在活塞上使气体体积发生明显变化，选用容积为________的注射器更合适；实验中，为找到体积与压强的关系，________(选填“需要”或“不需要”)测出空气柱的横截面积．
(2)关于该实验下列说法正确的有________．
A．柱塞上应该涂润滑油
B．应缓慢推拉柱塞
C．用手握住注射器推拉柱塞
D．注射器必须固定在竖直平面内
(3)测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，为直观反映压强与体积之间的关系，若以p为纵坐标，则应以________为横坐标在坐标系中描点作图；小明所在的小组不断压缩气体，由测得数据发现p与V的乘积值越来越小，则用上述方法作出的图线应为图乙中的________(选填“①”或“②”)．
答案 (1)5 mL 不需要 (2)AB (3)体积的倒数 ②
解析 (1)由于注射器长度几乎相同，因此体积越小，横截面积越小，用较小的力就可以产生比较大的压强使体积变化明显，故选5 mL的注射器；横截面积不变，体积可用长度关系表示，不必算出体积的大小，就可以找到体积与压强的关系，因此不需要测量空气柱的横截面积．
(2)柱塞上应该涂润滑油，起到密封和润滑的作用，A正确；应缓慢推拉柱塞，从而保证气体的温度不变，B正确；用手握住注射器推拉柱塞，容易引起气体温度发生变化，C错误；由于测量的是气体的体积和压强之间的关系，与重力无关，因此注射器可以水平放置，也可以倾斜放置，D错误．
(3)由于p－V图像为曲线，而p－eq \f(1,V)图像为直线，因此以p为纵坐标，应以体积的倒数为横坐标；压缩气体时，温度不变，p＝keq \f(1,V)，由于p与V乘积减小，故斜率减小，因此图线应为图乙中的②.
4．(2022·莱州一中高二月考)用如图甲所示的实验装置探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系．在注射器活塞上涂润滑油并插入针管，用细软管将针管小孔与压强传感器连接密封一定质量气体，移动活塞改变气体的体积和压强，气体体积由注射器刻度读取，气体压强由压强传感器读取．
(1)下列说法正确的是________．
A．气体的压强和体积必须用国际单位
B．移动活塞应缓慢且不能用手握住注射器
C．若实验中连接传感器和注射器的软管脱落，可以立即接上继续实验
(2)交流实验成果时某同学发现各小组所测的pV乘积并不相同，最主要的原因是________．
(3)某小组实验操作无误，但根据测得的数据作出V－eq \f(1,p)图像不过坐标原点，如图乙所示，图中V0代表________的体积．
答案 (1)B (2)密封的气体质量不同 (3)压强传感器与注射器之间气体
解析 (1)本实验研究气体的压强和体积的比例关系，单位无需统一为国际单位，故A错误；移动活塞要缓慢，实验时不要用手握住注射器，都是为了保证实验的恒温条件，故B正确；压强传感器与注射器之间的软管脱落后，气体质量变化了，应该重新做实验，故C错误．
(2)交流实验成果时某同学发现各小组所测的pV乘积并不相同，是因为密封的气体质量不同．
(3)根据实验数据作出的V－eq \f(1,p)图线应是过坐标原点的直线，在实际的实验过程中实验操作规范正确，根据实验数据作出如题图乙所示的V－eq \f(1,p)图线不过坐标原点，该图线的方程为V＝k·eq \f(1,p)－V0，说明注射器中的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，图中V0代表压强传感器与注射器之间气体的体积．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eq \f(1,V)(cm－3)
0.125
0.156
____
0.294
一、实验目的
探究一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系．
二、研究对象(系统)
注射器内被封闭的气体．
三、实验方法
采用控制变量法，控制气体质量和温度不变，研究气体压强与体积的关系．
四、实验原理
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，由压力表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．
五、实验器材
带铁夹的铁架台、注射器、柱塞(与压力表密封连接)、压力表、橡胶套、刻度尺．
六、物理量的测量
1.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胶套，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可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取．
七、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－eq \f(1,V)图像
以压强p为纵坐标，以eq \f(1,V)为横坐标，在坐标纸上描点．如果p－eq \f(1,V)图像中的各点位于过原点的同一条直线上(如图)，就说明压强p跟eq \f(1,V)成正比，即压强与体积成反比．如果不在同一条直线上，我们再尝试其他关系．
3．实验结论：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，其压强与体积的倒数成正比．
八、注意事项
1．改变气体体积时，要缓慢进行．
2．实验过程中，不要用手接触注射器的外壁．
3．实验前要在柱塞上涂抹润滑油．
4．读数时视线要与柱塞底面平行．
5．作p－eq \f(1,V)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，偏离太大的点应舍弃．
一、实验原理与操作
例1 (2021·青岛市高二期中)某实验小组用如图所示装置探究气体做等温变化的规律．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．从压力表中读取空气柱的压强，从注射器旁的刻度尺中读取空气柱的长度．
(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________；
(2)实验过程中，下列说法正确的是________．
A．推拉活塞时，动作要快，以免气体进入或漏出
B．推拉活塞时，手不可以握住注射器
C．活塞移至某位置时，应迅速记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值
答案 (1)在柱塞上涂上润滑油(保证封闭气体质量不变的措施都可以) (2)B
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柱塞上涂上润滑油防止漏气；
(2)若急速推拉活塞，则有可能造成等温条件的不满足，所以应缓慢推拉活塞，故A错误；若手握注射器会造成温度变化，故B正确；应等状态稳定后，记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值，故C错误．
二、实验数据处理
例2 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下表四组实验数据．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)完善下表：
(2)根据上表数据在图乙所示坐标系中作p－eq \f(1,V)图像．
由图像可得实验结论：质量一定的某种气体，_______________________________.
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eq \f(1,V3)＝0.250 cm－3
(2)由表中数据描点，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eq \f(1,V)成正比，即压强p与体积V成反比．
1.(2021·泰州市期末)“探究气体等温变化的规律”的实验装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．实验时各实验小组被封闭气体的质量和温度必须相同
B．实验中为找到体积与压强的关系，一定要测量空气柱的横截面积
C．在柱塞上涂润滑油，只是为了减小摩擦
D．处理数据时采用p－eq \f(1,V)图像，是因为p－eq \f(1,V)图像比p－V图像更直观
答案 D
解答 本实验探究采用的方法是控制变量法，所以要保持被封闭气体的质量和温度不变，而不需要封闭气体的质量和温度必须相同，故A错误；由于注射器是圆柱形的，横截面积不变，所以只需测出空气柱的长度即可，故B错误；涂润滑油的主要目的是防止漏气，使被封闭气体的质量不发生变化，不仅是为了减小摩擦，故C错误；当p与V成反比时，p－eq \f(1,V)图像是一条过原点的直线，而p－V图像是曲线，所以p－eq \f(1,V)图像更直观，故D正确．
2．(2022·北京市师达中学高二月考)某同学用如图所示装置探究气体等温变化的规律．
(1)在实验中，下列哪些操作不是必需的________．
A．用橡胶套密封注射器的下端
B．用游标卡尺测量柱塞的直径
C．读取压力表上显示的气压值
D．读取刻度尺上显示的空气柱长度
(2)实验装置用铁架台固定，而不是用手握住玻璃管(或注射器)，并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是________________________________________________________．
(3)下列图像中，最能直观反映气体做等温变化的规律的是________．
答案 (1)B (2)保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变 (3)C
解析 (1)为了保证气密性，应用橡胶套密封注射器的下端，A需要；由于注射器的直径均匀恒定，根据V＝LS可知体积和空气柱长度成正比，所以只需读取刻度尺上显示的空气柱长度，无需测量直径，B不需要，D需要；为了得知气压的变化情况，需要读取压力表上显示的气压值，C需要．
(2)手温会影响气体的温度，若实验过程中气体压缩太快，温度升高后热量不能快速释放，气体温度会升高，所以这样做的目的是保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变．
(3)当气体做等温变化时，p与V成反比，即p∝eq \f(1,V)，故p－eq \f(1,V)图像为直线，所以为了能直观反映p与V成反比的关系，应作p－eq \f(1,V)图像，C正确．
3.(2021·南通市高二期末改编)用图甲所示装置探究气体等温变化的规律．
(1)实验室有容积为5 mL和20 mL的两种注射器供选择，为能用较小的力作用在活塞上使气体体积发生明显变化，选用容积为________的注射器更合适；实验中，为找到体积与压强的关系，________(选填“需要”或“不需要”)测出空气柱的横截面积．
(2)关于该实验下列说法正确的有________．
A．柱塞上应该涂润滑油
B．应缓慢推拉柱塞
C．用手握住注射器推拉柱塞
D．注射器必须固定在竖直平面内
(3)测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，为直观反映压强与体积之间的关系，若以p为纵坐标，则应以________为横坐标在坐标系中描点作图；小明所在的小组不断压缩气体，由测得数据发现p与V的乘积值越来越小，则用上述方法作出的图线应为图乙中的________(选填“①”或“②”)．
答案 (1)5 mL 不需要 (2)AB (3)体积的倒数 ②
解析 (1)由于注射器长度几乎相同，因此体积越小，横截面积越小，用较小的力就可以产生比较大的压强使体积变化明显，故选5 mL的注射器；横截面积不变，体积可用长度关系表示，不必算出体积的大小，就可以找到体积与压强的关系，因此不需要测量空气柱的横截面积．
(2)柱塞上应该涂润滑油，起到密封和润滑的作用，A正确；应缓慢推拉柱塞，从而保证气体的温度不变，B正确；用手握住注射器推拉柱塞，容易引起气体温度发生变化，C错误；由于测量的是气体的体积和压强之间的关系，与重力无关，因此注射器可以水平放置，也可以倾斜放置，D错误．
(3)由于p－V图像为曲线，而p－eq \f(1,V)图像为直线，因此以p为纵坐标，应以体积的倒数为横坐标；压缩气体时，温度不变，p＝keq \f(1,V)，由于p与V乘积减小，故斜率减小，因此图线应为图乙中的②.
4．(2022·莱州一中高二月考)用如图甲所示的实验装置探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系．在注射器活塞上涂润滑油并插入针管，用细软管将针管小孔与压强传感器连接密封一定质量气体，移动活塞改变气体的体积和压强，气体体积由注射器刻度读取，气体压强由压强传感器读取．
(1)下列说法正确的是________．
A．气体的压强和体积必须用国际单位
B．移动活塞应缓慢且不能用手握住注射器
C．若实验中连接传感器和注射器的软管脱落，可以立即接上继续实验
(2)交流实验成果时某同学发现各小组所测的pV乘积并不相同，最主要的原因是________．
(3)某小组实验操作无误，但根据测得的数据作出V－eq \f(1,p)图像不过坐标原点，如图乙所示，图中V0代表________的体积．
答案 (1)B (2)密封的气体质量不同 (3)压强传感器与注射器之间气体
解析 (1)本实验研究气体的压强和体积的比例关系，单位无需统一为国际单位，故A错误；移动活塞要缓慢，实验时不要用手握住注射器，都是为了保证实验的恒温条件，故B正确；压强传感器与注射器之间的软管脱落后，气体质量变化了，应该重新做实验，故C错误．
(2)交流实验成果时某同学发现各小组所测的pV乘积并不相同，是因为密封的气体质量不同．
(3)根据实验数据作出的V－eq \f(1,p)图线应是过坐标原点的直线，在实际的实验过程中实验操作规范正确，根据实验数据作出如题图乙所示的V－eq \f(1,p)图线不过坐标原点，该图线的方程为V＝k·eq \f(1,p)－V0，说明注射器中的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，图中V0代表压强传感器与注射器之间气体的体积．次数
1
2
3
4
压强p(×105 Pa)
0.8
____
1.6
1.9
体积V(cm3)
8
6.4
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3.4
体积倒数eq \f(1,V)(cm－3)
0.125
0.156
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