2025届高三物理一轮复习精品课件第十四章热学实验二十一探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

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1.学会探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系。 2.会用图像法处理实验数据。
例1 某实验小组用如图1甲所示实验装置来“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”。(1)关于该实验，下列说法正确的是________。A.实验时应快速推拉活塞以避免气体与外界发生热交换B.无需测出封闭气体的质量C.推拉活塞时，应用手握住整个注射器以使装置更稳定
解析　实验时应缓慢推拉活塞使气体与外界发生热交换保持气体温度不变，A错误；本实验，只需测出气体压强和对应体积，不需要测出封闭气体的质量，B正确；推拉活塞时，不能用手握住整个注射器，避免气体与外界发生热交换，C错误。答案　B　
(2)为了探究气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律，他们进行了两次实验，得到的p－V图像如图乙所示，由图可知两次实验气体的温度大小关系为T1________T2(选填“＜”“＝”或“＞”)。
1.某实验小组用如图2甲所示装置探究气体做等温变化的规律。已知气压计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。从气压计上读取空气柱的压强，从注射器旁的刻度尺上读取空气柱的长度。
(1)实验时，为判断气体压强与体积的关系，________(填“需要”或“不需要”)测出空气柱的横截面积。
(2)关于该实验，下列说法正确的是________。A.为避免漏气，可在柱塞上涂抹适量润滑油B.实验中应快速推拉柱塞，以免气体进入或漏出注射器C.为方便推拉柱塞，应用手握紧注射器再推拉柱塞D.柱塞移至某位置时，应快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)不需要　(2)A　(3)BC
解析　(1)横截面积相同，每一次体积的改变，只需要比较空气柱长度的变化即可，故不需要测量空气柱的横截面积。(2)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是注射器柱塞上涂上润滑油防止漏气，故A正确；若快速推拉柱塞，则有可能造成等温条件的不满足，所以应缓慢推拉柱塞，故B错误；手握紧注射器会导致温度的变化，故C错误；柱塞移至某位置时，应等状态稳定后，记录此时注射器内气柱的长度和气压计的压强值，故D错误。
(3)图像发生了弯曲，则有可能是实验中温度发生了变化，因图像向下弯曲，有可能是温度降低了，故C正确，D错误；图线的斜率k＝pV，根据pV＝nRT可知，如果温度不变，则说明气体的质量变小了，发生了漏气现象，故B正确，A错误。
例2 (2023·山东卷，13)利用图3甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上，注射器内封闭一定质量的空气，下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘，托盘中放入砝码，待气体状态稳定后，记录气体压强p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV之和)。逐次增加砝码质量，采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。
回答以下问题：(1)在实验误差允许范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况下，一定质量的气体________。
(2)若气体被压缩到V＝10.0 mL，由图乙可读出封闭气体压强为________Pa(保留3位有效数字)。
答案　2.04×105　
(3)某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了ΔV，则在计算pV乘积时，他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而________(选填“增大”或“减小”)。解析　某组同学进行实验时，正确记录数据时为p(V0＋ΔV)，一同学在记录数据时漏掉了ΔV，该数据记为pV0，则计算结果之差的绝对值为p(V0＋ΔV)－pV0＝pΔV，由于ΔV为定值，可知随p的增大计算结果之差的绝对值会增大。答案　增大
2.用DIS研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图4所示，实验步骤如下：①把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接；②移动活塞，记录注射器的刻度值V，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p；
(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)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_________________________________________________________________；
答案　(1)在注射器活塞上涂润滑油　(2)移动活塞要缓慢　不能用手握住注射器封闭气体部分　(3)注射器与压强传感器连接部位的气体体积　(4)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注射器活塞上涂润滑油。(2)为了保证温度不变，应减小外界做功以及外部热量影响，故在实验中移动活塞要缓慢；不能用手握住注射器封闭气体部分。
1.(2023·江苏卷，9)在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图1所示。利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是________。A.把柱塞快速地向下压B.把柱塞缓慢地向上拉C.在橡胶套处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞D.在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞
解析　本题探究的是一定质量的气体的等温变化的规律，若快速地压缩气体或者快速地使气体膨胀，气体的温度会升高或者降低，应该缓慢向下压或者向上拉柱塞，让气体有足够的时间交换热量从而使气体的温度不变，故B正确，A错误；C、D选项中气体的质量发生变化，不符合题意，故C、D错误。
2.某小组利用如图2所示装置研究“一定质量气体温度不变时，压强与体积的关系”，图中装置1为压强传感器，装置2为数据采集器，带刻度的注射器内封闭了一定质量的气体，推动活塞可以改变气体体积V，实验所用测量压强的装置较特殊，测量的是注射器内部气体和外部大气(压强为p0)的压强差Δp，在多次改变体积后，得到如下数据：
(1)每次气体的状态调整后，都要等一会儿再记录数据，这是为了________________________________________。(2)研究小组基于数据，以Δp为y轴，作出的函数图线为直线，则x轴是________。
(3)若图像斜率为k，该直线的函数表达式是__________，图像纵轴截距的绝对值的物理含义是________________。
解析　(1)每次气体的状态调整后，都要等一会儿再记录数据，这是为了充分的热交换，保持封闭气体的温度不变。
3.某实验小组用图3所示实验装置来进行“探究气体等温变化的规律”实验。
(1)在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的温度和________。(2)关于该实验的操作，下列说法正确的是________。
A.在柱塞上涂抹润滑油可以提高装置的气密性B.实验时应快速推拉柱塞并迅速读数，以避免气体与外界发生热交换C.推拉柱塞及读取数据时不要用手握住注射器下端，以避免改变气体的温度D.实验必须测量柱塞的横截面积，以获知被封闭气体的体积
(3)为了探究气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律，实验小组在不同的环境温度下进行了实验，得到的p－V图像如图4所示，由图可知，这两次实验气体的温度大小关系为T1________T2(选填“”)。
答案　(1)质量　(2)AC　(3)