2027年高考物理一轮复习学案练习含答案15-第十五章 热学 07-实验17 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系（教用）

这是一份2027年高考物理一轮复习学案练习含答案15-第十五章 热学 07-实验17 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系（教用），共16页。试卷主要包含了教材原型实验，创新拓展实验等内容，欢迎下载使用。
探究点一 教材原型实验
一、实验目的
探究一定质量的气体在温度不变的条件下的压强与体积的关系。
二、实验器材
铁架台、注射器、橡胶套、_ _ _ _ _ _ 等。
【答案】压力表
三、实验原理
在保证密闭注射器中气体的质量和_ _ _ _ 不变的条件下（控制变量法），通过改变密闭气体的体积，由压力表读出对应气体体积的压强值，研究在温度不变的情况下气体的压强和体积的关系。
【答案】温度
四、实验步骤
1．实验前，在柱塞上均匀地抹上一层轻质润滑油，这样做的主要目的是防止注射器_ _ _ _ 。
【答案】漏气
2.把仪器竖直固定在铁架台上。
3.先卸下注射器下端的橡胶套，移动活塞至一定位置（对应于刻度尺的一定刻度），再把橡胶套装上、拧紧，此时密封在注射器中的气体就是我们的实验研究对象。把体积、压强的初始值记录在表中。
4．用手缓慢向上提或向下压柱塞，改变气体的_ _ _ _ ，并读出对应不同体积时气体的压强。取得几组数据，并将实验数据填入表中。
【答案】体积
5.完成实验，卸下仪器并放回原处。
五、实验数据处理
1．猜想：由实验观察及记录的数据可知，空气柱的体积越小，其压强就_ _ _ _ ，猜想空气柱的压强与体积成_ _ _ _ 。
【答案】越大； 反比
2．检验：以压强p为纵坐标，以体积倒数1V为横坐标，把以上各组数据在坐标系中描点。观察各点的位置关系，若各点位于过原点的同一直线上，就说明压强跟体积的倒数成_ _ _ _ ，即p∝1V，也就是压强p与体积V成反比。若各点不在同一直线上，再尝试其他关系。
【答案】正比
3.实验结论
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比，所以p−V图线是双曲线的一支，但不同温度下的图线是不同的。
六、注意事项
1.改变气体体积时，要缓慢进行，等稳定后再读出气体压强，以防止气体体积变化太快，气体的温度发生变化。
2.实验过程中，不要用手接触注射器的圆筒部分，以防止其从手吸收热量，引起内部气体温度变化。
3.实验中应保持气体的质量不变，故实验前应在柱塞上涂好润滑油，以免漏气。
例1 用图甲所示实验装置探究气体等温变化的规律。
甲
（1） 关于该实验，下列说法正确的是_ _ _ _ 。
A. 为保证封闭气体的质量不变，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油
B. 应快速推拉柱塞
C. 为方便推拉柱塞，应用手握住注射器再推拉柱塞
D. 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） 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，以p为纵坐标、以1V为横坐标在坐标系中描点作图。小明所在的小组压缩气体时漏气，则用上述方法作出的图线应为图乙中的_ _ _ _ （选填“①”或“②”）。
乙
（3） 某同学将注射器柱塞移动到体积适中的位置时，接上软管和压强传感器，通过DIS系统记录下此时的体积V0与压强p0，然后记录多组数据，作p−1V图像。在软管内气体的体积ΔV不可忽略时，p−1V图像如图丙所示。试用玻意耳定律分析，该曲线的渐近线（图丙中的虚线）方程是p=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。（用V0、p0、ΔV表示）
丙
（4） 实验中若使用压强传感器采集数据，则柱塞与注射器壁间的摩擦对实验结果_ _ _ _ （选填“有”或“无”）影响。
【答案】（1） AD
（2） ②
（3） V0+ΔVΔVp0
（4） 无
【解析】
（1） 在柱塞与注射器壁间涂上润滑油，可以防止漏气，故A正确；若快速推拉柱塞容易使气体温度发生变化，故B错误；实验中若用手握住注射器，容易引起气体温度变化，故C错误；空气柱的横截面积S不变，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，故D正确。
（2） 根据理想气体状态方程pVT=C可知p=CT⋅1V，则气体质量不变时，p−1V图线应是一条过原点的倾斜直线，如果压缩气体时漏气，则图像的斜率减小，即应为题图乙中的②。
（3） 在软管内的气体体积ΔV不可忽略时，被封闭气体的初状态的体积为V0+ΔV，压强为p0，末状态的体积为V+ΔV，压强为p，由玻意耳定律有p0(V0+ΔV)=p(V+ΔV)，解得p=V0+ΔVV+ΔVp0，当式中的V趋于零时，有p=V0+ΔVΔV⋅p0，即该曲线的渐近线（题图丙中的虚线）方程是p=V0+ΔVΔV⋅p0。
（4） 实验中若使用压强传感器采集数据，柱塞与注射器壁间的摩擦对实验结果无任何影响。
探究点二 创新拓展实验
例2 （2025·湖南长沙模拟）用DIS研究一定质量的气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图甲所示。实验中气体的质量保持不变，气体的体积可直接读出，气体的压强由图中压强传感器等计算机辅助系统得到，请回答下列有关问题。
（1） 完成本实验的基本要求是_ _ _ _ 。
A. 在等温条件下操作
B. 封闭气体的容器密封良好
C. 必须测出所封闭气体的质量
D. 气体的压强和体积必须用国际单位制中的单位
（2） 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，实验数据如表所示，请在图乙中作出V与1p的关系图像。
（3） 根据图像可知，软管中气体的体积为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ mL（结果保留1位小数）。
【答案】（1） AB
（2） 图见解析
（3） 1.0(0.8～1.2)
【解析】
（1） 本实验研究的是一定质量的气体在温度不变时压强与体积的关系，所以需要在等温条件下操作，故A正确；要保证气体质量不变，封闭气体的容器必须密封良好，否则会有气体进出，无法满足“一定质量的气体”这一条件，故B正确；实验研究的是压强与体积的关系，并不需要测出所封闭气体的质量，只要保证气体质量不变就行，故C错误；在实验中只要单位统一即可，不是必须用国际单位制中的单位，故D错误。
（2） 根据所给表格中的数据，在坐标系中准确描点，然后用平滑的曲线将这些点连接起来，作出V与1p的关系图像如图所示：
（3） 设软管中气体体积为V0，根据玻意耳定律有p(V+V0)=C(C为定值），变形可得V=Cp−V0，从这个式子可以看出，V与1p是一次函数关系，其图像纵轴截距的绝对值就是V0。由（2）中作出的图像可读出纵轴截距为−1.0mL，所以软管中气体的体积为1.0mL。
例3 （2026·河北石家庄模拟）某同学通过图甲所示的实验装置，利用玻意耳定律来测定一颗形状不规则的石块的体积。
实验步骤：
①将石块装进注射器，插入活塞，再将注射器通过软管与传感器A连接；
②移动活塞，通过活塞所在的刻度读取了多组体积V，同时记录对应的传感器数据；
③建立直角坐标系。
（1） 在实验操作中，下列说法正确的是_ _ _ _ 。
A. 图甲中，传感器A为压强传感器
B. 在步骤①中，将注射器与传感器A连接前，应把注射器活塞移至注射器最右端位置
C. 操作中，不可用手握住注射器封闭气体部分，是为了保持封闭气体的温度不变
D. 若实验过程中不慎将活塞拔出，应立即将活塞插回去继续实验
（2） 为了在坐标系中获得直线图像，若取y轴为V，则x轴为_ _ _ _ _ _ （选填“1p”或“p”）。
（3） 选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到的图像如图乙所示，若不考虑传感器A和注射器连接处的软管容积带来的误差，则石块的体积为_ _ _ _ ；若考虑该误差影响，测得软管容积为V0，则石块的体积为_ _ _ _ _ _ _ _ 。
【答案】（1） AC
（2） 1p
（3） b；b+V0
【解析】
（1） 实验需要测量气体的压强，因此图甲中传感器A为压强传感器，故A正确；在步骤①中，将注射器与传感器A连接前，应使注射器封住一定量的气体，故B错误；C叙述正确；实验过程要控制气体的质量不变，若实验过程中不慎将活塞拔出，则必须重做实验，故D错误。
（2） 由玻意耳定律pV=C可知V=C1p，V与1p成正比，为得到直线图像，若取y轴为V，则x轴为1p。
（3） 若不考虑传感器A和注射器连接处的软管容积带来的误差，气体总体积V气=V−V石块，由玻意耳定律得pV气=C，则V气=C1p=V−V石块，V=C1p+V石块，当1p=0时，V=V石块=b；若考虑该误差影响，测得软管容积为V0，同理可得V=C1p−V0+V石块，当1p=0时，V=V石块−V0=b，则石块的体积V石块=b+V0。
温馨提示 请完成《分层突破训练》课时作业82序号
1
2
3
4
5
6
7
V/mL
18
16
14
12
10
8
6
p/(105Pa)
1.038
1.160
1.311
1.512
1.784
2.178
2.793
1p/(10−5Pa−1)
0.963
0.862
0.763
0.661
0.561
0.459
0.358