专题118探究气体等温变化的规律（原卷版+解析版）-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练

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2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练第十九章  热学专题118  探究气体等温变化的规律第一部分  知识点精讲1.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（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，研究在恒温条件下气体的体积和压强的关系。2.实验装置：如图所示，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在玻璃管中，这段空气柱就是我们研究的对象。3.实验数据的收集：空气柱的压强可以从压力表上读出，空气柱的长度可以在玻璃管两侧的刻度尺上读出，空气柱的长度与横截面积的乘积就是它的体积。把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读出空气柱长度与压强的几组数据。将相关数据记录在表中：序号12345压强     体积     4.实验数据的处理（1）猜想：由实验观察及记录的数据可知，空气柱的体积越小，其压强就越大，即空气柱的压强与体积成反比。（2）检验：以压强为纵坐标，以体积的倒数为横坐标，把以上各组数据在坐标系中描点，如图所示。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正比，即，也就是压强与体积成反比。若各点不在同一直线上，再尝试其他关系。5.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，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，以防止圆筒从手吸收热量，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。（4）本实验中，由于气体体积与长度成正比，因此研究气体体积与压强的关系时，不用测量空气柱的横截面积。（5）本实验测量体积时误差主要出现在长度的测量上，由于柱塞不能与刻度尺非常靠近，故读数时视线一定要与柱塞底面相平。（6）在作图像时，应使收集的实验数据在坐标系中均匀分布。第二部分 最新高考题精选1.（8分）（2016上海高考题）某同学制作了一个结构如图（a）所示的温度计。一端封闭的轻质细管可绕封闭端O自由转动，管长0.5m。将一量程足够大的力传感器调零，细管的开口端通过细线挂于力传感器挂钩上，使细管保持水平、细线沿竖直方向。在气体温度为270K时，用一段水银将长度为0.3m的气柱封闭在管内。实验时改变气体温度，测得封闭气柱长度l和力传感器读数F之间的关系如图（b）所示（实验中大气压强不变）。（1）管内水银柱长度为         m，为保证水银不溢出，该温度计能测得的最高温度为        K。（2）若气柱初始长度大于0.3m，该温度计能测量的最高温度将      （选填：“增大”，“不变”或“减小”）。（3）若实验中大气压强略有升高，则用该温度计测出的温度将     （选填：“偏高”，“不变”或“偏低”）。2.（2015年上海高考题）简易温度计构造如图所示。两内径均匀的竖直玻璃管下端与软管连接，在管中灌入液体后，将左管上端通过橡皮塞插入玻璃泡。在标准大气压下，调节右管的高度，使左右两管的液面相平，在左管液面位置标上相应的温度刻度。多次改变温度，重复上述操作。（1）（单选题）此温度计的特点是（A）刻度均匀，刻度值上小下大（B）刻度均匀，刻度值上大下小（C）刻度不均匀，刻度值上小下大（D）刻度不均匀，刻度值上大下小（2）（多选题）影响这个温度计灵敏度的因素有（A）液体密度    （B）玻璃泡大小（C）左管内径粗细   （D）右管内径粗细（3）若管中液体是水银，当大气压变为75cmHg时，用该温度计测得的温度值________（选填“偏大”或“偏小”）。为测得准确的温度，在测量时需________。3. （2014·上海）在“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”实验中，某同学将注射器活塞置于刻度为l 0ml处，然后将往射器连接压强传感器并开始实验，气体体积V每增加1ml测一次压强p，最后得到p和V的乘积逐渐增大。(1)由此可推断，该同学的实验结果可能为图      。(2)(单选题)图线弯曲的可能原因是在实验过程中(A)往射器中有异物(B)连接软管中存在气体(C)注射器内气体温度升高(D)注射器内气体温度降低4．（2013·上海）利用如图装置可测量大气压强和容器的容积。步骤如下：①将倒U形玻璃管A的一端通过橡胶软管与直玻璃管B连接，并注入适量的水，另一端插入橡皮塞，然后塞住烧瓶口，并在A上标注此时水面的位置K；再将一活塞置于10ml位置的针筒插入烧瓶，使活塞缓慢推移至0刻度位置；上下移动B，保持A中的水面位于K处，测得此时水面的高度差为17.1cm。②拔出橡皮塞，将针筒活塞置于0ml位置，使烧瓶与大气相通后再次塞住瓶口；然后将活塞抽拔至10ml位置，上下移动B，使A中的水面仍位于K，测得此时玻璃管中水面的高度差为16.8cm。(玻璃管A内气体体积忽略不计，ρ＝1.0×103kg/m3，取g＝10m/s2)(1)若用V0表示烧瓶容积，p0表示大气压强，△V表示针筒内气体的体积，△p1、△p2表示上述步骤①、②中烧瓶内外气体压强差大小，则步骤①、②中，气体满足的方程分别为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。(2)由实验数据得烧瓶容积V0＝＿＿＿＿＿ml，大气压强p0＝＿＿＿＿Pa。(3)(单选题)倒U形玻璃管A内气体的存在(A)仅对容积的测量结果有影响(B)仅对压强的测量结果有影响(C)对二者的测量结果均有影响(D)对二者的测量结果均无影响5.（2010·上海）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题17-4图甲所示，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、计算机逐一链接；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；③用V-1/p图像处理实验数据，得出如题17-4图乙所示图线，（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_____；（3）如果实验操作规范正确，但如题17-4图乙所示的V-1/p图线不过原点，则V0代表_____。6．（2012·上海）题17-5图为“研究一定质量气体在压强不变的条件下，体积变化与温度变化关系”的实验装置示意图。粗细均匀的弯曲玻璃管A臂插入烧瓶，B臂与玻璃管C下部用橡胶管连接，C管开口向上，一定质量的气体被水银封闭于烧瓶内。开始时，B、C内的水银面等高。（1）若气体温度升高，为使瓶内气体的压强不变，应将C管____________（填：“向上”或“向下”）移动，直至____________；（2）（单选）实验中多次改变气体温度，用Δt表示气体升高的摄氏温度，用Δh表示B管内水银面高度的改变量。根据测量数据作出的图线是                           （       ）
 第三部分 最新模拟题精选1. （2022山东聊城重点高中质检）某实验小组用注射器和压强传感器探究一定质量气体发生等温变化时遵循的规律，实验装置如图1所示。用活塞和注射器外筒封闭一定的气体，其压强可由左侧的压强传感器测得。
 （1）关于该实验，下列说法正确的是______。A.该实验用控制变量法研究气体的变化规律B.实验时注射器必须水平放置C.注射器内部的橫截面积没必要测量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）进行实验操作时，不能推拉活塞过快，其原因是______。（3）该实验小组首先在甲实验室进行了实验，下表为记录的实验数据，其中有一次记录的实验数据错误，记录错误的是______（填错误数据对应的实验序号）。实验序号12345封闭气柱长度L（cm）12.0011.0010.009.008.00封闭气柱压强p（）1.011.091.191.331.90（4）该实验小组又利用同一装置对同一封闭气体在另一温度稍高的乙实验室进行了实验，根据甲、乙实验室记录的数据用正确的方法画出的图像如图2所示，根据乙实验室记录数据画出的图像应为______（填图线代号）。
 2.（2021陕西三模）“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”实验中，实验装置如图。保持温度不变，封闭气体的压强p用压强传感器读出。其体积V由注射器刻度读出。①小红按实验步骤开始实验，但是最后得到p和V的乘积逐渐增大，由此可推断，她的实验结果可能为图中的       （填“a”或“b”）②图线弯曲的可能原因是在实验过程中      A．注射器中有异物B．连接软管中存在气体C．注射器内气体温度升高D．注射器内气体温度降低③根据②的回答，可采取的改正措施是        （写出一种即可） 3（2021年3月福建泉州质检）一个演示气体实验定律的仪器——哈勃瓶如图所示，它是一个底部开有圆孔，瓶颈很短、导热性能良好的大烧瓶。在瓶内赛有一气球，气球的吹气口反扣在瓶口上，瓶底的圆孔上配有一个橡皮塞。（1）取走橡皮塞，向气球中缓慢打气，让其膨胀至烧瓶容积的一半，塞上橡皮塞，烧瓶内封闭一定质量的气体A，缓慢松开气球打气口，可以观察到气球体积       （选填“明显变大”、“无明显变化”或“明显变小”）。  (2)再次向气球内缓慢打气，使其膨胀至烧瓶容积的四分之三，则烧瓶内气体A的压强为大气压强的    倍。（不计气球膜的厚度）4..（6分））(2021山东德州期末)如图为“研究一定质量气体在压强不变的条件下，体积变化与温度变化的关系”的实验装置示意图。在瓶A中封住一定质量的气体，初始时左右两管中水银面等高（1）若气体温度升高，为使瓶内气体的压强不变，应将右管_____（填“向上”或“向下”）移动，直至_____。（填字母代号）A.左管中水银面回到原位置B.右管中水银面回到原位置C.左右两管中水银面等高（2）实验中多次改变气体温度，用表示气体升高的摄氏温度，用表示左管内水银面高度的改变量。根据测量数据作出的图线是（    ）A. B. C. D. 5.(2020北京高三二模)如图所示,用气体压强传感器探究气体等温变化的规律,操作步骤如下:①在注射器内用活塞封闭一定质量的气体,将注射器、压强传感器、数据采集器和计算机逐一连接起来;②缓慢移动活塞至某一位置,待示数稳定后记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算机显示的气体压强值p1;③重复上述步骤②,多次测量并记录;④根据记录的数据,作出相应图像,分析得出结论。(1)在本实验操作的过程中,需要保持不变的量是气体的和。 (2)根据记录的实验数据,作出了如图所示的p-V图。对图线进行分析,如果在误差允许范围内,p1、p2、V1、V2之间满足关系式,就说明一定质量的气体在温度不变时,其压强与体积成反比。图线在V1、V2之间所围的面积的物理意义表示。 (3)(多选)在不同温度环境下,另一位同学重复了上述实验,实验操作和数据处理均正确。环境温度分别为T1、T2,且T1>T2。在如图所示的四幅图中,可能正确反映相关物理量之间关系的是(选填选项前的字母)。 (4)在相同温度环境下,不同小组的同学均按正确的实验操作和数据处理的方法完成了实验,并在相同坐标标度的情况下画出了压强与体积的关系图线,如图所示。对于图线并不相同的结果,他们请教了老师,老师的解释是由于他们选取的气体质量不同。若4个小组所选择的研究对象的质量分别是m1、m2、m3和m4,则由图可知它们的大小关系是m1m2,m3m4(选填“大于”或“小于”)。 6. （2020年6月北京海淀二模）（6分）如图12所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，操作步骤如下： ① 在注射器内用活塞封闭一定质量的气体，将注射器、压强传感器、数据采集器和计算机逐一连接起来；② 移动活塞至某一位置，记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算机显示的气体压强值p1；③ 重复上述步骤②，多次测量并记录；④ 根据记录的数据，作出相应图象，分析得出结论。（1）关于本实验的基本要求，下列说法中正确的是        （选填选项前的字母）。A．移动活塞时应缓慢一些                 B．封闭气体的注射器应密封良好C．必须测出注射器内封闭气体的质量       D．气体的压强和体积必须用国际单位（2）为了能最直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系，应作出        （选填“p - V”或“”）图象。对图线进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条       线，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。（3）在不同温度环境下，另一位同学重复了上述实验，实验操作和数据处理均正确。环境温度分别为T1、T2，且T1>T2。在如图13所示的四幅图中，可能正确反映相关物理量之间关系的是______（选填选项的字母）。      7.（2020年4月北京西城模拟）某同学用如图所示装置探究气体做等温变化的规律。（1）在实验中，下列哪些操作不是必需的               。A．用橡胶塞密封注射器的下端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，最能反映气体做等温变化的规律的是          。8．(4分) （2020北京朝阳六校联考）（1）在“探究气体压强与体积的关系”实验中,为保持温度不变，下列采取的措施合理的是A．推动活塞运动时尽可能慢些B．在活塞上涂上润滑油，保持良好的密封性C．不要用手握住注射器封闭气体部分D．实验时尽量在注射器中封入较多的空气（2）某同学根据实验数据在P-V图像上画出了如图所示曲线图像，你认为他这样做能方便的看出P、V之间的关系吗？请说明理由。 9. （2020年6月北京海淀二模）（6分）如图12所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，操作步骤如下： ① 在注射器内用活塞封闭一定质量的气体，将注射器、压强传感器、数据采集器和计算机逐一连接起来；② 移动活塞至某一位置，记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算机显示的气体压强值p1；③ 重复上述步骤②，多次测量并记录；④ 根据记录的数据，作出相应图象，分析得出结论。（1）关于本实验的基本要求，下列说法中正确的是        （选填选项前的字母）。A．移动活塞时应缓慢一些                 B．封闭气体的注射器应密封良好C．必须测出注射器内封闭气体的质量       D．气体的压强和体积必须用国际单位（2）为了能最直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系，应作出        （选填“p - V”或“”）图象。对图线进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条       线，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。（3）在不同温度环境下，另一位同学重复了上述实验，实验操作和数据处理均正确。环境温度分别为T1、T2，且T1>T2。在如图13所示的四幅图中，可能正确反映相关物理量之间关系的是______（选填选项的字母）。      10.（10分）（2020上海宝山期末）在“用DIS研究温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”的实验中：（1）所需的实验器材有：注射器、计算机、__________和 __________。实验中移动活塞要缓慢，这是为了_____________________。（2）某同学将注射器活塞置于中间刻度处，然后将注射器连接压强传感器并开始实验，气体体积V每减小2ml测一次压强p，实验数据记录在下表中：  序号12345V（ml）2018161412P（×105Pa）1.0011.0951.2311.4031.635PV（×105Pa·ml）20.0219.7119.6919.6419.62 观察表中p和V的乘积pV，发现随着气体体积的减小，pV逐渐__________，造成这个结果的可能原因有：___________________________________________________。（3）若实验时不小心在注射器中混有异物，而在输入体积值时未考虑这个因素，则实验结果的p-V图线可能为（      ）（图中实线是实验所得图线，虚线是考虑异物体积后得到的一根双曲线）。11.（10分）（2020上海崇明一模）“用DIS研究在温度不变时，一定质量气体压强与体积关系”的实验装置如图所示。（1）保持温度不变，封闭气体的压强p用　   　传感器测量，体积V由　   　读出。实验前是否需要对传感器进行调零？　   　（选填：“是”或“否”）（2）（单选）某次实验中，数据表格内第2次～第8次压强没有点击记录，但其它操作规范。根据表格中第1次和第9次数据，推测出第7次的压强p7，其最接近的值是　   　次　数123456789压强p/kPa100.1     p7 179.9体积V/cm3181716151413121110A．128.5kPa    B．138.4kPa    C．149.9kPa    D．163.7kPa（3）（单选）若考虑到连接注射器与传感器的软管内气体体积V0不可忽略，则封闭气体的真实体积为　   　。从理论上讲p﹣图象可能接近下列哪个图？　   　 12．（2020上海青浦模拟）（10分）为了测量所采集的某种植物种子的密度，一位同学进行了如下实验：（1）取适量的种子，用天平测出其质量，然后将几粒种子装入注射器内；（2）将注射器和压强传感器相连，然后缓慢推动活塞至某一位置，记录活塞所在位置的刻度V，压强传感器自动记录此时气体的压强p；（3）重复上述步骤，分别记录活塞在其它位置的刻度V和记录相应的气体的压强p；（4）根据记录的数据，作出﹣V图线，并推算出种子的密度。（1）根据图线，可求得种子的总体积约为　5.6 （±0.2）　ml（即cm3）。（2）如果测得这些种子的质量为7.86×10﹣3kg，则种子的密度为　1.40×103（±0.2×103）　kg/m3。（3）如果在上述实验过程中，由于操作不规范，使注射器内气体的温度升高，其错误的操作可能是　手握住了注射器内的封闭气体部分　、　没有缓慢推动活塞　。这样操作会造成所测种子的密度值　偏小　（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。13．（10分）（2020上海长宁区质检）“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”实验中，实验装置如右图。（1）保持温度不变，封闭气体的压强p用____________测量，其体积V由________读出。（2）C小红按实验步骤开始实验，但最后得到p和V的乘积逐渐增大。①由此可推断，她的实验结果可能为下图__________。②（单选）图线弯曲的可能原因是在实验过程中_________。（A）注射器中有异物（B）连接软管中存在气体（C）注射器内气体温度升高（D）注射器内气体温度降低③根据②的回答，可采取的改正措施是____________________________________。（写出一种即可）14.张三同学用研究一定质量理想气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图所示。实验步骤如下：①把注射器活塞移至注射器中间某位置，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（不计针头部分气体体积），同时记录对应的由计算机显示的气体压强；③用图像处理实验数据。（1）实验时，缓慢推动活塞，注射器内空气体积逐渐减小。若过程中环境温度保持不变，则实验得到的图像应是。A. B. C. D. （2）若张三根据记录的实验数据，作出了如图所示的图像。对图线进行分析，说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。用、分别表示、这两个状态下气体分子在单位时间内撞击容器器壁单位面积的次数，则。（填“ ”“ ”或“ ”）