(能力提高练) 第五节 实验：探究理想气体状态方程-2023年高考物理一轮系统复习学思用

【能力提高练】   第五节 实验：探究理想气体状态方程

1．(2022•北京市牛栏山第一中学高三(下)入学考试)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连接起来；

②缓慢移动活塞至某位置，待示数稳定后记录此时注射器内封闭气体的体积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)在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的______和_______

(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_______。

(3) 实验过程中，下列说法正确的_______;

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气体部分

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

(4)某同学测出了注射器内封闭气体的几组压强p和体积V的值后，以p为纵轴、为横轴，画出图象如图所示，则产生的可能原因是_______。

A.实验过程中有漏气现象

B.实验过程中气体温度降低

C.实验过程中气体温度升高

D.实验过程中外面气体进入注射器，使注射器里面气体质量增加了

(5)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)。

A．              B.  

C.              D.

(6)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m1、m2、m3和m4法完成了实验，并在相同坐标度的情况下画出了压强与体积的关系图线，如图所示。对于两组的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，则由图可知它们的大小关系是m1________m2 ; m3_________m4(选填“大于”或“小于”)。

【解析】  (1)[1][2]探究气体等温变化的规律，需要保持不变的量是气体的质量和温度。

(2)[3] 实验中采取的主要措施是在注射器活塞上涂润滑油，这样可以保持气密性。

(3)[4]推拉活塞时，手不可以握住注射器气体部分以免气体温度发生变化,；实验时移动活塞应该缓慢一些，因为移动活塞时，相当于对气体做功或者气体对外做功，如果太快的话，气体的温度就会发生变化；活塞移至某位置时，待示数稳定后再记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值；故B正确。故选B。

(4)[5]由理想气体状态方程，可知，环境温度升高，则图象的斜率将增加。故C正确。故选C。

(5)[6] AB．由于实验操作和数据处理均正确，则温度高的对应的pV值较大，分别在图线上找到两个点，则pV乘积较大的是T1对应的图线，故A正确B错误；

CD．设，则k值大的对应的pV的乘积也大，即斜率越大的对应的温度越高，故C正确D错误。故选AC。

(6)[7][8]气体温度相等，由理想气体状态方程，可知，气体质量越大，气体物质的量越大，常数C越大；由，可知，对于温度相同而质量不同的气体，质量越大C越大，pV越大，故m1大于m2；由，可知，气体质量越大C越大，图象斜率越大，故m3大于m4；

【答案】   ①质量    ②温度    ③在注射器活塞上涂润滑油    ④B    ⑤C    ⑥AC    ⑦大于    ⑧大于

2．(2022•上海市奉贤区高三(上)一模)“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：

(1)封闭气体的压强p用________传感器测量，体积V由________读出。

(2)除了保持注射器内封闭气体的质量不变之外，还应该保持封闭气体的_________不变，采取的主要措施是缓慢推动活塞和________。

(3)图线a、b、c是三位同学根据实验数据分别得到的p-V图像。若a、b是不重合的两条双曲线，c与b相交，则(         )

A.a、b不重合是由于b气体质量大

B.a、b不重合是由于b气体温度高

C.产生c图线可能是容器密闭性不好

D.产生c图线可能是推动活塞过于快速

【解析】  (1)[1][2]封闭气体的压强p用压强传感器测量，体积V由注射器上的刻度读出。

(2)[3][4]除了保持注射器内封闭气体的质量不变之外，还应该保持封闭气体的温度不变，采取的主要措施是缓慢推动活塞和手不要握住注射器封闭有气体的部分。

(3)[5]AB．根据，质量越大，则pV乘积越大，图像离原点越远；温度越高，pV乘积越大，图像离原点越远，则AB错误；

C．若压缩气体时，注射器密闭性不好，则质量减小，则pV乘积减小，则出现图像c的情况，选项C正确；

D．若推动活塞过于快速，则气体的温度升高，则pV乘积会变大，不会出现图像c的情况，选项D错误。故选C。

【答案】    ①压强    ②注射器上的刻度    ③温度    ④手不要握住注射器封闭有气体的部分    ⑤C

3．小明同学利用如图甲所示装置测量大气压强。粗细均匀的弯曲玻璃管A臂插入密封的烧瓶，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管内的水银面等高，在B管上标记好此时水银面的位置K。

(1)对烧瓶加热，使烧瓶内的气体温度升高。为使封闭气体的体积不变，应将C管________(填“向上”或“向下”)移动，直至____________________________ ________________________________。

(2)实验中保持气体体积不变，不断加热烧瓶内的气体，记录气体的摄氏温度t和C管内的水银面高出B管内的高度h。作出h­t图像如图乙，由图像得出开始时的温度T0＝________ K，大气压强p0＝________ cmHg(大气压强保留一位小数)。

【解析】　(1)对烧瓶加热，烧瓶内的气体温度升高，若封闭气体的体积不变，则气体压强增大，所以应将C管向上移动，直至B管内的水银面再一次回到标记的位置K。

(2)由查理定律可知＝，整理得h＝t＋，由图像可知＝，－＝－6.8，联立解得T0＝300 K，p0＝75.6 cmHg。

【答案】　(1)向上　B管内的水银面再一次回到标记的位置K　(2)300　75.6

4．某同学通过图a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冰糖的体积。

(1)图a中的A是________传感器。

(2)将冰糖装进注射器，通过推、拉活塞改变封闭气体的体积和压强。操作中，不能用手握住注射器封闭气体部分，是为了________________；若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，则必须废除之前获得的数据，重做实验，这是为了________________。

(3)实验中通过活塞所在刻度读取了多组气体体积V及对应压强p，为了在xOy坐标系中获得直线图像，应取y轴、x轴分别为________ 。

(4)选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到直线的函数图像如图b所示，若已知传感器和注射器连接处的软管容积为V0，则这颗冰糖的体积为________。

【解析】　(1)实验需要测量气体的体积与压强，气体体积可以由注射器上的刻度直接读出，因此传感器A是压强传感器。

(2)实验需要保持气体温度与质量不变，操作中，不能用手握住注射器封闭气体部分，是为了保持气体温度不变；若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，则必须废除之前获得的数据，重做实验，这是为了保持气体质量不变。

(3)由玻意耳定律pV＝C可知：V＝C，V与成正比，为方便实验数据处理，并且本实验的目的为测量冰糖的体积，所以应取y轴、x轴分别为V、。

(4)由玻意耳定律知V＋V0－V冰糖＝C，即V＝C－V0＋V冰糖，由图像可知，b＝－V0＋V冰糖，所以冰糖的体积为V冰糖＝b＋V0。

【答案】　(1)压强　(2)保持气体温度不变　保持气体质量不变　(3)V、　(4)b＋V0