16.5探究气体等温变化规律（解析版）--2024高考一轮复习100考点100讲—高中物理

这是一份16.5探究气体等温变化规律（解析版）--2024高考一轮复习100考点100讲—高中物理，共17页。试卷主要包含了5讲 探究气体等温变化规律，会用图像法处理实验数据．， 实验数据的获取，实验数据的处理，714等内容，欢迎下载使用。
第16.5讲 探究气体等温变化规律
【知识点精讲】
【目标要求】 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．
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．实验器材：注射器、橡胶套、压力表等
3 .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。
4. 实验数据的获取
空气柱的压强p可以从仪器上方的压力表读出，空气柱的长度l可以在玻璃管侧的刻度尺上读出，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.
把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读出空气柱的长度与压强的几组数据．
将相关数据记录在表中：
5.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。
在等温过程中，气体的压强和体积的关系在p－V图像中呈现为双曲线的一支，如图甲所示．更多课件 教案 视频 等优质滋源请 家 威杏 MXSJ663 （2）检验：以压强p为纵坐标，以体积的倒数1V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。
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p-1V图像时，应使收集的实验数据在p-1V坐标系中均匀分布。
2．实验数据的获取
空气柱的压强p可以从仪器上方的压力表读出，空气柱的长度l可以在玻璃管侧的刻度尺上读出，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.
把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读出空气柱的长度与压强的几组数据．
4．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．如图是一定质量的气体分别在T1、T2温度下等温变化的p－V图线，其中温度较高的是T2.
5．注意事项
(1)本实验应用控制变量法，探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温过程)，气体的压强和体积的关系．
(2)为保证等温变化，实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位．同时，改变体积过程应缓慢，以免影响密闭气体的温度．为保证气体密闭，应在活塞与注射器内壁间涂上润滑油，注射器内、外气体的压强差不宜过大。
【最新高考题精练】
1. （2023高考江苏学业水平选择性考试）在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。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
【参考答案】B
【名师解析】
因为该实验是要探究气体等温变化的规律；实验中要缓慢推动或拉动活塞，目的是尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变；为了方便读取封闭气体的体积不需要在橡胶套处接另一注射器。B正确。
2. （2023高考山东高中学业水平等级考试）利用图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，记录气体压强和体积（等于注射器示数与塑料管容积之和），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___________。
A．与成正比 B．与成正比
（2）若气体被压缩到，由图乙可读出封闭气体压强为___________（保留3位有效数字）。
（3）某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了，则在计算乘积时，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的增大而___________（填“增大”或“减小”）。
【参考答案】 （1） B （2）. （3）. 增大
【名师解析】
（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，与成正比。故选B。
（2）若气体被压缩到，则有
由图乙可读出对应的封闭气体压强为
（3）某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了，则在计算乘积时，根据
可知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的增大而增大。
【最新模拟题精练】
1. （2023石家庄三模）某同学利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律，注射器中密封了一定质量的气体。
（1）该同学测得封闭气体的压强p和体积V的多组数据，在坐标系中描点作图，作出的图线如图乙所示，由图可知该同学选用的横轴为______，图线后半段向上弯曲可能的原因是______
A.改变气体体积时推拉活塞速度过快
B.推拉活塞时，手握住注射器含有气体部分
C.实验中有漏气现象
D.环境温度降低
（2）该小组改进了实验操作，避免了上述问题，同时为能更准确地测出气体的压强，直接用软管连通注射器和压强传感器，测得多组封闭气体的压强p和体积V的数据后，做出图像如图丙所示，图线不过原点的原因可能是______。（写出一条即可）
【参考答案】 ①. （或体积的倒数） ②. AB
③. 没有考虑注射器和传感器连接细管中的气体（其他答案合理均给分）
【名师解析】
（1）[1]根据玻意耳定律有
则有
图乙中图像的前一部分为过原点的倾斜的直线，可知该同学选用的横轴为；
[2]A．根据克拉珀龙方程有
则有
可知，图乙中图线上的点与原点连线的斜率能够间接反映温度的大小，则图线后半段向上弯曲，图线上的点与原点连线的斜率增大，表明气体温度升高了。从左往右看，增大，则体积减小，若改变气体体积时推活塞速度过快，外界对气体快速做功，气体温度升高了，图线向上弯曲，A正确；
B．推拉活塞时，手握住注射器含有气体的部分，人的温度高于气体的温度，导致气体温度升高，根据上述，图线向上弯曲，B正确；
C．根据上述有
若气体漏气，则表达式中的n减小，即图线上的点与运动连线的斜率减小图线向下弯曲，C错误；
D．若环境温度降低，导致气体温度降低，根据上述图线上的点与运动连线的斜率减小图线向下弯曲，D错误。
故选AB。
（2）[3]根据图像可知，当体积为0时，压强的倒数不为0，表明实际上有一部分气体没有考虑，可知图像不过原点的原因是没有考虑注射器和传感器连接细管中的气体。
2. （2023山东日照三模）物理小组的同学们利用图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。实验步骤如下：
①将注射器下端开口处套上橡胶套，和柱塞一起封闭一段空气柱；
②测出空气柱的横截面积，通过刻度尺读取空气柱的长度，可得空气的体积；
③从与注射器内空气柱相连的压力表读取空气柱的压强；
④把柱塞迅速地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强，获取空气桂的体积和压强的几组数据；
⑤将各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线，得出温度不变时气体压强与体积的关系。
完成下列填空：
（1）实验中出现错误的步骤是_______（选填步骤前的数字序号），应该纠正为______。
（2）纠正了实验中的错误后，重新规范完成实验。用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线如图乙所示，根据绘制的图线，_______（选填“能”或“不能”）直观判断空气柱的压强与体积成反比，理由是________。

【参考答案】 （1）. ④ . 把柱塞缓慢地向下压或向上拉
（2）. 不能 . 图线是曲线，只能猜想与成反比，需要转化为直线进一步检验
【名师解析】
（1）[1][2]实验中出现错误的步骤是④，为避免温度变化，应该纠正为把柱塞缓慢地向下压或向上拉。
（2）[3][4]根据绘制的图线，不能直观判断空气柱的压强与体积成反比，理由是图线是曲线，只能猜想与成反比，需要转化为直线进一步检验。
3. （2023河北师大附中质检）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；
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温度不变，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、，且。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_________
A． B．
C． D．
【参考答案】 （1） ①. 质量 ②. 温度 （2） ③. 要缓慢移动活塞，或者不能用手握住注射器等
（3） ④. B （4）⑤. CD （5） ⑥. AC
【名师解析】
（1）[1][2]在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的质量和温度；
（2）[3]为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是：要缓慢移动活塞，或者不能用手握住注射器等；
（3）[4]A．推拉活塞时动作过快，会使气体的温度升高后降低，选项A错误；
B．推拉活塞时，手不可以握住注射器气体部分，以保证气体的温度不变，选项B正确；
C．活塞移至某位置时，要等稳定后记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值，选项C错误。
（4）[5]图象发生了弯曲，则说明在实验中温度发生了变化，因图象向上弯曲，图象的斜率为k=CT，故可能是气体的温度升高了，或者质量变大了，故CD正确，AB错误；
（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；
根据理想气体状态方程
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。
。
4．（2023江苏名校质检）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；
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）保持温度不变，封闭气体的压强用压强传感器测量，体积V由注射器刻度读出。
实验前是否需要对传感器进行调零？ （选填：“是”或“否”）
（2）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．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气体的压强值
C．推拉活塞时，手不可以握住注射器气体部分
（3）某同学在做“气体的压强与体积的关系”实验中，测得的实验数据在计算机屏幕上显示如
下表所示，仔细观察“”一栏中的数值，发现越来越小，造成这一现象的可能原因是
。
A．实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力越来越大
B．实验时环境温度升高了
C．实验时外界大气压强发生了变化
D．实验时注射器内的气体向外发生了泄漏
（4）若考虑到连接注射器与传感器的软管内气体体积不可忽略，从理论上讲图像可能
接近下列哪个图？
（5）某同学实验时缓慢推动活塞，并记录下每次测量的压强与注射器刻度值。在实验中出
现压强传感器软管脱落，他重新接上后继续实验，其余操作无误。若该同学用软管脱落前
测得的实验数据在图中画出了图线，在图中大
致画出可能的、符合软管脱落后测得的实验数据的
那部分图线.
【参考答案】（1）否（2）C（3）D（4）D
（5）
【名师解析】（1）实验前不需要对传感器进行调零，因为传感器不调零，图线仍然是一条直线；
（2）A．推拉活塞时，动作要缓慢，以免气体温度发生变化，选项A错误；
B．活塞移至某位置时，要等稳定后记录此时注射器内气柱的长度和气体的压强值，选项B
错误；
C．推拉活塞时，手不可以握住注射器气体部分，以免气体的温度发生变化，选项C正确。
故选C。
（3）A．实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大，不会影响气压与体积，故A错误；
B．实验时环境温度升高了，根据理想气体状态方程，乘积变大，故B错误；
C．封闭气体压强与外界大气压强无关，故C错误；
D．实验时若注射器内的气体向外发生了泄漏，根据理想气体状态方程，常数
与质量有关，变小，则乘积减小，故D正确。故选D。
（4）根据玻意耳定律得
解得
当趋向于零时，
即该双曲线的渐近线方程为，D正确，ABC错误。故选D。
（5）根据 可知，
当质量发生改变后（质量变大），与还是成正比，
但此时斜率发生变化，即斜率比原大，故画出脱落后测得的实验数据的那部分图线，如图所示
5. （2023年7月浙江湖州期末）在“探究气体等温变化的规律”实验中，实验装置如图所示。用注射器封闭一定质量的空气，连接到气体压强传感器上，用传感器测量封闭气体的压强，用注射器刻度读出气体体积。

（1）多次改变封闭气体的体积，测量出不同体积时气体的压强，用电脑记录下来，并生成p-V图像如图所示，由图可猜测p与V可能______（选填“成正比”、“成反比”、“不成比例”）

（2）实验完成后，某同学做出的图像如图所示（其中实线为实验所得，虚线为参考双曲线的一支），造成这一现象的原因可能是______。
A．操作实验时用手握住注射器
B．实验时环境温度降低了
C．注射器内气体向外泄漏
D．有气体进入注射器内
【参考答案】 （1） ①. 成反比 （2）②. BC##CB
【名师解析】
（1）[1]根据图线进行猜测，p与V可能成反比；
（2）[2]实线与虚线进行比较，当体积V一定时，实验中气体压强偏小，结合理想气体状态方程可知，气体温度降低，即实验时环境温度降低；当压强一定时，实验中气体体积偏小，说明可能注射器内气体向外泄露。故选BC。
6. （2023年7月湖北十堰期末） 某同学用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。在橡胶套和柱塞间封闭着一段空气柱，空气柱的长度L可以从刻度尺读取，空气柱的压强p可以从与空气柱相连的压力表读取。缓慢地向下压或向上拉柱塞，保持空气柱的温度不变，测量空气柱的长度及对应的压强，得到如图乙所示的图像.

（1）为了更直观地处理数据，将图乙化曲为直，绘制了如图丙所示的拟合直线，则图丙的横坐标为_________(填“”、“”、“”或“”)。
（2）本实验探究的是气体等温变化时压强p与体积V变化的规律，但测量时却测量了空气柱的长度L，用L代替V的理由是_________。
A.空气柱的横截面积S恒定 B.空气柱的温度恒定 C.空气柱的压强恒定
（3）根据实验数据，得出结论为_________。
A.一定量的气体等温变化时，压强与体积成正比
B.一定量的气体等温变化时，压强与体积成反比
C.一定量的气体等容变化时，压强与温度成正比
D.一定量的气体等容变化时，压强与温度成反比
【参考答案】 ①. ②. A ③. B
【名师解析】
（1）[1]根据理想气体状态方程有
可得
（2）[2]气体的体积
其中S为空气柱的横截面积，由于空气柱的横截面积S不变，所以用L代替V。
故选A。
（3）[3]根据实验数据，得出的结论为一定量的气体等温变化时，压强与体积成反比.。故选B。
7. （2023福建二校联考）用图甲所示实验装置探究气体等温变化的规律。

（1）关于该实验下列说法正确的是（ ）
A. 为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油
B. 改变气体体积时应快速推拉柱塞
C. 为方便推拉柱塞，应用手握注射器再推拉柱塞
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）实验中测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，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“”或“”）图像。对图线进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条______，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）另一小组对实验装置进行了改进，如图乙所示，将注射器与导气管、压强传感器连接在一起，该小组绘出的图像如图丙所示，该图像不过原点的原因是（ ）

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. 漏加了注射器与压强传感器连接处的气体体积
【参考答案】 ①. AD##DA ②. ③. 过原点的倾斜直线 ④. D
【名师解析】
（1）[1]A．为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油，故A正确；
B．实验时为防止气体温度变化，应慢慢推拉柱塞，故B错误；
C．实验时为防止温度发生变化，则不能用手握注射器推拉柱塞，故C错误；
D．只需关注图像斜率的变化即可探究压强和体积的关系，注射器旁的刻度尺只需要刻度分布均匀即可，可以不标注单位，故D正确；
（2）[2]由玻意耳定律可知一定质量的理想气体温度不变时，压强与体积成反比，故为了能最直观地判断气体压强与气体体积的函数关系，应作出图像。
[3]如果在误差允许范围内该图线是一条过原点的倾斜直线，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。
（4）[6]ABC．根据
可得
若实验过程中有漏气现象、气体温度降低或气体温度升高，图像会发生弯曲，故ABC错误；
D．图像整体下移，可知体积偏小，即漏加了注射器与压强传感器连接处的气体体积，故D正确。序号
1
2
3
4
5
压强
体积
序号
V/mL
p／(×105 Pa)
/ (×105 Pa·mL)
1
20.0
1.0010
20.020
2
18.0
1.0952
19.714
3
16.0
1.2313
19.701
4
14.0
l.403 0
19.642
5
12.0
1.635 1
19.621