2024届高三物理二轮复习实验部分微专题复习-探究等温一定质量气体压强与体积的关系实验专题（含解析）

这是一份2024届高三物理二轮复习实验部分微专题复习-探究等温一定质量气体压强与体积的关系实验专题（含解析），共15页。试卷主要包含了实验题等内容，欢迎下载使用。

．使用如图装置做“探究气体压强与体积的关系”的实验，已知压力表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。
(1) 本实验的研究对象是____________(在图中文字中选填)，实验中应保持不变的参量是________。
(2) 甲同学在实验中，测得的实验数据如下表所示，仔细观察“p·V”一栏中的数值，发现越来越小，造成这一现象的可能原因是______ (单选)．
A.实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力越来越大
B.实验时环境温度增大了
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
(3) 实验过程中，下列哪一项操作是正确的______ (单选)．
A.推拉活塞时，动作要快
B.为方便推拉活塞，手可握住注射器含有气体的部分
C.注射器开口处的橡胶套脱落后，应迅速重新装上继续实验
D.活塞与针筒之间涂油主要是为了减小摩擦
E.玻璃管外侧刻度均匀，但并非准确地等于1cm、2cm……这对实验结果的可靠性不会有影响
(4)乙同学在实验中操作规范，读数正确，经描点连线得V−1/p图，如图，已知图象是一条倾斜直线，但未过原点，其原因可能是___________________________________________。
某实验小组用注射器和压强传感器探究一定质量的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)。

(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)。
在“探究气体等温变化的规律”实验中，封闭的空气如图所示，U形管粗细均匀，右端开口，已知外界大气压为76 cm高汞柱产生的压强，图中给出了气体的两个不同的状态．
(1)实验时甲图气体的压强为________cmHg；乙图气体的压强为________cmHg．
(2)实验时某同学认为管子的横截面积S可不用测量，这一观点正确吗？
答：________(选填“正确”或“错误”)．
(3)数据测量完后在用图像法处理数据时，某同学以压强p为纵坐标，以体积V(或空气柱长度)为横坐标来作图，你认为他这样做能方便地看出p与V间的关系吗？
答：________(选填“能”或“不能”)．
使用如图装置做“探究气体压强与体积的关系”的实验，已知压力表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。
(1) 本实验的研究对象是____________(在图中文字中选填)，实验中应保持不变的参量是________。
(2) 甲同学在实验中，测得的实验数据如下表所示，仔细观察“p·V”一栏中的数值，发现越来越小，造成这一现象的可能原因是______ (单选)．
A.实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力越来越大
B.实验时环境温度增大了
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
(3) 实验过程中，下列哪一项操作是正确的______ (单选)．
A.推拉活塞时，动作要快
B.为方便推拉活塞，手可握住注射器含有气体的部分
C.注射器开口处的橡胶套脱落后，应迅速重新装上继续实验
D.活塞与针筒之间涂油主要是为了减小摩擦
E.玻璃管外侧刻度均匀，但并非准确地等于1cm、2cm……这对实验结果的可靠性不会有影响
(4)乙同学在实验中操作规范，读数正确，经描点连线得V−1/p图，如图，已知图象是一条倾斜直线，但未过原点，其原因可能是
___________________________________________。
如下图甲所示，做“用DIS研究温度不变时气体的压强跟体积的关系”实验时，缓慢推动活塞，注射器内空气体积逐渐减小，多次测量得到如下图乙所示的p−V图线(其中实线是实验所得图线，虚线为一条双曲线，实验过程中环境温度保持不变)。

图甲 图乙
(1)在此实验操作过程中注射器内的气体分子平均动能如何变化⋅________，因为________(请简述理由)。
(2)仔细观察图乙不难发现，实线与玻意耳定律不够吻合，造成这一现象的可能原因是________。
(3)把图像改为p−1V图像，则p−1V图像应是________。
A.
B.
C.
D.
如图甲所示，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把注射器活塞推至注射器中间某一位置，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；
③重复上述步骤②，多次测量；
④根据记录的数据，作出V−1p图线，如图乙所示。
(1)完成本实验的基本要求是______(填正确答案标号)
A.在等温条件下操作
B.封闭气体的注射器密封良好
C.必须弄清所封闭气体的质量
D.气体的压强和体积必须用国际单位
(2)理论上由V−1p图线分析可知，如果该图线______，就说明气体的体积跟压强的倒数成正比，即体积与压强成反比。
(3)若他实验操作规范正确，则图线不过原点的原因可能是______，图乙中V0代表______。
用注射器做“验证玻意耳定律”的实验，如图1所示。
图1
(1)若测得注射器的全部刻度长为l，由注射器的刻度直接读出其容积为V，由天平测得注射器的活塞和钩码框架的总质量为m1，由气压计读出大气压强为p0。当框架两侧对称悬挂钩码总质量为m2时，气体压强为____ _;去掉钩码，用弹簧测力计竖直向上拉框架，测得拉力为F，则气体压强为_____ _。
(2)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、1V为横轴，画出p−1V图象如图2、3、4所示，则图2产生的可能原因是___;图3产生的可能原因是__ _;图4产生的可能原因是__ _。
A.各组的p、1V取值范围太小
B.实验过程中有漏气现象
C.实验过程中气体温度升高
D.在计算压强时，没有计入由于活塞和框架的重力引起的压强
9．运用玻意耳定律可以测量小晶体的体积，装置示意图和测量数据图、实验步骤如下：
①取适量小晶体，装入注射器内;
②缓慢推动活塞至某一位置，记录活塞所在位置的容积刻度V1，通过压强传感器与数据采集器从计算机上读取此时气体的压强p1;
③重复步骤②，记录活塞在另一位置的容积刻度V2和读取相应的气体的压强p2;
④再重复步骤②，处理记录的3组数据，得到小晶体的体积。
(1)实验中缓慢推动活塞，是为了保持____不变。
(2)为了减小实验误差，采用作直线图线的方法来处理实验数据。图示方格图的纵坐标应标明的物理量是_____，横坐标则应标明____。
(3)如果图线的斜率用k表示，则注射器内小晶体的体积V0与容积刻度V、气体的压强p的关系
答案和解析
1.【答案】(1)空气柱；温度；(2)D；(3)E；(4)连接压力表和注射器内空气柱的细管中有气体未计入。
【解析】
【分析】
(1)本实验研究一定质量的气体，在温度不变的条件下，压强与体积的关系；
(2)根据理想气体状态方程分析pV值越来越小的原因；
(3)根据实验操作要求选择正确的操作；
(4)空气柱体积为零时仍有压强，是因为忽略了细管中的气体体积。
本题关键要明确实验原理，知道实验误差的来源，为减小实验误差，一些实际问题要通过实验去体会。
【解答】
(1)本实验的研究对象是空气柱；实验中应保持不变的参量是温度；
(2)根据理想气体状态方程pVT=C，其中常量C与气体的种类和气体质量有关，实验中发现pV值越来越小，可知造成这一现象的可能原因是：温度降低或气体质量减小。故D正确，ABC错误。
故选D。
(3)A.本实验条件是温度不变，故推拉活塞时，动作要慢，故A错误；
B.本实验条件是温度不变，用手握住注射器含有气体的部分，会使气体温度升高，故手不能握住注射器，故B错误；
C.本实验研究的是一定质量的气体，注射器开口处的橡胶套脱落后，气体质量会发生变化，不能重新装上继续实验，故C错误；
D.活塞与针筒之间涂油主要是为了封闭气体，保证气体质量一定，其次是为了减小摩擦，故D错误；
E.玻璃管外侧刻度均匀即可，但并非准确地等于1cm、2cm……这对实验结果的可靠性不会有影响，故E正确。
故选E。
(4)V−1p图象是一条倾斜直线，但未过原点，由图知空气柱体积为零时仍有压强，这是因为连接压力表和注射器内空气柱的细管中有气体未计入。
故答案为：(1)空气柱；温度；(2)D；(3)E；(4)连接压力表和注射器内空气柱的细管中有气体未计入。
2.【答案】(1)ACD；(2)防止封闭气体温度发生改变；(3)5；(4)①
【解析】
【分析】
(1)玻意耳定律成立的前提是等温且质量一定，p与V成反比，P−V图像是双曲线的一支，p−1V图像是直线，更加直观的反映p与V的关系。
(2)进行实验操作时，不能推拉活塞过快，是为了防止气体温度发生变化；
(3)通过计算每组数据的乘积判断错误的实验数据；
(4)根据图像的斜率确定根据乙实验室记录数据画出的图像。
理解实验原理是解题的关键。
【解答】
(1)题目探究气体的等温变化的过程，其实验原理为p1V1=p2V2，其中压强可由传感器获得，体积由测量长度L与活塞横截面积的乘积获得。由于横截面积相同，体积之比与长度之比相关，由此横截面积的具体数据无需测量。在气体变化中，满足PV=nRT。该实验在T不变的情况下探究p与V的关系，此为控制变量法。故正确的说法为ACD。
(2)缓慢推拉活塞有利于减少做功或摩擦生热，保证封闭气体温度不发生变化；
(3)在等温变化中，PV=C(C为常数)所以，对每组数据两两相乘，前四对乘积均约等于12，而第5组数据的乘积约为15，故第5组数据记录错误；
(4)本实验中，PV=nRT，得：p=nRTS1L，因此，温度越高，图线的斜率越大，故图线①是在温度稍高的实验室进行实验得到的图像。
故答案为：(1)ACD；(2)防止封闭气体温度发生改变；(3)5；(4)① 。
3.【答案】(1)76，80；(2)正确；(3)不能
【解析】
【分析】
本题考查了封闭气体压强的确定以及探究玻意耳定律定律实验时的数据测量及处理问题。
(1)由连通器原理确定甲乙图中的压强；
(2)以封闭气体为研究对象，根据玻意耳定律列方程，横截面积S可以约掉；
(3)P与V成反比，P−V图线为曲线，而直线更能直观的反应规律。
【解答】
(1)由连通器原理可知，甲图中气体压强为p0=76cmHg，乙图中气体压强为p0+4cmHg=80cmHg；
(2)由玻意耳定律p1V1=p2V2，即p1l1S=p2l2S，即p1l1=p2l2(l1、l2为空气柱长度)，所以玻璃管的横截面积可不用测量；
(3)以p为纵坐标，以V为横坐标，作出p−V图是一条曲线，但曲线未必表示反比关系，所以应再作出p−1V图，看是否是过原点的直线，才能最终确定p与V是否成反比。
故答案为：(1)76，80；(2)正确；(3)不能
4.【答案】(1)空气柱；温度；(2)D；(3)E；(4)连接压力表和注射器内空气柱的细管中有气体未计入。
【解析】
【分析】
(1)本实验研究一定质量的气体，在温度不变的条件下，压强与体积的关系；
(2)根据理想气体状态方程分析pV值越来越小的原因；
(3)根据实验操作要求选择正确的操作；
(4)空气柱体积为零时仍有压强，是因为忽略了细管中的气体体积。
本题关键要明确实验原理，知道实验误差的来源，为减小实验误差，一些实际问题要通过实验去体会。
【解答】
(1)本实验的研究对象是空气柱；实验中应保持不变的参量是温度；
(2)根据理想气体状态方程pVT=C，其中常量C与气体的种类和气体质量有关，实验中发现pV值越来越小，可知造成这一现象的可能原因是：温度降低或气体质量减小。故D正确，ABC错误。
故选D。
(3)A.本实验条件是温度不变，故推拉活塞时，动作要慢，故A错误；
B.本实验条件是温度不变，用手握住注射器含有气体的部分，会使气体温度升高，故手不能握住注射器，故B错误；
C.本实验研究的是一定质量的气体，注射器开口处的橡胶套脱落后，气体质量会发生变化，不能重新装上继续实验，故C错误；
D.活塞与针筒之间涂油主要是为了封闭气体，保证气体质量一定，其次是为了减小摩擦，故D错误；
E.玻璃管外侧刻度均匀即可，但并非准确地等于1cm、2cm……这对实验结果的可靠性不会有影响，故E正确。
故选E。
(4)V−1p图象是一条倾斜直线，但未过原点，由图知空气柱体积为零时仍有压强，这是因为连接压力表和注射器内空气柱的细管中有气体未计入。
故答案为：(1)空气柱；温度；(2)D；(3)E；(4)连接压力表和注射器内空气柱的细管中有气体未计入。
5.【答案】(1)不变；缓慢推动活塞，气体温度保持不变，而温度是分子平均动能的标志，温度不变，分子平均动能不变；
(2)推动活塞过程中漏出了气体或者环境温度降低；
(3)A。
【解析】
【分析】(1)缓慢推动活塞，气体温度保持不变，而温度是分子平均动能的标志，温度不变，分子平均动能不变。
在使注射器内空气体积逐渐减小的过程中，压强增加，但实际增加的偏小，可能漏气或降温；
(2)该图线与玻意耳定律不够吻合，结合图像的特点可知压缩气体的过程中p与V的乘积减小从而可分析出原因；
(3)p−1V图像应该是直线，在使注射器内空气体积逐渐减小的过程中，压强增加，但实际增加的偏小
【解答】(1)因为气体温度不变，所以气体分子的平均动能不变；
(2)原因可能是实验时注射器内的空气外泄或者环境温度降低；
(3)由题p−V图像知，p−1V图像的图线应向下弯曲，所以p−1V图像应是A。
6.【答案】(1)AB；(2)为过坐标原点的直线；(3)传感器与注射器间有气体；传感器与注射器间气体体积
【解析】
【分析】
(1)玻意耳定律成立的前提是等温且质量一定；
(2)根据理想气体状态方程分析；
(3)注射器与压强传感器连接部位的气体体积；
本题关键明确实验原理，知道实验误差的来源，会减小实验误差，一些实际问题要通过实验去体会。
【解答】
(1)AB.本实验的条件是：温度不变、气体质量一定，所以要在等温条件下操作，注射器密封性要好，故AB正确；
C.本实验研究质量一定的气体压强与体积的关系，不需要测量气体的质量，故C错误；
D.本实验研究气体的压强和体积的比例关系，单位无需统一为国际单位，故D错误。
故选AB。
(2)根据理想气体状态方程pVT=C可知，实验数据画出的V−1p图线是过坐标原点的直线。
(3)在实际的实验过程中实验操作规范正确，根据实验数据画出如图乙所示的V−1p图线不过坐标原点，该图线的方程为：V=k1p−b，说明试管中的气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验的器材可知，截距b代表：注射器与压强传感器连接部位的气体体积，即图乙中V0代表传感器与注射器间气体的体积。
故答案为：(1)AB；(2)为过坐标原点的直线；(3)传感器与注射器间有气体；传感器与注射器间气体体积。
7.【答案】(1)p0+(m1g+m2g)lVp0+(m1g-F)lV
(2)D C B
【解析】【试题解析】
【解析】(1)注射器可看成圆柱体，由V=Sl得S=Vl。框架两边加砝码时，对活塞受力分析可知pS=p0S+m1g+m2g，可得气体压强p=p0+(m1g+m2g)lV;向上加力F时，对活塞受力分析可知pS+F=p0S+m1g，可得气体压强p=p0+(m1g-F)lV。
(2)图2中图线的交点在横轴上，即测量的压强为0时就有一定的体积，因此在测量过程中压强测小了，可能是在计算压强时，没有计入由于活塞和框架的重力引起的压强，故选D;图3中图线向上弯曲，可能是实验过程中气体温度升高，故选C;图4图线向下弯曲，可能是实验过程中有漏气现象，导致pV乘积减小，故选B。
【答案】(1)p0+(m1g+m2g)lVp0+(m1g-F)lV
(2)D C B
8.【答案】(1)温度 (2)V 1p (3)V−kp (4)测量5组或5组以上数据
【解析】【解析】(1)由于运用玻意耳定律测量小晶体的体积，所以注射器中的气体发生的是等温变化，所以实验中缓慢推动活塞，是为了保持温度不变。
(2)根据玻意耳定律有pV=C，为了减小实验误差，采用作直线图线的方法来处理实验数据，故作V−1p图象，方格图的纵坐标应标明的物理量是V，横坐标则应标明1p。
(3)注射器中的发生的是等温变化，根据玻意耳定律，pV=C，所以气体体积趋向于无穷大;横轴截距表示固体的体积，故有k=V-V01p-0=p(V−V0)，解得：V0=V−kp。
(4)采用作图法处理实验数据应当要多组数据，而本次实验数据为3组，所以本次数据的不足之处是实验数据测量次数少，应当测量5组或5组以上数据。
【答案】(1)温度 (2)V 1p (3)V−kp (4)测量5组或5组以上数据
序号
V(mL)
p(×105Pa)
p·V(×105Pa·mL)
1
20.0
1.001 0
20.020
2
18.0
1.095 2
19.714
3
16.0
1.231 3
19.701
4
14.0
1.403 0
19.642
5
12.0
1.635 1
19.621
实验序号
1
2
3
4
5
封闭气柱长度L(cm)
12.00
00
10.00
9.00
8.00
封闭气柱压强p()
1.01
1.09
1.19
1.33
1.90
序号
V(mL)
p(×105Pa)
p·V(×105Pa·mL)
1
20.0
1.001 0
20.020
2
18.0
1.095 2
19.714
3
16.0
1.231 3
19.701
4
14.0
1.403 0
19.642
5
12.0
1.635 1
19.621
测量次数
物理量
1
2
3
p/×105Pa
0．77
1．00
1．33
V/×10−5m3
1．20
1．00
0．85