2025年物理新高考備考2025年（版）物理《三維設(shè)計》一輪總復(fù)習(xí)（提升版）實驗十九　探究氣體等溫變化的規(guī)律

實驗十九探究氣體等溫變化的規(guī)律考情調(diào)研命題特征探究氣體等溫變化的規(guī)律實驗在新高考中考查較少，在2023年江蘇卷和2023年山東卷對本實驗有考查，在2023年考查兩次，可見對本實驗的考查熱度有所增加，在備考中還應(yīng)引起足夠重視1.考裝置：通過不同實驗裝置確定氣體的壓強。2.考操作：實驗操作中的注意事項。3.考數(shù)據(jù)：計算法、圖像法某實驗小組用圖甲所示的裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律。【實驗原理】（1）一定質(zhì)量的氣體，在溫度保持不變的情況下，壓強與體積成反比（選填“正比”或“反比”）?！緦嶒灢襟E】（2）在注射器內(nèi)用柱塞封閉一定質(zhì)量的氣體，按圖甲所示的實驗裝置將實驗器材連接起來。（3）緩慢移動柱塞至某位置，壓力表示數(shù)穩(wěn)定后記錄此時注射器內(nèi)封閉氣體的體積和壓力表顯示的氣體壓強值。（4）重復(fù)步驟（3），多次測量并記錄。（5）根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，作出相應(yīng)圖像，分析得出結(jié)論。【注意事項】（6）實驗裝置需用鐵架臺固定，而不能用手握住注射器，并且在實驗中要緩慢地向下壓或向上拉柱塞的原因是保證溫度不發(fā)生明顯變化?！緮?shù)據(jù)處理】（7）表中是小明同學(xué)測得的a、b、c、d四組實驗數(shù)據(jù)。圖甲中的壓力表記錄的是測b組數(shù)據(jù)時的狀態(tài)，請將表中數(shù)據(jù)補充完整。abcd壓強p/105Pa0.801.001.601.90體積V/cm38.06.44.03.4體積倒數(shù)1V/cm－0.1250.1560.2500.294（8）根據(jù)表中數(shù)據(jù)在如圖乙所示的坐標(biāo)系中作出p－1V答案：（8）如圖所示【誤差分析】（9）小組同學(xué)重復(fù)小明同學(xué)的實驗步驟得到了如圖丙所示的圖像，則產(chǎn)生這種現(xiàn)象可能的原因是A（填選項前字母）。A.實驗過程中氣體溫度升高B.實驗過程中氣體溫度降低C.實驗過程中有漏氣現(xiàn)象解析：（9）由一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)方程pV＝CT可知，p＝CT·1V，題圖丙中最后圖線的斜率逐漸增大，說明氣體溫度逐漸升高，A正確，B錯誤；若出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，相同體積下氣體的壓強會偏小，圖線應(yīng)下偏，C1.實驗步驟與操作（1）組裝實驗器材。（2）注射器兩端有柱塞和橡膠套，管內(nèi)密封一段空氣柱，這段空氣柱就是我們的研究對象。在實驗過程中，我們可以近似認(rèn)為空氣柱的質(zhì)量和溫度不變。（3）用手把柱塞向下壓，選取幾個位置，同時讀出刻度尺讀數(shù)與壓強，記錄數(shù)據(jù)。（4）用手把柱塞向上拉，選取幾個位置，同時讀出刻度尺讀數(shù)與壓強，記錄數(shù)據(jù)，計算出氣體體積，也可以直接用刻度尺讀數(shù)作為空氣柱體積。（5）以壓強p為縱坐標(biāo)，以體積的倒數(shù)1V為橫坐標(biāo)，把以上各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點，觀察圖像，進一步確定p與12.注意事項（1）適用條件是溫度保持不變，所以操作要緩慢，才能保證溫度不變。（2）要等到示數(shù)穩(wěn)定之后，再去讀數(shù)。（3）研究對象為一定質(zhì)量的氣體，防止漏氣。1.（2023·江蘇高考9題）在“探究氣體等溫變化的規(guī)律”的實驗中，實驗裝置如圖所示。利用注射器選取一段空氣柱為研究對象。下列改變空氣柱體積的操作正確的是 （）A.把柱塞快速地向下壓B.把柱塞緩慢地向上拉C.在橡膠套處接另一注射器，快速推動該注射器柱塞D.在橡膠套處接另一注射器，緩慢推動該注射器柱塞解析：B探究氣體等溫變化的規(guī)律，要求氣體質(zhì)量一定，橡膠套可確保密封良好，C、D錯誤；緩慢移動柱塞，保持氣體溫度不變，A錯誤，B正確。2.（2023·山東高考13題）利用圖甲所示實驗裝置可探究等溫條件下氣體壓強與體積的關(guān)系。將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺上，注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的空氣，下端通過塑料管與壓強傳感器相連?；钊隙斯潭ㄒ煌斜P，托盤中放入砝碼，待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄氣體壓強p和體積V（等于注射器示數(shù)V0與塑料管容積ΔV之和）。逐次增加砝碼質(zhì)量，采集多組數(shù)據(jù)并作出擬合曲線如圖乙所示。回答以下問題。（1）在實驗誤差允許范圍內(nèi)，圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線，說明在等溫情況下，一定質(zhì)量的氣體B。A.p與V成正比B.p與1V（2）若氣體被壓縮到V＝10.0mL，由圖乙可讀出封閉氣體壓強為2.04×105Pa（保留3位有效數(shù)字）。（3）某組同學(xué)進行實驗時，一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時漏掉了ΔV，則在計算pV乘積時，他的計算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計算結(jié)果之差的絕對值會隨p的增大而增大（選填“增大”或“減小”）。解析：（1）題圖乙為一條過原點的傾斜直線，說明一定質(zhì)量的氣體在溫度不變的條件下壓強與體積的倒數(shù)成正比，B正確。（2）氣體體積V＝10.0mL時，1V＝100×10－3mL－1，由題圖乙直接讀出該狀態(tài)下的壓強p＝2.04×105Pa（3）正確記錄數(shù)據(jù)時p、V的乘積為p（V0＋ΔV），漏掉ΔV時，該乘積為pV0，則計算結(jié)果之差的絕對值為p·ΔV，由于ΔV為定值，所以壓強p越大，計算結(jié)果之差的絕對值越大。跟蹤訓(xùn)練·鞏固提升1.做“用DIS研究溫度不變時氣體的壓強跟體積的關(guān)系”實驗時，緩慢推動活塞。注射器內(nèi)空氣體積逐漸減小，多次測量得到如圖所示的p－V圖線（其中實線是實驗所得圖線，虛線為一條雙曲線，實驗過程中環(huán)境溫度保持不變）。（1）在此實驗操作過程中注射器內(nèi)的氣體分子平均動能不變（選填“增大”“減小”或“不變”），因為見解析（請簡述理由）。（2）仔細(xì)觀察不難發(fā)現(xiàn)，該圖線與玻意耳定律不夠吻合，造成這一現(xiàn)象的可能原因是推動活塞過程中漏了氣體。（3）把圖像改為p－1V圖像，則p－1V圖像應(yīng)是A（填選項前字母解析：（1）因為實驗過程中環(huán)境溫度保持不變，且是緩慢推動活塞，所示氣體溫度保持不變，而溫度是分子平均動能的標(biāo)志，溫度不變，分子平均動能不變；（2）由P－V圖像可知，隨著氣體體積的減小，氣體壓強增大得比理論值慢，而氣體溫度不變，則可能是氣體壓強較大時漏出了氣體，致使壓強相比理論值偏小。（3）實驗過程中環(huán)境溫度保持不變，由理想氣體狀態(tài)方程可得pVT＝可得p＝CT·1V＝nRT·則等溫變化過程中，且氣體質(zhì)量一定時，p－1V圖像為一條過原點的傾斜直線，由于漏氣使得物質(zhì)的量n減小，則p－1V圖像上點與原點連線的斜率減小，則圖線向下彎曲。故選2.某實驗小組的同學(xué)利用如圖甲所示的裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律，注射器中密封了一定質(zhì)量的氣體。（1）實驗時，為判斷氣體壓強與體積的關(guān)系，不需要（選填“需要”或“不需要”）測出空氣柱的橫截面積。（2）實驗過程中，緩慢推動活塞，測得多組空氣柱的壓強p和體積V的數(shù)據(jù)后，為直觀反映壓強與體積之間的關(guān)系，若以p為縱坐標(biāo)，則應(yīng)以1V為橫坐標(biāo)在坐標(biāo)系中描點作圖，解析：（1）設(shè)氣體初狀態(tài)壓強為p1，空氣柱的長度為L1，氣體末狀態(tài)的壓強為p2，空氣柱長度為L2，空氣柱的橫截面積為S，根據(jù)玻意耳定律有p1L1S＝p2L2S即實驗需要驗證p1L1＝p2L2故實驗不需要測量空氣柱的橫截面積。（2）實驗中空氣柱體積變化緩慢，可認(rèn)為溫度保持不變，為了直觀地判斷壓強p與體積V的數(shù)量關(guān)系，應(yīng)作出p－1V圖像，3.（2024·山東高三專題練習(xí)）某實驗小組利用圖甲所示裝置進行“探究氣體的等溫變化規(guī)律”的實驗，通過向豎直放置的U形玻璃管開口端多次注入水銀改變被封閉氣體的狀態(tài)，每次緩慢注入水銀后，均測量U形玻璃管兩端液面的高度差h1（cm）以及封閉的氣柱的長度h2（m）。一次實驗中，該小組通過多次測量記錄多組h1和h2的數(shù)據(jù)，然后以h1為縱坐標(biāo)、以1?2為橫坐標(biāo)作出h1－1?2圖像如圖乙所示，已知圖像的斜率為k，（1）實驗中，每次注入水銀時都需要緩慢注入，其目的是保持封閉氣體溫度不變；（2）根據(jù)上述條件可知，大氣壓強為bcmHg（用所給的字母表示）；（3）某次實驗中，測得的h1＝h0，則此時封閉的氣柱長度為k?0＋b（4）該小組先后進行了兩次實驗，兩次實驗中封閉的氣體質(zhì)量相同，但在第一次實驗中的環(huán)境溫度要比第二次實驗的環(huán)境溫度高，則第一次實驗得到的h1－1?2圖像的斜率比第二次實驗得到的h1－1?2圖像的斜率偏大（選填“偏大”“不變”或“解析：（1）緩慢注入水銀，目的是保持封閉氣體溫度不變，如果快速注入，外界對氣體做功，氣體內(nèi)能會增加，溫度會升高，如果緩慢注入，即使氣體溫度瞬間會升高，但很快通過散熱，又會回到原來的溫度，因此是等溫變化。（2）設(shè)玻璃管橫截面積為S，對封閉氣體，滿足玻意耳定律，有（p0＋h1）h2S＝CT即h1＝CTS·1?2結(jié)合題圖乙可知CTS＝k，p0＝則大氣壓強為bcmHg。（3）某次實驗中，測得的h1＝h0，由h1＝k·1?2可得h2＝k則此時封閉的氣柱長度為k?0（4）在第一次實驗中的環(huán)境溫度要比第二次實驗的環(huán)境溫度高，由pVT＝C可知，第一次實驗得到的h1－1?2圖像的斜率比第二次實驗得到的h14.某實驗小組用注射器和壓強傳感器探究一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等溫變化時遵循的規(guī)律，實驗裝置如圖甲所示。用活塞和注射器外筒封閉一定的氣體，其壓強可由左側(cè)的壓強傳感器測得。（1）關(guān)于該實驗，下列說法正確的是CD（填選項前字母）。A.該實驗用等效替代法研究氣體的變化規(guī)律B.實驗時注射器必須水平放置C.注射器內(nèi)部的橫截面積沒必要測量D.注射器旁的刻度尺只要刻度分布均勻即可，可以不標(biāo)注單位（2）進行實驗操作時，不能推拉活塞過快，其原因是防止封閉氣體溫度發(fā)生改變。（3）該實驗小組首先在甲實驗室進行了實驗，下表為記錄的實驗數(shù)據(jù)，其中有一次記錄的實驗數(shù)據(jù)錯誤，記錄錯誤的是5（填錯誤數(shù)據(jù)對應(yīng)的實驗序號）。實驗序號12345封閉氣柱長度L/cm12.0011.0010.009.008.00封閉氣柱壓強p/（105Pa）1.011.091.191.331.90（4）該實驗小組又利用同一裝置對同一封閉氣體在另一溫度稍高的乙實驗室進行了實驗，根據(jù)甲、乙實驗室記錄的數(shù)據(jù)用正確的方法畫出的p－1L圖像如圖乙所示，根據(jù)乙實驗室記錄數(shù)據(jù)畫出的圖像應(yīng)為①（填圖線代號）解析：（1）該實驗過程中控制氣體的溫度不變，即運用了控制變量法，故A錯誤；實驗時注射器如何放置對實驗結(jié)果沒有影響，故B錯誤；實驗中要探究的是壓強與體積之間的比例關(guān)系，所以不需要測量氣體的體積，注射器內(nèi)部的橫截面積沒有必要測量，故C正確；注射器旁的刻度尺只要刻度分布均勻即可，便于等量的改變體積，可以不標(biāo)注單位，故D正確。（2）如果活塞推拉得過快，氣體的溫度將產(chǎn)生顯著的變化，實驗誤差將增大。（3）由實驗數(shù)據(jù)可知氣柱長度與氣柱壓強的乘積基本恒定，前四組數(shù)據(jù)符合得很好，乘積在11.9～12.12之間，第5組數(shù)據(jù)的乘積較大，為15.2，說明第5組數(shù)據(jù)記錄錯誤。（4）氣體壓強與氣體的溫度有關(guān)，一定量的氣體，在相同體積下，溫度越高，壓強越大，故圖像①是在溫度稍高的乙實驗室中測量獲得的。5.利用圖甲所示實驗裝置可探究“等溫條件下氣體體積與壓強的關(guān)系”。將注射器豎直固定在鐵架臺上，注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的空氣，已知壓強計通過細(xì)管與注射器內(nèi)的空氣柱相連，細(xì)管隱藏在柱塞內(nèi)部未在圖中標(biāo)明。待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄注射器內(nèi)封閉空氣的壓強p和體積V，改變其體積和壓強，記錄多組數(shù)據(jù)并作出V－1p（1）關(guān)于該實驗，下列說法正確的是C（填選項前字母）。A.柱塞上涂抹適量潤滑油主要是為了減小柱塞與注射器之間的摩擦力B.為方便推拉柱塞，最好是用手握緊注射器再推拉柱塞C.實驗中應(yīng)緩慢推拉柱塞，且待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后再記錄數(shù)據(jù)D.處理數(shù)據(jù)時，作p－V圖像比作V－1p（2）圖乙中圖線向上彎曲的原因可能是在實驗過程中AD（填選項前字母）。A.注射器內(nèi)的氣體溫度升高B.注射器內(nèi)的氣體溫度降低C.注射器有漏氣現(xiàn)象D.注射器有進氣現(xiàn)象（3）某次實驗過程中，得到了如圖丙所示不過原點的圖像，如果實驗操作規(guī)范，圖丙中的V0代表在柱塞內(nèi)隱藏的細(xì)管中的氣體體積。解析：（1）為了保持封閉氣體的質(zhì)量不變，實驗中采取的主要措施是注射器柱塞上涂上潤滑油，防止漏氣或進氣，因壓強計可直接測出壓強，故摩擦力對測量基本無影響，故A錯誤；手握緊注射器會導(dǎo)致封閉氣體溫度變化，故B錯誤；若快速推拉柱塞，則有可能造成氣體溫度變化，所以應(yīng)緩慢推拉柱塞，當(dāng)柱塞移至某位置時，應(yīng)等狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄此時注射器內(nèi)氣柱的體積和壓強計的壓強值，故C正確；封閉氣體在等溫變化下，作出的p－V圖像是雙曲線的一支，而V－1p圖像是直線，更加形象直觀，故D（2）根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pVT＝可得V＝CT·1圖線向上彎曲，圖線的斜率變大，可能是溫度T升高，也可能是常數(shù)C變大，C與氣體的質(zhì)量和種類有關(guān)，所以可能是氣體的質(zhì)量m變大，發(fā)生了進氣現(xiàn)象。故選A、D。（3）如果實驗操作規(guī)范、正確，依據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的V－1p圖像應(yīng)是過坐標(biāo)原點的直線，但如圖丙所示的V－1p圖像不過原點V＝CT·1p－V說明注射器中氣體的體積小于實際封閉氣體的體積，結(jié)合實驗器材可知，圖丙中的V0代表在柱塞內(nèi)隱藏的細(xì)管中的氣體體積。6.（1）如圖甲所示，用一個帶有刻度的注射器及計算機輔助系統(tǒng)來探究氣體壓強與體積的關(guān)系，實驗中所研究的對象是封閉在注射器內(nèi)的氣體，應(yīng)保持不變的物理量是溫度和氣體質(zhì)量，它的體積可從注射器刻度直接讀出，它的壓強由圖中的壓強傳感器等計算機輔助系統(tǒng)得到。（2）某同學(xué)在做“氣體的壓強與體積的關(guān)系”實驗中，測得的實驗數(shù)據(jù)在計算機屏幕上顯示如下表所示，仔細(xì)觀察“p·V”一欄中的數(shù)值，