2024届高考物理二轮专题复习与测试第一部分专题六实验技能与创新第18讲热学光学实验与创新命题点二探究气体实验定律

命题点二探究气体实验定律1．“探究气体等温变化的规律”实验．本实验应用物理实验中常用的控制变量法，探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温过程)，气体的压强与体积的关系，如图所示．(1)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．(2)实验中所用的压力表精度较高，而气柱体积是直接在注射器上读出的，其误差会直接影响实验结果．(3)在等温过程中，气体的压强与体积的关系在pV图像中呈现为双曲线，如图甲．处理实验数据时，要通过变换，即画peq\f(1,V)图像，把双曲线变为直线，说明p和V成反比，如图乙．这是科学研究中常用的数据处理的方法，因为一次函数反映的物理规律比较直观，容易得出相关的对实验研究有用的参数．2．探究一定质量的理想气体的状态变化图像与特点．实验定律类别图像特点玻意耳定律等温线pV＝CT(其中C为恒量)，pV之积越大，等温线温度越高，线离原点越远等温线p＝CTeq\f(1,V)，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高查理定律等容线p＝eq\f(C,V)T，斜率k＝eq\f(C,V)，即斜率越大，体积越小盖·吕萨克定律等压线V＝eq\f(C,p)T，斜率k＝eq\f(C,p)，即斜率越大，压强越小利用如图所示装置验证气体等温变化实验规律，用一个带两根细管的橡皮塞塞紧烧瓶的瓶口，压强传感器通过其中一根不带阀门的细管连通烧瓶中的空气，另一根带阀门的细管连通注射器．开始时阀门处于关闭状态，注射器针筒的最大刻度线到阀门之间充满了水．实验时打开阀门，缓慢推动注射器活塞向烧瓶内注入水．根据注射器刻度记录注入水的体积V，同时记录对应气体的压强p值，得到多组实验数据．利用图像法处理数据得到图甲．(1)图甲中的纵坐标为________(选填“V”或“eq\f(1,V)”)，利用图甲中的数据可得烧瓶的体积为__________．(2)通过对实验装置的不断完善，可准确测出气体的体积V′，做出p-V′图像如图乙，图线在V1、V2之间所围的面积的物理意义是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(3)某同学在处理数据时发现pV′乘积随压强p增大而变小，导致这个现象的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.解析：(1)①设烧瓶的容积为V0，根据理想气体状态方程p(V0－V)＝nRT，可得V＝V0－nRT·eq\f(1,p)，则一定质量的理想气体发生等温过程，V-eq\f(1,p)图像构成线性函数，则甲图中的纵坐标为注入水的体积V；②V-eq\f(1,p)图像的纵截距表示烧瓶的体积，则V0＝b.(2)由功的计算公式可知W＝Fl＝pSl＝pV，即pV的乘积表示气体体积变化时所做的功，图线在V1、V2之间所围的面积的物理意义表示：气体体积从V2减小到V1过程中外界对气体做的功的大小．(3)某同学在处理数据时发现pV′乘积随压强p增大而变小，即nRT变小，导致这个现象的原因是：①装置出现漏气，②环境温度降低．答案：(1)Vb(2)气体体积从V2减小到V1过程中外界对气体做的功的大小(3)①装置出现漏气，②环境温度降低1.某物理实验小组为了探究在压强不变的情况下气体的体积与热力学温度的关系，选用了如图(a)所示的实验装置，图中压强计的指针可指示出管内气柱的压强，刻度可指示出气柱的体积，整个装置安装在固定架上，实验中气柱质量不变．(1)将下列实验步骤补充完整；①在烧杯中放入冰水混合物，使其浸没气柱，压强计示数稳定后，记下冰水混合物的热力学温度T、气柱的体积V和压强p0；②改变烧杯内的水温，使水浸没气柱，经过一段时间后，缓慢调节活塞位置改变气柱的体积，使压强计的示数________，记下气柱体积和水的热力学温度；③多次改变水温，重复步骤②；(2)下表为某次实验记录的数据：项目1234567T/K273283300313325333347V/mL10.010.411.011.412.012.212.7(3)根据表格中的数据在图(b)给出的坐标系中补齐数据点，并作出V-T图线．(4)根据作出V-T的图线可知，一定质量的气体在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成________关系．解析：(1)本实验是探究在压强不变的情况下气体的体积和热力学温度的关系，故需要控制压强保持不变，使压强计示数为p0.(3)根据表格的数据，补齐数据点并描点连线，作出如下图线：(4)根据作出的V-T图线可知，一定质量的气体在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成一次线性关系．答案：(1)p0(3)图见解析(4)线性2．下图是“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”的实验装置示意图．实验操作步骤如下∶①将活塞移动到注射器满刻度处；②用软管连接注射器和压强传感器，并将压强传感器重置；③用数据线依次连接压强传感器、数据采集器、计算机；④推动活塞，记录多组注射器上的刻度数值V，以及相应的压强传感器示数p.(1)其中一小组根据测量的数据，绘出p-eq\f(1,V)图像如图1所示．发现图线的上端出现了一小段弯曲，产生这一现象的可能原因是__________(写出一条即可)．(2)实验中，一组同学在涂抹润滑油时不小心将一大滴润滑油滴入注射器而未留意，该同学通过描点作图，得到V-eq\f(1,p)图像如图2所示，若已知传感器和注射器连接处的软管容积为V0，则注射器内这一大滴润滑油的体积为__________．解析：(1)图线的上端出现了一小段弯曲，即当eq\f(1,V)增大，V减小时，p增加的程度不是线性关系，斜率减小说明压强增加程度减小，其原因是注射器存在漏气现象．(2)以