高考物理系统性复习 (考点分析) 第五节 实验：探究理想气体状态方程（附解析）

【考点分析】第五节实验：探究理想气体状态方程【考点一】教材原型实验【典型例题1】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，和柱塞一起把一段空气柱封闭；②已知空气柱的横截面积为S，通过刻度尺读取空气柱的长度l，可得空气的体积V=lS；③从与注射器内空气柱相连的压力表读取空气柱的压强p；④把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强，获取空气柱的体积V和压强p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)实验时要缓慢地移动柱塞，原因是__________。(2)小明同学根据测量结果，做出p-V图像，如图乙所示，能否根据绘制的图线直接得到空气柱的压强跟体积的关系？如果能，请说明是什么关系；如果不能，请简单说明处理方法。___________________(3)小军同学根据测量结果，做出V-图像，如图丙所示，图线不过原点，则V0代表________，体积增大到一定值后，图线开始偏离直线，说明气体的温度_______。【解析】(1)[1]为减小实验误差，应缓慢移动柱塞，以防止柱塞移动过快时气体的温度发生变化，使柱内空气温度始终与外界空气温度相同。(2)[2]不能，因为曲线所表示的函数关系不清楚，应该先猜想大约反比关系，再作图像，如果图线是过原点的倾斜直线，可以判断空气柱的压强跟体积成反比。(3)[3]体积读数值比实际值大V0。根据，C为定值，则如果实验操作规范正确，但如图所示的图线不过原点，则V0代表注射器下面橡胶套内气体体积或压力传感器内气体体积。[4]V增大到一定程度后，图象偏离直线，而且是向上偏离，图线斜率变大，而图象的斜率表示温度，即温度升高。【答案】使柱内空气温度始终与外界空气温度相同不能，因为曲线所表示的函数关系不清楚，应该先猜想大约反比关系，再做图像，如果图线是过原点的倾斜直线，可以判断空气柱的压强跟体积成反比。注射器下面橡胶套内气体体积或压力传感器内气体体积升高【考点二】实验拓展与创新【典型例题2】在冬季，某同学利用DIS系统对封闭在注射器内的一定质量的气体作了两次等温过程的研究。第一次是在室温下通过推、拉活塞改变气体体积，并记录体积和相应的压强；第二次在较高温度环境下重复这一过程。(1)结束操作后，该同学绘制了这两个等温过程的关系图线，如图。则反映气体在第二次实验中的关系图线的是___________(选填“1”或“2”)；(2)该同学是通过开启室内暖风空调实现环境温度升高的。在等待温度升高的过程中，注射器水平地放置在桌面上，活塞可以自由伸缩。则在这一过程中，管内的气体经历了一个___________(选填(“等压”“等温”或“等容”)的变化过程。【解析】(1)[1]根据气态方程，可得，由图2看出图象是过原点的倾斜直线，斜率不变，可知气体的温度不变，均作等温变化；斜率大的温度较高，则可知反映气体在第二次实验中的关系图线的是1；(2)[2]注射器水平地放置在桌面上，设注射器内的压强为p，大气压强为p0，活塞横截面积为S，活塞移动过程中速度缓慢，认为活塞处于平衡