2026版创新设计高考总复习物理(人教基础版)学生用-实验二十一 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

实验二十一探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系学习目标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。实验思路与实验器材实验操作注意事项1.实验思路利用注射器封闭一段空气柱作为研究对象,在温度不变的情况下,测量气体在不同体积时的压强,再分析气体压强与体积的关系。2.物理量的测量(1)空气柱的体积:空气柱的长度可以通过刻度尺读取,空气柱的长度与横截面积的乘积就是体积。(2)空气柱的压强:从与注射器内空气柱相连的压力表读取。3.实验器材带铁夹的铁架台,注射器,柱塞(与压力表密封连接),压力表,橡胶套,刻度尺。1.装置如图2.注射器两端有柱塞和橡胶套,管内密封一段空气柱,这段空气柱就是我们的研究对象。在实验过程中,我们可以近似认为空气柱的质量和温度不变。3.用手把柱塞向下压,选取几个位置,同时读出刻度尺读数与压强,记录数据。4.用手把柱塞向上拉,选取几个位置,同时读出刻度尺读数与压强,记录数据。横截面积相同,每一次的体积改变,只需要比较空气柱的长度,故无需测量空气柱的横截面积。1.适用条件是温度保持不变,所以操作要缓慢,不能用手握住注射器,才能保证温度不变。2.要等到示数稳定之后,再去读数。3.研究对象为一定质量的气体,可涂润滑油,防止漏气。数据处理1.以压强p为纵坐标,以体积V为横坐标建立p-V坐标系,画出气体等温变化的p-V图像,由于图像是曲线,不能说明压强与体积成反比。2.以压强p为纵坐标,以体积的倒数1V为横坐标,建立p-1V坐标系,画出气体等温变化的p-1V图像,图像是过原点的倾斜直线3.实验结论:一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强与体积成反比。误差分析1.橡胶套密封不严会使空气柱的质量变化,从而引起误差。2.实验过程环境温度变化,或柱塞向下压或向上拉得过快均会使空气柱的温度发生变化,从而引起误差。3.空气柱长度的测量、压力表的读数等引起的误差。考点一教材原型实验例1某实验小组用如图甲所示装置探究气体做等温变化的规律。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。从压力表上读取空气柱的压强,从注射器旁的刻度尺上读取空气柱的长度。(1)实验时,为判断气体压强与体积的关系,(选填“需要”或“不需要”)测出空气柱的横截面积。

(2)关于该实验,下列说法正确的是。

A.为避免漏气,可在柱塞上涂抹适量润滑油B.实验中应快速推拉柱塞,以免气体进入或漏出注射器C.为方便推拉柱塞,应用手握紧注射器再推拉柱塞D.柱塞移至某位置时,应快速记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值(3)测得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,作出图像如图乙所示。图像向下弯曲的可能原因是。A.实验过程中有进气现象B.实验过程中有漏气现象C.实验过程中气体温度降低D.实验过程中气体温度升高例2某实验小组用如图甲所示实验装置来“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”。(1)关于该实验,下列说法正确的是。

A.实验时应快速推拉活塞以避免气体与外界发生热交换B.无需测出封闭气体的质量C.推拉活塞时,应用手握住整个注射器以使装置更稳定(2)为了探究气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律,他们进行了两次实验,得到的p-V图像如图乙所示,由图可知两次实验气体的温度大小关系为T1T2(选填“<”“=”或“>”)。

(3)为了能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“p-V”或“p-1V”)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。考点二实验创新拓展例3(2023·山东卷,13)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p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV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.p与V成正比 B.p与1V(2)若气体被压缩到V=10.0mL,由图乙可读出封闭气体压强为Pa(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ΔV,则在计算pV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p的增大而(选填“增大”或“减小”)。

例4(2025·山东烟台高三期末)某实验小组利用图甲所示装置进行“探究气体的等温变化规律”实验,通过向竖直放置的U形玻璃管开口端多次注入水银改变气体的状态,每次缓慢注入水银后,测量U形玻璃管两端液面的高度差h1(cm)以及封闭气柱的长度h2(cm)。一次实验中,该小组通过多次测量记录多组h1和h2数据,然后以h1为纵坐标、以1h2为横坐标作出h1-1h2图像,如图乙所示,已知图像的斜率为k,(1)实验中,每次注入水银时都需要缓慢注入,其目的是

。

(2)根据上述条件可知,大气压强为cmHg(用所给的字母表示)。

(3)某次实验中,测得h1=h0,则此时封闭的气柱长度为cm(用所