2026高考物理训练-实验24 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系（原卷版）

高考实验解读与针对性训练

实验24探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

【实验解读】

一、教材实验解读

实验思路与实验器材实验操作注意事项

1.实验思路

1.安装器材（如图）

利用注射器封闭一段空气柱1.适用条件

作为研究对象，在温度不变是温度保持

的情况下，测量气体在不同不变，所以操

体积时的压强，再分析气体作要缓慢，不

压强与体积的关系能用手握住

2物理量的测量注射器,才能

2.注射器两端有柱塞和橡胶套，管内

⑴空气柱的体积:空气柱的保证温度不

密封一段空气柱，这段空气柱就是研

长度可以通过刻度尺读取，变。

究对象。在实验过程中，我们可以近

空气柱的长度与横截面积的2.要等到示

似认为空气柱的质量和温度不变。

乘积就是体积。数稳定之后,

3.将柱塞向下压，选取几个位置，同

（2）空气柱的压强:从与注射再去读数。

时读出刻度尺读数与压强,记录数据C

器内空气柱相连的压力表读3.研究对象

4.将柱塞向上拉，选取几个位置，同

取。为一定质量

时读出刻度尺读数与压强，记录数据。

3.实验器材的气体，防止

在该实验中，由于我们可以直接用刻

带铁夹的铁架台，注射器，漏气。

度尺读数作为空气柱体积，故无需测

柱塞（与压力表密封连接），

压力表，橡胶套，刻度尺。量空气柱的横截面积。

1.以压强P为纵坐标，以体积P为横坐标建立P—P坐标系，画出气体等温

变化的p-P图像，由于图像是曲线，不能说明压强与体积成反比。

数

据

处2.以压强p为纵坐标，以体积的倒数卜为横坐标，建立〃一迦标系，画出气

理

体等温变化的〃一程图像，图像是过原点的倾斜直线，说明压强与体积成反

比。

二、拓展创新实验

.高考启示

高考实验题一般源于教材而不拘源于教材，是在教材实验的基础上创设新情景。

因此，要在夯实教材实验的基础上注意迁移和创新能力的培养，善于用教材中实

验的原理、方法和技巧处理新问题。

实验器材创新：压力表改为压强传感器。

实验目的创新：探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系改为探究等压情

况下一定质量气体温度与体积的关系，探究等容情况下一定质量气体压强与温度

的关系3

【高考典例】

【典例1】.（2024•上海卷，一一2）如图所示，注射器内装有封闭的空气，与温度传

感器一起浸在装有热水的烧杯中。在水自然冷却的过程中，每隔一定时间记录一

组体积与温度的值，得到气体体积与温度的关系图像。

温度传感器

①不考虑漏气因素，符合理论预期的图线是（）

②下列有助于减小实验误差的操作是（）

A.实验前测量并记录大气压强

B.实验前测量并记录环境温度

C待温度传感器示数稳定后读数

D.熨验过程中保持液面时刻处于活塞以上

答案①A②D

解析①根据题意可知，本实验为“探究气体等压变化的规律”，所以由盖-吕

萨克定律有"=左（左为常量）可知P=%r,又根据r="+273.15）K,有/=他+

273.15）,所以P-T图像为一条倾斜直线，且其反向延长线过坐标原点，夕一，图

像为一条倾斜直线，且其反向延长线不过坐标原点，A正确，B、C、D错误。

②本实验为“探究气体等压变化的规律”，所以只需要保证密闭气体的压强不变,

即保证大气压强不变即可，不需要记录室内大气压，A不符合题意;因为密闭气

体的温度等于水的温度，与室内温度无关，所以不需要记录室内的温度，B不符

合题意;因为热水的温度在不断降低，最终与室内温度相同，所以如果待温度传

感器示数稳定后再读数，那么最终读取的数据只有一组，即室内温度与对应的气

体体积，无法画出气体体积与温度的关系图像，C不符合题意;为了保证密闭气

体的温度时刻等于水的温度，即为了使记录的封闭气体的温度尽可能准确，实验

过程中活塞应时刻处于液面以下，D正确。

【典例2】（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

放入祛码，待气体状态稳定后，记录气体压强〃和体积■（等于注射器示数分与

塑料管容积之和）。逐次增加祛码质量，采集多组数据并作出拟合曲线如图乙

所示。

噬，接计,算机

:I

1飞压强化感器

UU

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O

A.p与P成正比B.p与程成正比

（2）若气体被压缩到r=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△匕则在计算乘积时,

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”)。

答案(1)B(2)2.04X105(3)增大

解析(1)在实验误差允许范围内，题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，〃与2成正比，故选风

(2)若气体被压缩到/=10.0mL,则有+mL—=100X10-3mLT,由题图乙

可读出封闭气体压强为〃=2.04X105pa。

(3)某组同学进行实验时，正确记录数据时为〃(％+△口一同学在记录数据时漏

掉了△匕该数据记为pKo,则计算结果之差的绝对值为〃(匕十△r)一〃匕="△匕

由于AP为定值，可知随〃的增大计算结果之差的绝对值会增大。

【针对性训练】

1.(2023•江苏高考9题)在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。

利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作止确的是()

A.把柱塞快速地向卜压

B.把柱塞缓慢地向上拉

C.在橡胶套处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞

D.在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞

【答案】.B

【解析】探究气体等温变化规律，要求气体质量一定，橡胶套可确保密封良好，C、D错误

缓慢移动柱塞，保持气体温度不变，A错误，B正确。

2.（2025•河北石家庄月考）某同学利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规

律，注射器中密封了一定质量的气体。

（1）该同学测得封闭气体的压强p和体积P的多蛆数据，在坐标系中描点作组，

作出的图线如图乙所示，由图可知该同学选用的横轴为o图线后半段向

上弯曲可能的原因是。

A.改变气体体积时推拉柱塞速度过快

B.推拉柱塞时，手握住注射器含有气体的部分

C.实验中有漏气现象

D.环境温度降低

（2）该小组改进了实验操作，避免了上述问题，同时为能更准确地测出气体的压

强，直接用软管连通注射器和压强传感器，测得多组封闭气体的压强p和体积V

的数据后。作出指一修图像如图丙所示。图线不过原点的原因可能是

（写出一条即可）。

答案（1点或体积的倒数）AB

（2）没有考虑连接注射器和传感器的软管中的气体（其他答案合理均可）

解析（1）根据玻意耳定律有P，=。，则有题图乙中图线的前半部分为

过原点的倾斜的直线，可知该同学选用的横轴为京根据理想气体状态方程华=C

可知则〃一/图线应是一条过原点的倾斜直线，图线后半段向上弯曲,

图线上的点与原点连线的斜率增大，表明气体温度升高了。实验中如果有漏气现

象，图线会向下弯曲。古嬷A、B。

⑵根据图像可知，当体积为0时，压强的倒数不为0,表明实际上有一部分气体

没有考虑,可知图线不过原点的原因是没有考虑连接注射器和传感器的软管中的

气体。

3.某同学设计了如图甲所示的装置来探究“气体温度不变时压强随体积变化规律”

的实验，注射器导热性能良好，用橡皮帽和活塞在注射器内封闭一定质量的理想

气体。质量不计的细绳跨过滑轮，一端系到活塞二，调节滑轮的高度，使左侧细

绳拉直时能保持水平，另一端可以挂钩码。实验时，在细绳的下端依次挂上质量

相等的钩码1、2、3、…，稳定后通过注射器的标度读出对应空气柱的体积匕

并能求出对应气体的压强P。已知注射器的最大体积为Pm，刻度全长为八大气

压强为P0,每个钩码的质量为〃?，重力加速度为g。

(1)关于本实验的操作，下列说法正确的是O

A.为减小误差，每挂上一个钩码后，应平衡后再读出体积

B.挂钩码时，为了防止注射器脱落，应用手紧紧握住注射器

C.实验前，应在活塞上涂上润滑油，并来回拉动几次

D.实验时必须测出封闭气体的温度

(2)若在某次实验中细绳上所挂钩码个数为〃，则平衡后对应气体的压强为

(用题目中已知量表示)。

(3)该同学根据测得气体的体积和对应的压强，作出了P一：图像，如图乙所示，

图线不过原点，则纵坐标b代表;体积增大到一定值后，四线

开始偏离直线，可能是由于气体温度(选填“升高”或“降低”);也可能

是由于装置气密性不好导致气体质量(选填“增大”或“减小”)。

乙

答案(1)AC(2)po—嘿(3)橡皮帽内气体体积升高增大

vm

解析(1)每挂上一个钩码，平衡后，待封闭气体的体积不再发生变化，再淡出

体积，可以减小误差，故A正确挂钩码时，不能用手紧紧握住注射器，因为手

的温度会改变封闭气体的温度，使测量结果不准福，故B错误;实验前，应在活

塞上涂上润滑油，并来回拉动几次，可以增加密封性，也可以减小摩擦带来的误

差，故C正确;注射器不隔热，所以实验时封闭气体的温度与外界温度相同，气

体做等温变化，不需要测量温度，故D错误。

(2)由平衡关系可得皿g+J"=p°2可得〃=p°—量々

⑶实验操作规范，图线不过原点,则〃代表注射器橡皮帽内气体的体积;由华=C

可知P=C*,体积增大到一定值后，图线开始偏离直线，向上偏离，斜率变大,

说明可能是温度升高;公式中的。与气体质量有关，斜率变大，也可能是由于装

置气密性不好导致气体质量增大。

4.如图为“研究一定质量气体在体积不变的条件下，压强与温度的关系”的实验

装置示意图。粗细均匀的弯曲玻璃管A管插入烧瓶中，B管与玻璃管C下部用

橡胶管连接，C管开口向上，一定质量的气体被水银封闭于烧瓶内。开始时，B、

C内的水银面等高。

(1)此实验中作为研究对象的气体是(选二真①烧瓶中的气体;②烧瓶和A、

B管中的气体;③B、C下面橡胶管中的气体)。若气体温度升高，为使瓶内气体

的体积不变，应将C管(选填“向上”或“向下”)移动，直至B内的水

银面回到原位置。

(2)实验中使所研究气体的体积不变，多次改变气体温度，用加表示气体升高的

摄氏温度，用夕表示气体压强。根据测量数据作出的图线是________。

(3)某同学还想用此实验验证玻意耳定律，在保证温度不变的情况下，寻找体积

和压强满足的关系，现在不知道大气压强的具体数值，但大气压强可视为不变,

也无法直接测出气体的体积和B管的内径，但该同学通过分析还是可以验证玻

意耳定律。

①保证温度不变的方法是(选填“保持实验环境温度不变”“移动C管要

迅速”或“测量数据要快”)。

②初始时，B、C管中水银面等高，然后向上移动C管，测量B管中水银面比初

始状态水银面上升了队此时，B、C管中水银面的高度差为△儿在6和4?都

很小的情况下(即A/r6=0),只要h和\h满足关系就可以验证玻意耳定

律。

答案⑴②向上(2)C

(3)①保持实验环境温度不变②C

解析(1)由题可知,实险中是研究烧瓶和A、B管中的气体在体积不变的条件下,

压强与温度的关系，故选②;若气体温度升高，为保证气体的体积不变，则气体

压强应增大，所以应将C管向上移动，直至B内的水银面回到原位置。

(2)气体的体积不变，设初状态压强为/小温度为八，气体升高的摄氏温度与升

高的热力学温度相等，则有△7=△，，由黄=7^而，可得〃=〃1+畀"=pi+

并加，故C正确。

(3)①烧瓶可与外界进行热传递，所以要保持实验环境温度不变，缓慢移动C管,

稳定后再测量数据。

②设玻璃管的横截面积为S,气体做等温变化，有po%=p/i，末状态压强0=

po+pgbh

体积匕=%一力S

代入上式有po%=3)+铝凶)(％-的

在人、△//都很小的情况下，即Ahh=。,化简得

h=^PgAh,故C正确，A、B、D错误。

5.某同学设计了如图甲所示的装置来探究“温度不变时气体压强随体积变化规律”的实验,

注射器导热性能良好，用橡皮帽和活塞在注射器内封闭一定质量的理想气体。质量不计的细

绳跨过定滑轮，一端系到活塞上，左侧细绳拉直时保持水平，另一端可以挂钩码。实验时，

在细绳的下端依次挂上质量相等的钩码1,2,3,…，稳定后通过注射器的标度读出对应空

气柱的体积V,并能求出对应气体的压强p。已知注射器的最大体积为心，刻度全长为心

大气压强为Po,每个钩码的质量为m,重力加速度为g.

(1)关于本实验的操作，下列说法正确的是。

A.为减小误差，每挂上一个钩码后，应平衡后再读出体积

B.挂钩码时，为了防止注射器脱落，应用手紧紧握住注射器

C.实验前，应在活塞上涂上润滑油，并来回拉动几次

D.实验时必须测出封闭气体的温度

(2)若在某次实验中细绳上所挂钩码个数为小则平衡后对应气体的压强为(用

题目中已知量表示）。

（3）该同学根据测得气体的体积和对应的压强，作出了图像，如图乙所示，图线不过

原点，则纵坐标b代表:体积增大到一定值后，图线开始偏离直线，可能是由于气

体温度（选填“升高”或“降低”）；也可能是由于装置气密性不好导致气体质量

（选填“增大”或“减小

【答案】.（1）AC（2）p0一干丝（3）橡皮帽内气体体积升高增大

解柝（1）每挂上一个钩码，平衡后，待封闭气体的体积不再发生变化，再读出体积，可以

减小误差，故A正确；挂钩码时，不能用手紧紧握住注射器，因为手的温度会改变封闭气

体的温度，使测量结果不准确，故B错误实脸前，应在活塞上涂上润滑油，并来回拉动几

次，可以增加密封性，也可以减小摩擦带来的误差，故C正礁注射器不隔热，所以实验时

封闭气体的温度与外界温度相同，气体做等温变化，不需要测量温度，故D错误。

（2）对活塞，由平衡条作可得〃mg+*=pog

（3）实验操作规范，图线不过原点，则b代表注射器橡皮帽内气体的体积；由牛=C可知9

=%7，体积增大到一定值后，图线开始偏离直线，向上偏离，斜率变大，说明可能是温度

升高公式中的C与气体质量成正比，斜率变大，也可能是由于装置气密性不好导致气体质

量增大。

6.图甲是某实验小组利用气体压强传感器探究“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。

（1）主要操作步骤如下，请补充缺失的内容：

①用注射器封闭一定质量的空气，将注射器与压强传感器连接；

②从读取并记录气体的体积V,同时从读取并记录对应的气体压强值p；

③缓慢推动（或拉动）活塞，再记录一组V和p的值：

④重复上述步骤③，多次则量。

（2）用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线如图乙所示，根据绘制的p-V图线,

（选填“能”或“不能”）直观判断空气柱的压强与体积成反比。

（3）该小组测得封闭气体的压强p和体枳V的多组数据，在坐标系中描点作图，作出的图

线如图内所示。

①由图丙可知该小组选用的横轴为:

②图线后半段向上弯曲的原因可能是o

A.改变气体体积时推动活塞速度过快

B.推动活塞时，手握住注射器含有气体的部分

C.推动活塞时有漏气现象

D.环境温度降低

【答案】.（1）注射器刻度压强传感器（2）不能（3）②AB

解柝（1）根据题图甲可知，应从注射器刻度读取并记录气体的体积匕同时从压强传感器

读取并记录对应的气体压强值P。

（2）根据绘制的p-V图线，不能直观判断空气柱的压强与体积成反比，原因是p-V图线是

曲线，只能猜想p与V成反比，需要将曲线转化为直线进一步检验。

（3）①根据玻意耳定律有pV=C,则有p=Ct,题图丙中图像的前一部分为过原点的倾斜

的直线，可知该小组选用的横轴为会

②若改变气体体积时推动活塞速度过快，外界对封闭气体快速做功，因缺少充分的热交换，

封闭气体温度升高，与缓慢推动活塞到同一位置相比，所测气体压强会偏高，则随着上的增

大，图线向上弯曲，A正确；推动活塞时，手握住注射器含有气体的部分，人体的温度高于

封闭气体的潟度，导致封闭气体温度升高,与正确操作并推动活塞到同一位詈相比.所测气

体压强会偏高，则随着§的增大，图线向上弯曲，B正确；若推动活塞时有漏气现象，与正

确操作并推动活塞到同一位置，且无漏气现象相比，气体的质量减小，则所测气体压强减小,

即随着上的增大，压强偏小，则图线向下弯曲，C错误；若环境温度降低，则导致气体温度

降低，图线上的点与原点连线的斜率减小，图线向下弯曲，D错误。

7.如图所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律,将注射器活塞移动到适当的位置,

逐•连接注射器、压强传感器、数据采集器和计算