2025高考物理復(fù)習(xí)探究氣體等溫變化的規(guī)律課件教案練習(xí)題

第十五章熱學(xué)實驗二十探究氣體等溫變化的規(guī)律基礎(chǔ)梳理夯根基考點研析提能力內(nèi)容索引課時測評基礎(chǔ)梳理夯根基一、實驗?zāi)康奶骄吭跍囟炔蛔兊臈l件下一定質(zhì)量的氣體的壓強與體積的關(guān)系。二、實驗器材帶鐵夾的鐵架臺、注射器、柱塞(與壓力表密封連接)、壓力表、橡膠套、刻度尺。三、實驗步驟與操作1．如圖甲所示組裝實驗器材。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)與壓力表讀數(shù)，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)

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

的關(guān)系。四、數(shù)據(jù)記錄與處理1．設(shè)計表格記錄數(shù)據(jù)空氣柱高度d/cm

空氣柱體積V/mL

壓強p(×105Pa)

/mL－1

2．根據(jù)數(shù)據(jù)繪制p-圖像(如圖乙所示)。3．實驗結(jié)論在溫度不變的條件下，一定質(zhì)量的理想氣體，氣體壓強與體積成反比。五、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，要防止漏氣。返回考點研析提能力類型一教材原型實驗

在利用特制的注射器做“探究氣體等溫變化的規(guī)律”實驗中，某小組同學(xué)通過上拉或下壓柱塞得到了a、b、c、d四組實驗數(shù)據(jù)，如圖是壓力表記錄b組數(shù)據(jù)時的狀態(tài)，通過記錄對應(yīng)的四個封閉氣柱的長度值L(L單位：cm)算出體積，四組實驗數(shù)據(jù)如下表。例1次數(shù)abcd壓強p(×105Pa)0.8

1.61.9體積V(cm3)86.44.03.4

體積的倒數(shù)(cm－3)0.1250.1560.250.294(1)實驗研究的對象是__________________，實驗中應(yīng)保持不變的參量是_____和______________。實驗研究的對象是注射器內(nèi)密閉的氣體，保持不變的參量是溫度和密閉氣體的質(zhì)量。注射器內(nèi)密閉的氣體溫度密閉氣體的質(zhì)量(2)實驗中為了控制該參量不變，下列采取的主要措施比較合理的是________。A．在柱塞上涂上潤滑油，保持良好的封閉性B．推動柱塞時要緩慢C．不要用手直接握住注射器密閉氣體的部分D．實驗前注射器內(nèi)要吸入盡量多的空氣√√√柱塞和針筒之間涂上潤滑油，可以減小摩擦、防止漏氣，保證氣體質(zhì)量不變。緩慢推動柱塞、不要用手直接握住注射器密閉氣體的部分，可以保證氣體的溫度不變，故A、B、C正確，D錯誤。(3)實驗數(shù)據(jù)b對應(yīng)的壓強應(yīng)為____×105Pa，根據(jù)上表數(shù)據(jù)作出的p-圖像，可得出實驗結(jié)論：質(zhì)量一定的理想氣體，____________________________。1.0溫度不變時，壓強與體積成反比pb＝

×0.8×105Pa＝1.0×105Pa，實驗數(shù)據(jù)b對應(yīng)的壓強為1.0×105Pa，作出的p-圖線為一條過原點的直線，可得出結(jié)論：質(zhì)量一定的理想氣體，溫度不變時，壓強與體積成反比。(2023·江西撫州模擬)用氣體壓強傳感器做“探究氣體等溫變化的規(guī)律”實驗，實驗裝置如圖甲所示。(1)關(guān)于該實驗下列說法正確的是___________。A．為保證封閉氣體的氣密性，應(yīng)在柱塞與注射器壁間涂上潤滑油B．為方便推拉柱塞，應(yīng)用手握住注射器C．為節(jié)約時間，實驗時應(yīng)快速推拉柱塞和讀取數(shù)據(jù)D．實驗中氣體的壓強和體積都可以通過數(shù)據(jù)采集器獲得例2√在柱塞與注射器壁間涂上潤滑油，可以保證封閉氣體的氣密性，A正確；用手握住注射器，會使氣體溫度升高，不符合實驗要求，B錯誤；應(yīng)緩慢推拉柱塞和讀取數(shù)據(jù)，C錯誤；只有壓強可以通過數(shù)據(jù)采集器采集，D錯誤。故選A。(2)A組同學(xué)在操作規(guī)范、不漏氣的前提下，測得多組壓強p和體積V的數(shù)據(jù)并作出V-圖線，發(fā)現(xiàn)圖線不通過坐標(biāo)原點，如圖乙所示；圖中縱截距的物理含義是________________________；實驗中出現(xiàn)的誤差屬于___________(選填“系統(tǒng)誤差”或“偶然誤差”)。膠管內(nèi)氣體體積的相反數(shù)系統(tǒng)誤差設(shè)膠管內(nèi)氣體體積為ΔV，根據(jù)玻意耳定律有p＝C，解得V＝

－ΔV，造成圖線不過原點的原因是由于膠管內(nèi)存在氣體，題圖乙中縱截距的物理含義是膠管內(nèi)氣體體積的相反數(shù)，該誤差屬于系統(tǒng)誤差。(3)A組同學(xué)利用所得實驗數(shù)據(jù)作出的p-圖線應(yīng)該是___________。被封閉氣體的初始體積為V0＋ΔV，壓強為p0，末狀態(tài)的體積為V＋ΔV，根據(jù)玻意耳定律得

，解得p＝

，可知V越小，

越大，隨著V減小，壓強趨近于某一值。故選B。√(4)B組同學(xué)測得多組壓強p和體積V的數(shù)據(jù)后，在p-坐標(biāo)平面上描點作圖，因壓縮氣體過程中注射器漏氣，則作出的圖線應(yīng)為圖丙中的____(選填“①”或“②”)。由于存在漏氣，則pV減小，故圖線應(yīng)為②。②對點練．(2023·江西豐城開學(xué)考試)如圖甲所示，用氣體壓強傳感器探究氣體等溫變化的規(guī)律，操作步驟如下：①在注射器內(nèi)用活塞封閉一定質(zhì)量的氣體，將注射器、壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機逐次連接起來；②緩慢移動活塞至某位置，待示數(shù)穩(wěn)定后記錄此時注射器內(nèi)封閉氣體的體積V1和由計算機顯示的氣體壓強值p1；③重復(fù)上述步驟②，多次測量并記錄；④根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，作出相應(yīng)圖像，分析得出結(jié)論。(1)實驗過程中，下列說法正確的________；A．推拉活塞時，動作要快，以免氣體進入或漏出B．活塞移至某位置時，應(yīng)迅速記錄此時注射器內(nèi)氣柱的長度和氣體的壓強值C．推拉活塞時，手不可以握住注射器氣體部分√推拉活塞時，動作要緩慢，以免氣體溫度發(fā)生變化，A錯誤；活塞移至某位置時，要等穩(wěn)定后記錄此時注射器內(nèi)氣柱的長度和氣體的壓強值，B錯誤；推拉活塞時，手不可以握住注射器氣體部分，以免氣體的溫度發(fā)生變化，C正確。故選C。(2)某同學(xué)測出了注射器內(nèi)封閉氣體的幾組壓強p和體積V的值后，以p為縱軸、

為橫軸，畫出圖像如圖乙所示，則產(chǎn)生的可能原因是________。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√根據(jù)p＝CT·，由題圖乙可知，圖像的斜率變大，則實驗過程中氣體溫度升高，會引起斜率變大，A正確，B錯誤；實驗過程中有漏氣現(xiàn)象，則質(zhì)量減小，則斜率減小，C錯誤。故選A。(3)在不同溫度環(huán)境下，另一位同學(xué)重復(fù)了上述實驗，實驗操作和數(shù)據(jù)處理均正確。環(huán)境溫度分別為T1、T2，且T1＞T2。在如圖所示的四幅圖中，可能正確反映相關(guān)物理量之間關(guān)系的是________(選填選項前的字母)?！獭淘趐-V圖像中，根據(jù)pV＝CT可知，離原點越遠的等溫線對應(yīng)的溫度越高，故A圖錯誤，B圖正確；根據(jù)pV＝CT，可得p＝CT·，則p-圖像中，斜率越大則溫度越高，故C圖正確，D圖錯誤。(4)在相同溫度環(huán)境下，不同小組的同學(xué)均按正確的實驗操作和數(shù)據(jù)處理的方法完成了實驗，并在相同坐標(biāo)度的情況下畫出了壓強與體積的關(guān)系圖線，如圖丙、丁所示。對于兩組的圖線并不相同的結(jié)果，他們請教了老師，老師的解釋是由于他們選取的氣體質(zhì)量不同。若4個小組所選擇的研究對象的質(zhì)量分別是①m1、②m2、③m3和④m4，則由圖可知它們的大小關(guān)系是m1_____m2；m3______m4(選填“大于”或“小于”)。大于大于在p-V圖像中，根據(jù)pV＝CT(常量C與質(zhì)量成正比)可知，溫度相同時，距離原點越遠的曲線對應(yīng)的質(zhì)量越大，可知m1大于m2；根據(jù)p＝CT·，則p-圖像中，溫度相同時，斜率越大則質(zhì)量越大，則m3大于m4。類型二拓展創(chuàng)新實驗

某同學(xué)通過圖甲所示的實驗裝置，利用玻意耳定律來測定一顆形狀不規(guī)則的石子的體積。實驗步驟：①將石塊裝進注射器，插入活塞，再將注射器通過軟管與傳感器A連接；②移動活塞，通過活塞所在的刻度讀取了多組氣體體積的V，同時記錄對應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)；③建立直角坐標(biāo)系。例3(1)在實驗操作中，下列說法正確的是：________；A．圖甲中，傳感器A為壓強傳感器B．在步驟①中，將注射器與傳感器A連接前，應(yīng)把注射器活塞移至注射器最右端位置C．操作中，不可用手握住注射器封閉氣體部分，是為了保持封閉氣體的溫度不變D．若實驗過程中不慎將活塞拔出針筒，應(yīng)立即將活塞插入注射器繼續(xù)實驗√√該氣體發(fā)生等溫變化，從注射器的刻度上讀出體積，因此傳感器A為壓強傳感器，故A正確；在步驟①中，將注射器與傳感器A連接前，應(yīng)使注射器封住一定量的氣體，因此不必將活塞移至注射器最右端，故B錯誤；操作中，不可用手握住注射器封閉氣體部分，是為了保持封閉氣體的溫度不變，故C正確；若實驗過程中不慎將活塞拔出針筒，氣體的質(zhì)量發(fā)生變化，因此以上數(shù)據(jù)全部作廢，應(yīng)重新做實驗，D錯誤。(2)為了在坐標(biāo)系中獲得直線圖像，若取y軸為V，則x軸為___(選填“”或“p”)；作出圖像為一條直線，根據(jù)玻意耳定律pV＝C，因此x軸應(yīng)為

。(3)選擇合適的坐標(biāo)后，該同學(xué)通過描點作圖，得到如圖乙所示圖像，若不考慮傳感器和注射器連接處的軟管容積帶來的誤差，則石塊的體積為___；若考慮該誤差影響，測得軟管容積為V0，則石塊的體積為______。bb＋V0設(shè)石子體積為V1，對一定量的氣體，根據(jù)玻意耳定律可得p(V

－V1)＝C整理得V＝

＋V1因此可得V1

＝b若軟管容積為V0不能忽略，則表達式為p(V＋

V0－V1)＝C整理得V＝

＋V1－V0可知V1－V0＝b故V1＝b＋V0。創(chuàng)新點評1．實驗原理的創(chuàng)新：通過本實驗測石塊的體積。2．實驗器材的創(chuàng)新：用壓強傳感器測壓強，減小實驗誤差。

對點練．(2023·上海虹口二模)運用玻意耳定律可以測量小晶體的密度，實驗步驟如下：Ⅰ.取適量小晶體，用天平測出其質(zhì)量，然后將小晶體裝入注射器內(nèi)；Ⅱ.緩慢推動活塞至某一位置，記錄活塞所在位置的容積刻度V1，通過壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器從計算機上讀取此時氣體的壓強p1；Ⅲ.重復(fù)步驟Ⅱ，記錄活塞在另一位置的容積刻度V2和讀取相應(yīng)的氣體的壓強p2；Ⅳ.處理記錄的數(shù)據(jù)，算出小晶體的密度。測量次數(shù)物理量1234p(×105Pa)0.771.001.251.69V(×10－5m3)1.201.000.850.69(1)為了減小實驗誤差，現(xiàn)采用作直線圖線的方法來處理表格中的實驗數(shù)據(jù)。按此要求，方格圖的縱坐標(biāo)應(yīng)標(biāo)明的物理量是V，橫坐標(biāo)則應(yīng)標(biāo)明__，根據(jù)表格數(shù)據(jù)在方格圖中畫出相應(yīng)圖線；根據(jù)玻意耳定律pV＝C，可知要作直線圖，則作V-圖像，圖像如圖所示。答案：見解析圖(2)如果圖線的斜率用k表示，則注射器內(nèi)小晶體的體積V0與容積刻度V、氣體的壓強p的關(guān)系表達式為V0＝_____；注射器中的氣體發(fā)生的是等溫變化，根據(jù)玻意耳定律pV＝C，可知氣體體積趨向于0時，p趨向于無窮大。從圖像知，縱軸截距表示固體的體積，故有k＝

＝p(V－V0)，解得V0＝V－

。(3)實驗測得這些小晶體的質(zhì)量為6.48×10－3kg，則小晶體的密度大小為________kg/m3。由(2)得，小晶體的體積V0≈0.27×10－5m3小晶體的密度為ρ＝

kg/m3＝2.4×103kg/m3。2.4×103返回課時測評1．(15分)(2024·北京西城模擬)某同學(xué)用如圖甲所示的裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律。在橡膠套和柱塞間封閉著一段空氣柱，空氣柱的長度L可以從刻度尺讀取，空氣柱的壓強p可以從與空氣柱相連的壓力表讀取。緩慢地向下壓或向上拉柱塞，保持空氣柱的溫度不變，測量空氣柱的長度及對應(yīng)的壓強，得到如圖乙所示的p-L圖像。(1)為了更直觀地處理數(shù)據(jù)，將圖乙化曲為直，繪制了如圖丙所示的擬合直線，則圖丙的橫坐標(biāo)為____(選填“”、“”、“”或“L2”)。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有

＝CV＝SL可得p＝

。(2)本實驗探究的是氣體等溫變化時壓強p與體積V變化的規(guī)律，但測量時卻測量了空氣柱的長度L，用L代替V的理由是_________。A．空氣柱的橫截面積S恒定B．空氣柱的溫度恒定C．空氣柱的壓強恒定√氣體的體積V＝SL，其中S為空氣柱的橫截面積，由于空氣柱的橫截面積S不變，所以用L代替V。故選A。(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，得出的結(jié)論為_________。A．一定量的氣體等溫變化時，壓強與體積成正比B．一定量的氣體等溫變化時，壓強與體積成反比C．一定量的氣體等容變化時，壓強與溫度成正比D．一定量的氣體等容變化時，壓強與溫度成反比√根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，得出的結(jié)論為一定量的氣體等溫變化時，壓強與體積成反比。故選B。2．(15分)(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______________________，應(yīng)保持不變的物理量是______和___________，它的體積可從___________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。實驗中所研究的對象是封閉在注射器內(nèi)的氣體；實驗的條件是溫度不變、氣體質(zhì)量一定，研究氣體壓強和體積的關(guān)系，體積可從注射器刻度直接讀出。封閉在注射器內(nèi)的溫度氣體氣體質(zhì)量注射器刻度(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，仔細觀察“p·V”一欄中的數(shù)值，發(fā)現(xiàn)越來越小，造成這一現(xiàn)象的可能原因是___________。A．實驗時注射器活塞與筒壁間的摩擦力越來越大B．實驗時環(huán)境溫度升高了C．實驗時外界大氣壓強發(fā)生了變化D．實驗時注射器內(nèi)的氣體向外發(fā)生了泄漏√序號V/mLp/(×105Pa)p·V/(×105Pa·mL)120.01.001020.020218.01.095219.714316.01.231319.701414.01.403019.642512.01.635119.621實驗時注射器活塞與筒壁間的摩擦力不斷增大，不會影響氣壓與體積，故A錯誤；實驗時環(huán)境溫度升高了，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程

＝C，可知pV乘積變大，故B錯誤；封閉氣體壓強與外界大氣壓強無關(guān)，故C錯誤；實驗時若注射器內(nèi)的氣體向外發(fā)生了泄漏，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程

＝C，常量C與質(zhì)量有關(guān)，C變小，則pV乘積減小，故D正