實(shí)驗(yàn)二十　探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系-2025屆高中物理

第十五章熱學(xué)實(shí)驗(yàn)二十探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系2023高考卷中江蘇T9對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了考查，新高考以來(lái)光學(xué)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)有升溫的趨勢(shì)，對(duì)該實(shí)驗(yàn)也要加以重視，2025年高考中可能會(huì)以選擇題形式考查，也可能在實(shí)驗(yàn)第1題中出現(xiàn)，側(cè)重考查實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理.1.數(shù)據(jù)分析（1）p－V圖像如圖1所示，圖像是曲線(xiàn)，不能說(shuō)明壓強(qiáng)與體積一定成反比.（2）p－1V圖像如圖2所示，圖像是傾斜直線(xiàn)，說(shuō)明壓強(qiáng)與體積成反比2.注意事項(xiàng)（1）為保證氣體密閉，應(yīng)在活塞與注射器壁間涂上潤(rùn)滑油.（2）為保持氣體溫度不變，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要用手握住注射器有密閉氣體的部位；同時(shí)，應(yīng)緩慢改變氣體體積.（3）注射器內(nèi)外氣體的壓強(qiáng)差不宜過(guò)大.（4）在等溫過(guò)程中，氣體的p－V圖像呈現(xiàn)為雙曲線(xiàn)，不便確定p與V的關(guān)系，要通過(guò)坐標(biāo)變換，畫(huà)p－1V圖像，把雙曲線(xiàn)變?yōu)橹本€(xiàn)，以方便判斷p和V成反比3.誤差分析（1）橡膠套密封不嚴(yán)會(huì)使空氣柱的質(zhì)量變化引起誤差.（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程環(huán)境溫度變化或柱塞向下壓或向上拉的過(guò)快會(huì)使空氣柱的溫度變化引起誤差.（3）活塞直徑的測(cè)量、空氣柱長(zhǎng)度的測(cè)量、壓力表的讀數(shù)等引起的誤差.命題點(diǎn)教材基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)硨?shí)驗(yàn)小組用如圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)探究一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等溫變化遵循的規(guī)律.（1）關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是D.A.實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將注射器內(nèi)的空氣完全排出B.空氣柱體積變化應(yīng)盡可能快些C.空氣柱的壓強(qiáng)隨體積的減小而減小D.作出p－1V圖像可以直觀反映出p與V（2）為了探究氣體在不同溫度時(shí)發(fā)生等溫變化是否遵循相同的規(guī)律，他們進(jìn)行了兩次實(shí)驗(yàn)，得到的p－V圖像如圖乙所示，由圖可知兩次實(shí)驗(yàn)氣體的溫度大小關(guān)系為T(mén)1＞T2（選填“＜”“＝”或“＞”）.（3）另一小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的V－1p圖線(xiàn)如圖丙所示，若他們的實(shí)驗(yàn)操作無(wú)誤，圖線(xiàn)不過(guò)原點(diǎn)的原因可能是實(shí)驗(yàn)時(shí)未考慮注射器前端與橡膠套連接處的氣體體積（4）小明所在的小組測(cè)得多組空氣柱的壓強(qiáng)p和體積V的數(shù)據(jù)后，以p為縱坐標(biāo)，1V為橫坐標(biāo).在坐標(biāo)系中描點(diǎn)作圖；不斷壓縮空氣，由測(cè)得的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)p與V的乘積值越來(lái)越小，則用上述方法作出的圖像應(yīng)為圖丁中的②（選填“①”或“②”），出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是漏氣解析（1）實(shí)驗(yàn)是以注射器內(nèi)的空氣柱為研究對(duì)象，所以實(shí)驗(yàn)前注射器內(nèi)的空氣不能完全排出，故A錯(cuò)誤；空氣柱的體積變化不能太快，要緩慢移動(dòng)柱塞保證氣體溫度不變，故B錯(cuò)誤；空氣發(fā)生等溫變化，空氣柱的壓強(qiáng)隨體積的減小而增大，故C錯(cuò)誤；p－1V圖像中等溫線(xiàn)是一條傾斜的直線(xiàn)，作出p－1V圖像可以直觀反映出p與V的關(guān)系，故D（2）在p－V圖像中，離坐標(biāo)原點(diǎn)越遠(yuǎn)的等溫線(xiàn)溫度越高，故T1＞T2.（3）圖線(xiàn)不過(guò)原點(diǎn)的原因可能是實(shí)驗(yàn)測(cè)量的空氣的體積小于實(shí)際的封閉空氣的體積，結(jié)合實(shí)驗(yàn)的器材可知，實(shí)驗(yàn)時(shí)未考慮注射器前端與橡膠套連接處的空氣體積.（4）由pVT＝C，可得p＝CT·1V，其中p－1V圖像的斜率為k＝CT，則溫度相同時(shí)，質(zhì)量越小，常數(shù)C越小，則圖像的斜率越小，圖像將向下彎曲，圖1.[2024安徽合肥模擬]小默用如圖裝置驗(yàn)證等溫狀態(tài)下氣體的實(shí)驗(yàn)定律.已知壓力表通過(guò)細(xì)管與注射器內(nèi)的空氣柱相連，細(xì)管隱藏在柱塞內(nèi)部，未在圖中標(biāo)明.（1）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注射器沒(méi)有豎直固定而是略微傾斜，則壓力表讀數(shù)C（填選項(xiàng)前的字母）.A.偏大 B.偏小 C.沒(méi)有影響（2）下列實(shí)驗(yàn)操作，正確的有A.（填選項(xiàng)前的字母）A.柱塞上應(yīng)該涂油以更好地密封氣體B.應(yīng)快速推拉柱塞以避免氣體與外界熱交換C.用手握住注射器推拉柱塞以使裝置更加穩(wěn)定（3）注射器內(nèi)空氣柱的體積為V、壓強(qiáng)為p，若考慮到連接壓力表和注射器內(nèi)空氣柱的細(xì)管中有少量氣體未計(jì)入，從理論上分析p－1V圖像最接近C（填選項(xiàng)前的字母）解析（1）壓力表測(cè)量的是注射器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，同一位置各個(gè)方向的壓強(qiáng)大小處處相等，所以實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注射器沒(méi)有豎直固定對(duì)壓強(qiáng)的測(cè)量沒(méi)有影響.故選C.（2）柱塞上涂油是為了避免漏氣，即更好地密封氣體，故A正確；推拉柱塞時(shí)要緩慢進(jìn)行，讓氣體更好地與外界進(jìn)行熱交換，避免引起氣體溫度的變化，故B錯(cuò)誤；用手握住注射器會(huì)改變注射器內(nèi)氣體的溫度，故C錯(cuò)誤.故選A.（3）細(xì)管內(nèi)氣體的體積V0不可忽略時(shí)，被封閉氣體的體積為V0＋V，由p（V0＋V）＝C，即p＝CV0＋V＝C1+V0V·1V，圖線(xiàn)的斜率為2.[2023山東]利用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置可探究等溫條件下氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系.將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺(tái)上，注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的空氣，下端通過(guò)塑料管與壓強(qiáng)傳感器相連.活塞上端固定一托盤(pán)，托盤(pán)中放入砝碼，待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄氣體壓強(qiáng)p和體積V（等于注射器示數(shù)V0與塑料管容積ΔV之和）.逐次增加砝碼質(zhì)量，采集多組數(shù)據(jù)并作出擬合曲線(xiàn)如圖乙所示.圖乙回答以下問(wèn)題：（1）在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，圖乙中的擬合曲線(xiàn)為一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，說(shuō)明在等溫情況下，一定質(zhì)量的氣體B（填選項(xiàng)前的字母）.A.p與V成正比 B.p與1V（2）若氣體被壓縮到V＝10.0mL，由圖乙可讀出封閉氣體壓強(qiáng)為2.04×105（2.03×105～2.05×105均可）Pa（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）.（3）某組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時(shí)漏掉了ΔV，則在計(jì)算pV乘積時(shí)，他的計(jì)算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計(jì)算結(jié)果之差的絕對(duì)值會(huì)隨p的增大而增大（選填“增大”或“減小”）.解析（1）在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，圖乙中的擬合曲線(xiàn)為一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，說(shuō)明在等溫情況下，一定質(zhì)量的氣體p與1V成正比，故選（2）若氣體被壓縮到V＝10.0mL，則有1V＝110.0mL－1＝100×10－3mL－1，由圖乙可讀出封閉氣體的壓強(qiáng)為p＝204×103Pa＝2.04（3）某組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時(shí)漏掉了ΔV，根據(jù)p（V0＋ΔV）－pV0＝pΔV，可知他的計(jì)算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計(jì)算結(jié)果之差的絕對(duì)值會(huì)隨p的增大而增大.3.[實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)新]某同學(xué)用DIS研究溫度不變時(shí)一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)中通過(guò)注射器刻度讀出氣體體積V，用壓強(qiáng)傳感器記錄氣體壓強(qiáng)p，研究氣體壓強(qiáng)和體積的關(guān)系.圖甲（1）某同學(xué)在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，按實(shí)驗(yàn)要求組裝好實(shí)驗(yàn)裝置，然后緩慢推動(dòng)活塞，使注射器內(nèi)氣體體積發(fā)生變化，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示，請(qǐng)?jiān)趫D乙的坐標(biāo)系中作出V與1p的關(guān)系圖像序號(hào)V/mLp/（105Pa）1p/（10－5Pa－11181.0380.9632161.1600.8623141.3110.7634121.5120.6615101.7840.561682.1780.459762.7930.358圖乙（2）本實(shí)驗(yàn)中，可以由V與1p的關(guān)系圖像驗(yàn)證氣體等溫變化時(shí)p與V的關(guān)系，其依據(jù)是V與1p成正比（選填“正比”或“反比（3）由于在實(shí)驗(yàn)中未考慮軟管中氣體的體積，實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的誤差，此誤差屬于系統(tǒng)誤差（選填“系統(tǒng)誤差”或“偶然誤差”）.（4）由圖像可以求得軟管中氣體的體積為1.2（1.0～1.4均可）mL（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）.解析（1）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，然后作一條直線(xiàn)，使盡可能多的點(diǎn)落在直線(xiàn)上，不在直線(xiàn)上的點(diǎn)均勻分布在直線(xiàn)兩側(cè)，圖像如圖所示.（2）當(dāng)溫度不變時(shí)，一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)p與體積V的乘積是一個(gè)常量，即pV＝C（常量），則V＝C1p，可得V與1p（3）由于在實(shí)驗(yàn)中未考慮軟管中氣體的體積，體積的讀