热学专题实验——《探究气体的实验规律》专项提升

更新时间：2024-11-04 浏览次数：9 类型：一轮复习

一、典型例题方法赏析

1. (2024高二下·贵阳月考) 小董同学用如图甲示的装置来研究“一定质量理想气体在温度不变时，压强和体积的关系”，其中，柱塞内部有一个管道把柱塞上部的压力表和柱塞底部以下的气体连通以读取气体压强。
甲乙
1. （1）关于本实验的下列说法正确的是____。
  
  A . 推拉柱塞时动作要快以避免气体与外界发生充足的热量交换 B . 柱塞涂润滑油主要是为了减小摩擦 C . 注射器外侧刻度尺的刻度均匀但并未标单位，这对实验结果的可靠性不会有影响 D . 用手握住注射器推拉柱塞以使装置更加稳定
2. （2）在实验过程中注射器没有完全竖直而是略微倾斜，则压力表读数____。
  
  A . 偏大 B . 偏小 C . 没有影响
3. （3）小董同学把测得的实验数据列表分析，做出的 $\text{[math]}$ 图像如图乙所示，图线发生了明显的弯曲，造成图像弯曲的原因可能是____。
  
  A . 柱塞与筒壁间的摩擦力越来越大 B . 柱塞中部连通所封闭的气体与压力表的细管体积不可忽略 C . 外界大气压强发生了变化 D . 注射器的气密性不好
4. （4）在温度不变的情况下，得到压强p与体积V成反比的结论，你对这一结论的微观解释是。
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2. (2023高二下·永胜期末) 某小组利用如图所示装置研究“一定质量气体温度不变时，压强与体积的关系”，图中装置1为压强传感器，装置2为数据采集器．带刻度的注射器内封闭了一定质量的气体，推动活塞可以改变气体体积V ，实验所用测量压强的装置较特殊，测量的是注射器内部气体和外部大气(压强为p₀)的压强差Δp ，在多次改变体积后，得到如下数据：

$\text{[math]}$ 0 0.11 0.25 0.43 0.67

V/mL 10 9 8 7 6
1. （1）每次气体的状态调整后，都要等一会儿再记录数据，这是为了．
2. （2）研究小组基于数据，以Δp为y轴，作出的函数图线为直线，则x轴是．
3. （3）若图像斜率为k ，该直线的函数表达式是，图像纵轴截距的绝对值的物理含义是．
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3. (2018·全国Ⅱ卷)
1. （1）对于实际的气体，下列说法正确的是_________
  
  A . 气体的内能包括气体分子的重力势能 B . 气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能 C . 气体的内能包括气体整体运动动的动能 D . 气体的体积变化时，其内能可能不变 E . 气体的内能包括气体分子热运动的动能
2. （2）如图，一竖直放置的汽缸上端开口．汽缸壁内有卡口a和b，a、b间
  距为h．a距缸底的高度为H：活塞只能在a、b间移动，其下方密封有一定质量的
  理想气体。已知活塞质量从为m，面积为S．厚度可忽略：活塞和汽缸壁均绝热，不计它们之间的摩擦．开始时活塞处于静止状态．上，下方气体压强均为P₀ ，温度均为T₀ ，现用
  电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活塞到达b处。求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为g.
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4. (2017高二下·呼图壁期末) 一定质量的理想气体压强p与热力学温度T的关系图象如图，AB、BC分别与p轴、T轴平行，气体在状态A时体积为V₀ ，则在状态C时的体积为；从状态A经状态B变化到状态C的过程中，气体对外界做功为W，内能增加了△U，则此过程中该气体吸收的热量为．

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5. (2024高二下·河北月考) Phyphox、是一款利用Android手机传感器来进行物理实验的手机应用软件，它能获取手机上的多种传感器原始数据。两位同学利用该软件来测量手机的体积，如图甲所示，将一个可以测量气体压强的手机封闭在注射器中，记录活塞在不同位置时注射器的示数和封闭气体的压强。
1. （1）关于该实验的操作，下列说法中正确的是____。
  
  A . 在活塞上涂抹润滑油只是为了减小摩擦 B . 为了稳定推动活塞，需要用手握住注射器 C . 缓慢推动活塞是为了保持封闭气体温度不变 D . 改变活塞位置后可立即进行读数
2. （2）下表是某一位同学测量的两组实验数据，由此可知手机的体积为 $\text{[math]}$ ；（结果保留一位小数）
  序号
  V（mL）
  p（kPa）
  1
  530
  1033.0
  2
  500
  1104.0
3. （3）另一位同学测出多组数据后画出 $\text{[math]}$ 图像（如图乙所示），其截距为b ，直线部分的斜率为k ，则手机的体积为，体积增大到一定值后，图线开始偏离直线，原因可能是。
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6. (2024高三下·安徽模拟) 学校物理小组的同学们利用如图甲所示的实验装置探究一定质量的气体等压变化规律。注射器竖直固定在铁架台上，其中密封了一定质量的气体，柱塞上固定一重物，被密封的空气柱浸没在烧杯的液体中，液体中放置有温度计（图中未标出）。忽略柱塞与注射器之间的摩擦，通过改变烧杯内液体温度读取多组温度、体积数值，并作体积-温度图像。
1. （1）下列说法正确的是____（填选项字母）。
  
  A . 温度计位置应尽量远离空气柱 B . 柱塞上应涂上润滑油 C . 每次改变烧杯中液体的温度时，应立即读出空气柱的体积
2. （2）某同学作出体积-热力学温标 $\text{[math]}$ 图像如图乙所示，图像不过原点的原因可能是。
3. （3）保持密封空气柱质量不变，改变重物质量，通过两次实验作出体积-热力学温标 $\text{[math]}$ 图像得到两条直线如图丙所示。若两条直线斜率分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ，两次重物及柱塞的总质量分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ，柱塞横截面积为S，重力加速度为g，则大气压强可表示为（使用题中所给字母表示）。
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二、夯实基础提升能力

7. (2024高二下·大名月考) 请回答下列有关“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积关系”实验的问题．
1. （1）如图所示，用一个带有刻度的注射器及DIS实验系统来探究气体的压强与体积关系．实验中气体的质量保持不变，气体的体积V直接读出，气体的压强p是由图中（压力、压强、温度）传感器测量得到．
2. （2）完成本实验的基本要求是____．
  
  A . 在等温条件下操作 B . 封闭气体的容器密封良好 C . 必须弄清所封闭气体的质量 D . 气体的压强和体积必须用国际单位
3. （3）甲同学在做本实验时，缓慢推动活塞，使注射器内空气柱体积减小，且 $\text{[math]}$ 数值越来越小，造成这一现象的原因可能是____．
  
  A . 实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大 B . 实验时环境温度增大了 C . 实验时外界大气压强发生了变化 D . 实验时注射器内的空气向外发生了泄漏
4. （4）乙同学实验数据用图像处理，但如图所示的 $\text{[math]}$ 图线不过原点，则造成这一现象的原因可能是．
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8. (2024高二下·宁阳月考) 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型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，均测量U型玻璃管两端液面的高度差h₁（cm）以及封闭的气柱的长度h₂（m）。一次实验中，该小组通过多次测量记录多组h₁和的h₂数据，然后以h₁为纵坐标、以 $\text{[math]}$ 为横坐标作出 $\text{[math]}$ 图像如图乙所示，已知图像的斜率为k ，图像与纵轴的截距为-b。
1. （1）实验中，每次注入水银时都需要缓慢注入，其目的是；
2. （2）根据上述条件可知，大气压强为cmHg（用所给的字母表示）；
3. （3）某次实验中，测得的h₁=h₀ ，则此时封闭的气柱长度为m（用所给的字母表示）；
4. （4）该小组先后进行了两次实验，两次实验中封闭的气体质量相同，但在第一次实验中的环境温度要比第二次实验的环境温度高，则第一次实验得到的 $\text{[math]}$ 图像的斜率相比第二次实验得到的 $\text{[math]}$ 图像的斜率（选填“偏大”、“不变”或“偏小”）。
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9. (2024高二下·中山) 在“探究气体等温变化的规律“实验中，所用的实验装置如图所示，空气柱的长度l可以通过刻度尺读取，为了得到空气柱的体积还应测量柱塞的。空气柱的压强可以从与注射器内空气柱相连的读取。实验中要地把柱塞向下压或向上拉来改变空气柱的长度，利用实验获得的数据做出的 $\text{[math]}$ 图像为一条。

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10. (2024高二下·唐山月考) 在某次物理实验设计大赛活动中，要求自选器材，完成“探究气体等温变化的规律”实验。
1. （1）甲实验小组利用如图所示的装置，在注射器中密封了一定质量的气体；
  ①在实验操作过程中，以下措施有助于满足实验恒温条件的是。
  A．用橡皮帽堵住注射器的小孔
  B．移动活塞要缓慢
  C．实验时，不要用手握注射器
  ②实验小组根据实验数据，做出的 $\text{[math]}$ 图像是一条过坐标原点的倾斜直线，可以得出结论：一定质量的气体，；
  ③实验时，缓慢推动活塞，注射器内空气体积逐渐减小，该过程中发现，环境温度逐渐降低，则实验得到的 $\text{[math]}$ 图像应是。
  A． B． C． D．
2. （2）乙实验小组利用如图所示的DIS装置探究气体等温变化的规律，缓慢推动活塞，在使注射器内空气体积逐渐减小的过程中，多次从注射器的刻度上读出体积值并输入计算机，同时由压强传感器将对应体积的压强值通过数据采集器传送给计算机，计算机根据实验数据绘制如图所示的 $\text{[math]}$ 关系图像。根据图像可知，软管中气体的体积为mL。
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三、思维提升创新应用

11. (2024高二下·宜丰月考) 某同学用图甲所示实验装置探究一定质量的气体等温变化的规律。将注射器活塞移动到体积最大的位置时，接上软管和压强传感器，记录此时压强传感器的压强为 $\text{[math]}$ 和注射器上的体积为 $\text{[math]}$ ，然后压缩气体，记录多组压强p和体积V的值。
1. （1）关于该实验下列说法正确的是____。
  
  A . 为保证封闭气体的气密性，应在活塞与注射器壁间涂上润滑油 B . 推拉活塞时，动作要快，以免气体进入或漏出 C . 为方便推拉活塞，应用手握注射器再推拉活塞 D . 注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，可以不标注单位
2. （2）实验中，若软管内气体体积 $\text{[math]}$ 可忽略，在压缩气体过程中漏气，则用上述方法作出的 $\text{[math]}$ 图线应为图乙中的（选填“①”或“②”）。
3. （3）若软管内气体体积 $\text{[math]}$ 不可忽略，作出 $\text{[math]}$ 图像是一条曲线，如图丙所示。试用玻意耳定律分析，该曲线的渐近线（图中的虚线）的压强是 $\text{[math]}$ 。（用 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 表示）
4. （4）在（3）中，该同学找来一些绿豆将其装入上述装置中的注射器内，按照正确的实验操作，移动活塞，多次记录注射器上的体积刻度V和压强传感器读数p ，作出 $\text{[math]}$ 图线如图丁所示，由此可测出这些绿豆的体积 $\text{[math]}$ 。（已知物理量有 $\text{[math]}$ 、a、b）
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12. (2024高二下·南昌月考) 用图甲所示探究气体等温变化的规律。
1. （1）关于该实验下列说法正确的是____。
  
  A . 为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油 B . 应快速推拉柱塞 C . 为方便推拉柱塞，应用手握注射器再推拉柱塞 D . 注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，可以不标注单位
2. （2）测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，为直观反映压强与体积之间的关系，以p为纵坐标，以 $\text{[math]}$ 为横坐标在坐标系中描点作图。小明所在的小组压缩气体时漏气，则用上述方法作出的图线应为图乙中的（选填“①”或“②”）．
3. （3）为更准确地测出气体的压强，小华用压强传感器和注射器相连，得到某次实验的 $\text{[math]}$ 图如图丙所示，究其原因，是温度发生了怎样的变化____
  
  A . 一直下降 B . 先上升后下降 C . 先下降后上升 D . 一直上升
4. （4）某同学将注射器活塞移动到体积适中的位置时，接上软管和压强传感器，通过DIS系统记录下此时的体积 $\text{[math]}$ 与压强 $\text{[math]}$ ，然后记录5组数据，作 $\text{[math]}$ 图。在软管内气体体积 $\text{[math]}$ 不可忽略时， $\text{[math]}$ 图像为双曲线，试用玻意耳定律分析，该双曲线的渐近线（图中的虚线）方程是p=。（用 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 表示）
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13. (2024高二下·聊城月考) 两个实验小组做“探究等温情况下一定质量气体的压强与体积的关系”的实验。
1. （1）第一个实验小组的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实验过程中，下列操作正确的是。（填正确答案标号）
  A．应该以较快的速度推拉柱塞来改变空气柱的体积
  B．实验前应先利用天平测量出注射器、柱塞及压力表的总质量
  C．推拉柱塞时，手不可以握住整个注射器
  D．实验过程中要保证橡胶套的密闭性良好，以保证空气柱的质量一定
  ②实验时，缓慢推动活塞，注射器内气体的体积逐渐减小。若实验过程中环境温度逐渐降低，测得多组空气柱的压强p和体积V的数据，则实验得到的 $\text{[math]}$ 图像应为下图中的。（填正确答案标号）
2. （2）第二个实验小组的同学用气体压强传感器做实验，实验装置如图乙所示。在操作规范、不漏气的前提下，测得多组压强p和体积V的数据并作出 $\text{[math]}$ 图像，发现图线不过坐标原点，如图丙所示。造成这一结果的原因是；图丙中 $\text{[math]}$ 的物理含义是。
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14. (2024高二下·湖北月考) 某同学设计了如图甲所示的实验装置来“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”。注射器导热性能良好，环境温度恒定，用橡皮塞和柱塞在注射器内封闭一定质量的理想气体。柱塞下方安装一个钩。实验时，在钩的下端依次挂上质量相同的钩码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，并依据柱塞（包括钩）和钩码的质量求出对应气体的压强p。已知注射器空气柱横截面积为S，刻度全长为L，大气压为 p₀ ，柱塞（包括钩）的质量为m₀=100g，每个钩码的质量为 m=50g，重力加速度为g。
1. （1）若在某次实验中所挂钩码个数为 3，则平衡后空气柱中的压强为（用题目中已知量的符号表示）。
2. （2）该同学通过实验数据得到如图乙 $\text{[math]}$ ，由该图像得到的结论是。
3. （3）未挂钩码前，柱塞封闭的空气柱长度为 $\text{[math]}$ ，压强为 $\text{[math]}$ ，依次挂上钩码，当空气柱长度为L时，所挂钩码有个。
4. （4）另一同学也设计了相同的实验方案完成了实验。根据测量的数据，绘出 $\text{[math]}$ 图像如图丙所示。图线的上端出现了一小段弯曲，可能是由于装置气密性不好导致气体质量（填“增加”或“减小”），也可能是由于封闭气体的温度（填“升高”或“降低”）
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15. (2024高三下·石家庄模拟) 某同学利用如图所示装置做探究一定质量的理想气体在温度不变时压强与体积关系的实验。
步骤如下：
①将一个带两根细管的橡胶塞塞紧烧瓶的瓶口，封闭一定质量的气体。其中，一根带阀门的细管连通充满水的注射器，另一根细管与压强传感器相连。
②将压强传感器连接数据采集器，数据采集器连接计算机。
③打开阀门，用手握住烧瓶，缓慢推动注射器活塞向烧瓶内注入一定量的水，然后关闭阀门。
④根据注射器刻度记录注入烧瓶中水的体积V，并记录此时气体的压强p。
⑤多次实验，记录多组数据，分析得出结论。
1. （1）该同学错误的操作步骤为。
2. （2）正确进行实验后，该同学根据实验数据画出的图像如图所示，其中的纵坐标为（选填“V”或“ $\text{[math]}$ ”），烧瓶的容积 $\text{[math]}$ 为。（用图中字母表示）
3. （3）另一同学重复实验，计算了多组p与 $\text{[math]}$ 乘积，发现 $\text{[math]}$ 随压强p增大而变小，导致这个现象的原因可能为。（写出一个原因即可）
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四、直击高考达成素养

16. (2024·上海真题) 实验是人类认识物质世界的宏观性质与微观结构的重要手段之一，也是物理学研究的重要方法。
1. （1）通过“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验可推测油酸分子的直径约为（）
  
  A . 10^-15m B . 10^-12m C . 10^-9m D . 10^-6m
2. （2）验证气体体积随温度变化关系的实验装置如图所示，用支架将封有一定质量气体的注射器和温度传感器固定在盛有热水的烧杯中。实验过程中，随着水温的缓慢下降，记录多组气体温度和体积的数据。
  
  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.实验前测量并记录环境温度
  B.实验前测量并记录大气压强
  C.待温度读数完全稳定后才记录数据
  D.测量过程中保持水面高于活塞下端
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17. (2024高二下·射洪月考) 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 $\text{[math]}$ 和体积 $\text{[math]}$ （等于注射器示数 $\text{[math]}$ 与塑料管容积 $\text{[math]}$ 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. （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 . $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 成正比 B . $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 成正比
2. （2）若气体被压缩到 $\text{[math]}$ ，由图乙可读出封闭气体压强为 $\text{[math]}$ （保留3位有效数字）。
3. （3）某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了 $\text{[math]}$ ，则在计算 $\text{[math]}$ 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 $\text{[math]}$ 的增大而（填“增大”或“减小”）。
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18. (2022·全国甲卷)
1. （1）一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如 $\text{[math]}$ 图上从a到b的线段所示。在此过程中________。（填正确答案标号。）
  
  A . 气体一直对外做功 B . 气体的内能一直增加 C . 气体一直从外界吸热 D . 气体吸收的热量等于其对外做的功 E . 气体吸收的热量等于其内能的增加量
2. （2）如图，容积均为 $\text{[math]}$ 、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为 $\text{[math]}$ 、温度为 $\text{[math]}$ 的环境中；两汽缸的底部通过细管连通，A汽缸的顶部通过开口C与外界相通：汽缸内的两活塞将缸内气体分成I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第II、Ⅲ部分的体积分别为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 、环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦。
  
  （i）将环境温度缓慢升高，求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度；
  
  （ⅱ）将环境温度缓慢改变至 $\text{[math]}$ ，然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体，求A汽缸中的活塞到达汽缸底部后，B汽缸内第Ⅳ部分气体的压强。
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