第15章　热学 第6讲　实验20：探究等温情况下一定质量的气体压强与体积的关系--2027全国版高考物理第一轮(含答案)

2027全国版高考物理第一轮
第6讲　实验20:探究等温情况下一定质量的气体压强与体积的关系
1.在“探究气体等温变化的规律”实验中,实验装置如图甲所示,用橡胶塞堵住注射器的下端细管部分,以注射器筒内封闭的一段空气柱为研究对象,空气柱的长度由注射器两侧的刻度尺读出,气体的压强通过柱塞与注射器内空气柱相连的压力表读取。实验操作后,作出V-的关系图像如图乙所示,关于该图像发生弯曲原因的分析正确的是(　　)
A.可能是由于注射器筒内有固体异物
B.可能是漏计了细管中气体体积
C.采用了向上拉柱塞的操作,由于速度较快导致封闭气体温度降低
D.采用了向下压柱塞的操作,实验过程中有漏气现象
2.(2023江苏卷)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正确的是(　　)
A.把柱塞快速地向下压
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
3.(6分)(2026吉林松原检测)某实验小组成员用如图甲所示装置研究气体等温变化的规律。注射器内用活塞封闭一定质量的气体,气体通过橡胶软管连接压强传感器。
(1)关于实验要点,下列说法正确的是　　　　。
A.推拉活塞时,动作要快,以免气体进入或漏出
B.实验前要在活塞与注射器壁间涂适量的润滑油,防止漏气并减小摩擦
C.要保证大气压不变
D.注射器是否水平放置,对实验结论没有影响
(2)实验通过正确操作,获得多组注射器内封闭气体的体积V和压强p的测量值,并通过计算机拟合得到p-V图像,如图乙所示的实线图像,在压缩气体的过程中,注射器内封闭气体会　　　　(选填“吸热”或“放热”)。若保持封闭气体质量不变重新实验,实验时无意中用手握住了注射器,则实验测得的多组气体压强和气体体积,计算机拟合得到p-V图像可能是图乙中的　　　　(选填“a”“b”或“c”)。
(3)为了直观地观察p随V变化的规律,根据实验测得多组气体压强p及对应的气体体积V,分别作p-图像和V-图像,经过多次测量,将所测数据绘制在坐标图上,橡胶软管内气体体积不可忽略,可能得到的是图中的　　　。
4.(8分)(2025辽宁名校联盟模拟)某实验小组用如图甲所示实验装置来探究一定质量的气体发生等温变化遵循的规律。
(1)关于该实验,下列说法正确的是　　　　。
A.实验中为找到体积与压强的关系,一定要测量空气柱的横截面积
B.空气柱体积变化应尽可能快些
C.为保证气密性,实验前应在柱塞上涂润滑油
(2)为了探究一定质量的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T1　　　(选填“<”“=”或“>”)T2。
(3)若橡胶套内的气体不可忽略,移动柱塞,多次记录注射器上的体积刻度V和压力表读数p,绘出的p-图像可能为　　　　。
5.(10分)(2026浙江金华模拟)如图为一测温装置的结构简图。玻璃泡A内封有一定量气体,与A相连的B管插在水银槽中,管内水银面的高度x即可反映泡内气体的温度,即环境温度,此温度可由B管上的刻度直接读出。当温度T1=300 K时,管内水银面高度x1=16 cm,此高度即为300 K的刻度线。已知管内水银面最大高度为26 cm,大气压强p0相当于76 cm水银柱产生的压强。忽略B管的体积和水银槽内液面的变化,当环境温度从300 K缓慢下降的过程中:
(1)A泡内气体分子动能　　　　　　(选填“均增大”“均减小”或“增大和减小均有”),其内壁单位面积受到的气体分子的平均作用力　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)该装置能测出的最低温度T2=　　　　。
(3)已知分子平均动能跟热力学温度成正比,其关系满足Ek=kT(k=0.2 J/K),环境温度下降至(2)问中的T2时,外界对气体做功为2.9 J,则热量的变化为　　　　。
6.(14分)(2025河北邯郸模拟)某同学利用身边的器材探究“一定质量的气体在等压情况下体积和温度的关系”,如图所示,他找来一个带橡胶塞的薄玻璃瓶、一段干净的医用输液塑料管(粗细均匀,长约1 m)和一支温度计,先向输液管中注入一小段红色水柱,调整水柱到适当位置,再将靠近水柱的一端插入橡胶塞中,使管内气体与瓶中气体相通,将输液管拉直并固定到刻度尺上,刻度尺的“0”刻度与橡胶塞对齐。将整个装置移到装有空调的房间内,读出室温和管中液柱对应的刻度,打开空调制热,使房间气温缓慢升高,每隔一段时间读出室内温度和液柱对应的刻度,得到如下数据:
室内温度t/℃ 7 10 13 17 21 23
液柱对应的刻度L/cm 10.0 25.7 41.2 61.4 81.4 92.8
(1)该实验　　　　(选填“需要”或“不需要”)测量大气压强。
(2)根据表中数据在所给坐标系中作出液柱对应的刻度L和室内温度t的关系图像,由此图像可以得出的结论是:在误差允许范围内,一定质量的气体在压强不变时,体积和温度之间呈　　　　(选填“线性”或“非线性”)关系。
(3)上述图像的斜率与玻璃瓶的容积及输液管的直径有关,玻璃瓶的容积越大,斜率　　　　,输液管的直径越大,斜率　　　　。(均选填“越大”或“越小”)
答案：
1.C　解析 由理想气体状态方程=C,可得V=TC·,如注射器筒内有固体异物占据了一定的体积,设为V0,可得V-V0=TC·,即V=TC·+V0,不会影响图像的斜率;同理可知漏计了细管中气体体积也不会影响图像的斜率,A、B错误;如果采用了向上拉柱塞的操作,由于速度较快导致封闭气体温度T降低,可知随着V增大图像斜率减小,C正确;如果采用了向下压柱塞的操作,实验过程中有漏气,则C减小,可知随着V减小图像斜率减小,D错误。
2.B　解析 设连接部位气体的体积为V0,根据玻意耳定律可得p(V+V0)=C,可得,由-V图像可知,当=0时,V=-2 mL,代入可解得V0=2 mL,故选B。
3.答案 (1)BD　(2)放热　a　(3)D
解析 (1)为了保证气体温度保持不变,推拉活塞时,动作要慢,故A错误;实验前要在活塞与注射器壁间涂适量的润滑油,防止漏气并减小摩擦,故B正确;实验装置中气体压强通过压强传感器测得,所以不需要保证大气压不变,注射器是否水平放置,对实验结论没有影响,故C错误,D正确。
(2)在压缩气体的过程中,气体体积减小,外界对气体做正功,气体温度不变,气体内能不变,根据热力学第一定律可知,注射器内封闭气体会放热;若保持封闭气体质量不变重新实验,实验时无意中用手握住了注射器,则气体温度升高,根据=C,与题图乙所示的实线相比,体积相同时,气体压强比实线对应压强大,则计算机拟合得到p-V图像可能是题图乙中的a。
(3)橡胶软管内气体体积不可忽略,设橡胶软管内气体体积为V0,则由玻意耳定律,有p(V+V0)=C,可得p=,V=C·-V0,可知p-图像不是直线,图线上点与原点连线斜率逐渐减小;V-图像是一条截距为负值、斜率为正值的倾斜直线。故选D。
4.答案 (1)C　(2)>　(3)C
解析 (1)由于空气柱的横截面积不变,故气体的体积与空气柱长度成正比,所以只需要测量空气柱长度,就能找到压强与体积的关系,故A错误;空气柱的体积变化不能太快,要缓慢移动柱塞保证气体温度不变,故B错误;为了保证气体质量不变,实验前应在柱塞上涂适量润滑油以保证气密性,故C正确。
(2)根据理想气体状态方程=C,即pV=CT,可知离坐标原点越远的等温线温度越高,则有T1>T2。
(3)如果橡胶套内的气体不可忽略,设橡胶套内的气体体积为V0,则由玻意耳定律,有p(V+V0)=C,可得p=,可知p-图像上点与原点连线的斜率为k=,故随着的增大,p-图像上斜率逐渐减小。故选C。
5.答案 (1)增大和减小均有　变小
(2)250 K
(3)放出热量12.9 J
解析 (1)温度降低时A泡内气体分子平均动能减小,但对个别分子动能增大和减小均有;温度降低时,液柱液面上升,则其他压强减小,即其内壁单位面积受到的气体分子的平均作用力减小。
(2)气体等容变化,由查理定律
设大气压强p0=ρgh,h=76 cm,则p1=ρgh1=ρg(h-x),p2=ρgh2=ρg(h-xm)
解得T2=250 K。
(3)温度降低,则内能减小;减小量ΔU=kΔT=10 J,而W=29 J,由热力学第一定律,有ΔU=W+Q,Q=-12.9 J
即气体放出热量12.9 J。
6.答案 (1)不需要
(2)见解析图　线性
(3)越大　越小
解析 (1)该实验的目的是探究一定质量的气体在等压情况下体积和温度的关系,只需要气体压强不变即可,不需要测量大气压强。
(2)根据实验数据,作出的L-t图像如图所示
由图像可知L和t之间呈线性关系,由于输液管粗细均匀。可知在误差允许范围内,一定质量的气体在压强不变时,体积和温度之间呈线性关系。
(3)由盖-吕萨克定律可知=C,即=C,若输液管的横截面积为S,则有ΔV=ΔL·S,因为ΔT=Δt,故,在压强一定时,式中C与玻璃瓶中气体的质量成正比,所以玻璃瓶的容积越大,斜率越大,输液管的直径越大,横截面积S越大,斜率越小。
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