熱學專題實驗——《探究氣體的實驗規(guī)律》專項提升

更新時間：2024-11-05 瀏覽次數：15 類型：一輪復習

一、典型例題方法賞析

1. (2024高二下·貴陽月考) 小董同學用如圖甲示的裝置來研究“一定質量理想氣體在溫度不變時，壓強和體積的關系”，其中，柱塞內部有一個管道把柱塞上部的壓力表和柱塞底部以下的氣體連通以讀取氣體壓強。
甲乙
1. （1）關于本實驗的下列說法正確的是____。
  
  A . 推拉柱塞時動作要快以避免氣體與外界發(fā)生充足的熱量交換 B . 柱塞涂潤滑油主要是為了減小摩擦 C . 注射器外側刻度尺的刻度均勻但并未標單位，這對實驗結果的可靠性不會有影響 D . 用手握住注射器推拉柱塞以使裝置更加穩(wěn)定
2. （2）在實驗過程中注射器沒有完全豎直而是略微傾斜，則壓力表讀數____。
  
  A . 偏大 B . 偏小 C . 沒有影響
3. （3）小董同學把測得的實驗數據列表分析，做出的 $\text{[math]}$ 圖像如圖乙所示，圖線發(fā)生了明顯的彎曲，造成圖像彎曲的原因可能是____。
  
  A . 柱塞與筒壁間的摩擦力越來越大 B . 柱塞中部連通所封閉的氣體與壓力表的細管體積不可忽略 C . 外界大氣壓強發(fā)生了變化 D . 注射器的氣密性不好
4. （4）在溫度不變的情況下，得到壓強p與體積V成反比的結論，你對這一結論的微觀解釋是。
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2. (2023高二下·永勝期末) 某小組利用如圖所示裝置研究“一定質量氣體溫度不變時，壓強與體積的關系”，圖中裝置1為壓強傳感器，裝置2為數據采集器．帶刻度的注射器內封閉了一定質量的氣體，推動活塞可以改變氣體體積V ，實驗所用測量壓強的裝置較特殊，測量的是注射器內部氣體和外部大氣(壓強為p₀)的壓強差Δp ，在多次改變體積后，得到如下數據：

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

V/mL 10 9 8 7 6
1. （1）每次氣體的狀態(tài)調整后，都要等一會兒再記錄數據，這是為了．
2. （2）研究小組基于數據，以Δp為y軸，作出的函數圖線為直線，則x軸是．
3. （3）若圖像斜率為k ，該直線的函數表達式是，圖像縱軸截距的絕對值的物理含義是．
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3. (2018·全國Ⅱ卷)
1. （1）對于實際的氣體，下列說法正確的是_________
  
  A . 氣體的內能包括氣體分子的重力勢能 B . 氣體的內能包括氣體分子之間相互作用的勢能 C . 氣體的內能包括氣體整體運動動的動能 D . 氣體的體積變化時，其內能可能不變 E . 氣體的內能包括氣體分子熱運動的動能
2. （2）如圖，一豎直放置的汽缸上端開口．汽缸壁內有卡口a和b，a、b間
  距為h．a距缸底的高度為H：活塞只能在a、b間移動，其下方密封有一定質量的
  理想氣體。已知活塞質量從為m，面積為S．厚度可忽略：活塞和汽缸壁均絕熱，不計它們之間的摩擦．開始時活塞處于靜止狀態(tài)．上，下方氣體壓強均為P₀ ，溫度均為T₀ ，現用
  電熱絲緩慢加熱汽缸中的氣體，直至活塞到達b處。求此時汽缸內氣體的溫度以及在此過程中氣體對外所做的功。重力加速度大小為g.
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4. (2017高二下·呼圖壁期末) 一定質量的理想氣體壓強p與熱力學溫度T的關系圖象如圖，AB、BC分別與p軸、T軸平行，氣體在狀態(tài)A時體積為V₀ ，則在狀態(tài)C時的體積為；從狀態(tài)A經狀態(tài)B變化到狀態(tài)C的過程中，氣體對外界做功為W，內能增加了△U，則此過程中該氣體吸收的熱量為．

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5. (2024高二下·河北月考) Phyphox、是一款利用Android手機傳感器來進行物理實驗的手機應用軟件，它能獲取手機上的多種傳感器原始數據。兩位同學利用該軟件來測量手機的體積，如圖甲所示，將一個可以測量氣體壓強的手機封閉在注射器中，記錄活塞在不同位置時注射器的示數和封閉氣體的壓強。
1. （1）關于該實驗的操作，下列說法中正確的是____。
  
  A . 在活塞上涂抹潤滑油只是為了減小摩擦 B . 為了穩(wěn)定推動活塞，需要用手握住注射器 C . 緩慢推動活塞是為了保持封閉氣體溫度不變 D . 改變活塞位置后可立即進行讀數
2. （2）下表是某一位同學測量的兩組實驗數據，由此可知手機的體積為 $\text{[math]}$ ；（結果保留一位小數）
  序號
  V（mL）
  p（kPa）
  1
  530
  1033.0
  2
  500
  1104.0
3. （3）另一位同學測出多組數據后畫出 $\text{[math]}$ 圖像（如圖乙所示），其截距為b ，直線部分的斜率為k ，則手機的體積為，體積增大到一定值后，圖線開始偏離直線，原因可能是。
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6. (2024高三下·安徽模擬) 學校物理小組的同學們利用如圖甲所示的實驗裝置探究一定質量的氣體等壓變化規(guī)律。注射器豎直固定在鐵架臺上，其中密封了一定質量的氣體，柱塞上固定一重物，被密封的空氣柱浸沒在燒杯的液體中，液體中放置有溫度計（圖中未標出）。忽略柱塞與注射器之間的摩擦，通過改變燒杯內液體溫度讀取多組溫度、體積數值，并作體積-溫度圖像。
1. （1）下列說法正確的是____（填選項字母）。
  
  A . 溫度計位置應盡量遠離空氣柱 B . 柱塞上應涂上潤滑油 C . 每次改變燒杯中液體的溫度時，應立即讀出空氣柱的體積
2. （2）某同學作出體積-熱力學溫標 $\text{[math]}$ 圖像如圖乙所示，圖像不過原點的原因可能是。
3. （3）保持密封空氣柱質量不變，改變重物質量，通過兩次實驗作出體積-熱力學溫標 $\text{[math]}$ 圖像得到兩條直線如圖丙所示。若兩條直線斜率分別為 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ，兩次重物及柱塞的總質量分別為 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ，柱塞橫截面積為S，重力加速度為g，則大氣壓強可表示為（使用題中所給字母表示）。
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二、夯實基礎提升能力

7. (2024高二下·大名月考) 請回答下列有關“用DIS研究在溫度不變時，一定質量的氣體壓強與體積關系”實驗的問題．
1. （1）如圖所示，用一個帶有刻度的注射器及DIS實驗系統(tǒng)來探究氣體的壓強與體積關系．實驗中氣體的質量保持不變，氣體的體積V直接讀出，氣體的壓強p是由圖中（壓力、壓強、溫度）傳感器測量得到．
2. （2）完成本實驗的基本要求是____．
  
  A . 在等溫條件下操作 B . 封閉氣體的容器密封良好 C . 必須弄清所封閉氣體的質量 D . 氣體的壓強和體積必須用國際單位
3. （3）甲同學在做本實驗時，緩慢推動活塞，使注射器內空氣柱體積減小，且 $\text{[math]}$ 數值越來越小，造成這一現象的原因可能是____．
  
  A . 實驗時注射器活塞與筒壁間的摩擦力不斷增大 B . 實驗時環(huán)境溫度增大了 C . 實驗時外界大氣壓強發(fā)生了變化 D . 實驗時注射器內的空氣向外發(fā)生了泄漏
4. （4）乙同學實驗數據用圖像處理，但如圖所示的 $\text{[math]}$ 圖線不過原點，則造成這一現象的原因可能是．
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8. (2024高二下·寧陽月考) 某實驗小組利用圖甲所示裝置進行“探究氣體的等溫變化規(guī)律”實驗，通過向豎直放置的U型玻璃管開口端多次注入水銀改變氣體的狀態(tài)，每次緩慢注入水銀后，均測量U型玻璃管兩端液面的高度差h₁（cm）以及封閉的氣柱的長度h₂（m）。一次實驗中，該小組通過多次測量記錄多組h₁和的h₂數據，然后以h₁為縱坐標、以 $\text{[math]}$ 為橫坐標作出 $\text{[math]}$ 圖像如圖乙所示，已知圖像的斜率為k ，圖像與縱軸的截距為-b。
1. （1）實驗中，每次注入水銀時都需要緩慢注入，其目的是；
2. （2）根據上述條件可知，大氣壓強為cmHg（用所給的字母表示）；
3. （3）某次實驗中，測得的h₁=h₀ ，則此時封閉的氣柱長度為m（用所給的字母表示）；
4. （4）該小組先后進行了兩次實驗，兩次實驗中封閉的氣體質量相同，但在第一次實驗中的環(huán)境溫度要比第二次實驗的環(huán)境溫度高，則第一次實驗得到的 $\text{[math]}$ 圖像的斜率相比第二次實驗得到的 $\text{[math]}$ 圖像的斜率（選填“偏大”、“不變”或“偏小”）。
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9. (2024高二下·中山) 在“探究氣體等溫變化的規(guī)律“實驗中，所用的實驗裝置如圖所示，空氣柱的長度l可以通過刻度尺讀取，為了得到空氣柱的體積還應測量柱塞的?？諝庵膲簭娍梢詮呐c注射器內空氣柱相連的讀取。實驗中要地把柱塞向下壓或向上拉來改變空氣柱的長度，利用實驗獲得的數據做出的 $\text{[math]}$ 圖像為一條。

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10. (2024高二下·唐山月考) 在某次物理實驗設計大賽活動中，要求自選器材，完成“探究氣體等溫變化的規(guī)律”實驗。
1. （1）甲實驗小組利用如圖所示的裝置，在注射器中密封了一定質量的氣體；
  ①在實驗操作過程中，以下措施有助于滿足實驗恒溫條件的是。
  A．用橡皮帽堵住注射器的小孔
  B．移動活塞要緩慢
  C．實驗時，不要用手握注射器
  ②實驗小組根據實驗數據，做出的 $\text{[math]}$ 圖像是一條過坐標原點的傾斜直線，可以得出結論：一定質量的氣體，；
  ③實驗時，緩慢推動活塞，注射器內空氣體積逐漸減小，該過程中發(fā)現，環(huán)境溫度逐漸降低，則實驗得到的 $\text{[math]}$ 圖像應是。
  A． B． C． D．
2. （2）乙實驗小組利用如圖所示的DIS裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律，緩慢推動活塞，在使注射器內空氣體積逐漸減小的過程中，多次從注射器的刻度上讀出體積值并輸入計算機，同時由壓強傳感器將對應體積的壓強值通過數據采集器傳送給計算機，計算機根據實驗數據繪制如圖所示的 $\text{[math]}$ 關系圖像。根據圖像可知，軟管中氣體的體積為mL。
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三、思維提升創(chuàng)新應用

11. (2024高二下·宜豐月考) 某同學用圖甲所示實驗裝置探究一定質量的氣體等溫變化的規(guī)律。將注射器活塞移動到體積最大的位置時，接上軟管和壓強傳感器，記錄此時壓強傳感器的壓強為 $\text{[math]}$ 和注射器上的體積為 $\text{[math]}$ ，然后壓縮氣體，記錄多組壓強p和體積V的值。
1. （1）關于該實驗下列說法正確的是____。
  
  A . 為保證封閉氣體的氣密性，應在活塞與注射器壁間涂上潤滑油 B . 推拉活塞時，動作要快，以免氣體進入或漏出 C . 為方便推拉活塞，應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勻即可，可以不標注單位
2. （2）實驗中，若軟管內氣體體積 $\text{[math]}$ 可忽略，在壓縮氣體過程中漏氣，則用上述方法作出的 $\text{[math]}$ 圖線應為圖乙中的（選填“①”或“②”）。
3. （3）若軟管內氣體體積 $\text{[math]}$ 不可忽略，作出 $\text{[math]}$ 圖像是一條曲線，如圖丙所示。試用玻意耳定律分析，該曲線的漸近線（圖中的虛線）的壓強是 $\text{[math]}$ 。（用 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 表示）
4. （4）在（3）中，該同學找來一些綠豆將其裝入上述裝置中的注射器內，按照正確的實驗操作，移動活塞，多次記錄注射器上的體積刻度V和壓強傳感器讀數p ，作出 $\text{[math]}$ 圖線如圖丁所示，由此可測出這些綠豆的體積 $\text{[math]}$ 。（已知物理量有 $\text{[math]}$ 、a、b）
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12. (2024高二下·南昌月考) 用圖甲所示探究氣體等溫變化的規(guī)律。
1. （1）關于該實驗下列說法正確的是____。
  
  A . 為保證封閉氣體的氣密性，應在柱塞與注射器壁間涂上潤滑油 B . 應快速推拉柱塞 C . 為方便推拉柱塞，應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勻即可，可以不標注單位
2. （2）測得多組空氣柱的壓強p和體積V的數據后，為直觀反映壓強與體積之間的關系，以p為縱坐標，以 $\text{[math]}$ 為橫坐標在坐標系中描點作圖。小明所在的小組壓縮氣體時漏氣，則用上述方法作出的圖線應為圖乙中的（選填“①”或“②”）．
3. （3）為更準確地測出氣體的壓強，小華用壓強傳感器和注射器相連，得到某次實驗的 $\text{[math]}$ 圖如圖丙所示，究其原因，是溫度發(fā)生了怎樣的變化____
  
  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）某同學將注射器活塞移動到體積適中的位置時，接上軟管和壓強傳感器，通過DIS系統(tǒng)記錄下此時的體積 $\text{[math]}$ 與壓強 $\text{[math]}$ ，然后記錄5組數據，作 $\text{[math]}$ 圖。在軟管內氣體體積 $\text{[math]}$ 不可忽略時， $\text{[math]}$ 圖像為雙曲線，試用玻意耳定律分析，該雙曲線的漸近線（圖中的虛線）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) 兩個實驗小組做“探究等溫情況下一定質量氣體的壓強與體積的關系”的實驗。
1. （1）第一個實驗小組的同學利用如圖甲所示的裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律，注射器中密封了一定質量的氣體。
  ①實驗過程中，下列操作正確的是。（填正確答案標號）
  A．應該以較快的速度推拉柱塞來改變空氣柱的體積
  B．實驗前應先利用天平測量出注射器、柱塞及壓力表的總質量
  C．推拉柱塞時，手不可以握住整個注射器
  D．實驗過程中要保證橡膠套的密閉性良好，以保證空氣柱的質量一定
  ②實驗時，緩慢推動活塞，注射器內氣體的體積逐漸減小。若實驗過程中環(huán)境溫度逐漸降低，測得多組空氣柱的壓強p和體積V的數據，則實驗得到的 $\text{[math]}$ 圖像應為下圖中的。（填正確答案標號）
2. （2）第二個實驗小組的同學用氣體壓強傳感器做實驗，實驗裝置如圖乙所示。在操作規(guī)范、不漏氣的前提下，測得多組壓強p和體積V的數據并作出 $\text{[math]}$ 圖像，發(fā)現圖線不過坐標原點，如圖丙所示。造成這一結果的原因是；圖丙中 $\text{[math]}$ 的物理含義是。
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14. (2024高二下·湖北月考) 某同學設計了如圖甲所示的實驗裝置來“探究等溫情況下一定質量氣體壓強與體積的關系”。注射器導熱性能良好，環(huán)境溫度恒定，用橡皮塞和柱塞在注射器內封閉一定質量的理想氣體。柱塞下方安裝一個鉤。實驗時，在鉤的下端依次掛上質量相同的鉤碼1，2，3，……，穩(wěn)定后通過注射器的標度讀出對應空氣柱的體積V，并依據柱塞（包括鉤）和鉤碼的質量求出對應氣體的壓強p。已知注射器空氣柱橫截面積為S，刻度全長為L，大氣壓為 p₀ ，柱塞（包括鉤）的質量為m₀=100g，每個鉤碼的質量為 m=50g，重力加速度為g。
1. （1）若在某次實驗中所掛鉤碼個數為 3，則平衡后空氣柱中的壓強為（用題目中已知量的符號表示）。
2. （2）該同學通過實驗數據得到如圖乙 $\text{[math]}$ ，由該圖像得到的結論是。
3. （3）未掛鉤碼前，柱塞封閉的空氣柱長度為 $\text{[math]}$ ，壓強為 $\text{[math]}$ ，依次掛上鉤碼，當空氣柱長度為L時，所掛鉤碼有個。
4. （4）另一同學也設計了相同的實驗方案完成了實驗。根據測量的數據，繪出 $\text{[math]}$ 圖像如圖丙所示。圖線的上端出現了一小段彎曲，可能是由于裝置氣密性不好導致氣體質量（填“增加”或“減小”），也可能是由于封閉氣體的溫度（填“升高”或“降低”）
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15. (2024高三下·石家莊模擬) 某同學利用如圖所示裝置做探究一定質量的理想氣體在溫度不變時壓強與體積關系的實驗。
步驟如下：
①將一個帶兩根細管的橡膠塞塞緊燒瓶的瓶口，封閉一定質量的氣體。其中，一根帶閥門的細管連通充滿水的注射器，另一根細管與壓強傳感器相連。
②將壓強傳感器連接數據采集器，數據采集器連接計算機。
③打開閥門，用手握住燒瓶，緩慢推動注射器活塞向燒瓶內注入一定量的水，然后關閉閥門。
④根據注射器刻度記錄注入燒瓶中水的體積V，并記錄此時氣體的壓強p。
⑤多次實驗，記錄多組數據，分析得出結論。
1. （1）該同學錯誤的操作步驟為。
2. （2）正確進行實驗后，該同學根據實驗數據畫出的圖像如圖所示，其中的縱坐標為（選填“V”或“ $\text{[math]}$ ”），燒瓶的容積 $\text{[math]}$ 為。（用圖中字母表示）
3. （3）另一同學重復實驗，計算了多組p與 $\text{[math]}$ 乘積，發(fā)現 $\text{[math]}$ 隨壓強p增大而變小，導致這個現象的原因可能為。（寫出一個原因即可）
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四、直擊高考達成素養(yǎng)

16. (2024·上海真題) 實驗是人類認識物質世界的宏觀性質與微觀結構的重要手段之一，也是物理學研究的重要方法。
1. （1）通過“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗可推測油酸分子的直徑約為（）
  
  A . 10^-15m B . 10^-12m C . 10^-9m D . 10^-6m
2. （2）驗證氣體體積隨溫度變化關系的實驗裝置如圖所示，用支架將封有一定質量氣體的注射器和溫度傳感器固定在盛有熱水的燒杯中。實驗過程中，隨著水溫的緩慢下降，記錄多組氣體溫度和體積的數據。
  
  ①不考慮漏氣因素，符合理論預期的圖線是。
  
  ②下列有助于減小實驗誤差的操作是
  A.實驗前測量并記錄環(huán)境溫度
  B.實驗前測量并記錄大氣壓強
  C.待溫度讀數完全穩(wěn)定后才記錄數據
  D.測量過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) 利用圖甲所示實驗裝置可探究等溫條件下氣體壓強與體積的關系。將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺上，注射器內封閉一定質量的空氣，下端通過塑料管與壓強傳感器相連?；钊隙斯潭ㄒ煌斜P，托盤中放入砝碼，待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄氣體壓強 $\text{[math]}$ 和體積 $\text{[math]}$ （等于注射器示數 $\text{[math]}$ 與塑料管容積 $\text{[math]}$ 之和），逐次增加砝碼質量，采集多組數據并作出擬合曲線如圖乙所示。

回答以下問題：
1. （1）在實驗誤差允許范圍內，圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線，說明在等溫情況下，一定質量的氣體___________。
  
  A . $\text{[math]}$ 與 $\text{[math]}$ 成正比 B . $\text{[math]}$ 與 $\text{[math]}$ 成正比
2. （2）若氣體被壓縮到 $\text{[math]}$ ，由圖乙可讀出封閉氣體壓強為 $\text{[math]}$ （保留3位有效數字）。
3. （3）某組同學進行實驗時，一同學在記錄數據時漏掉了 $\text{[math]}$ ，則在計算 $\text{[math]}$ 乘積時，他的計算結果與同組正確記錄數據同學的計算結果之差的絕對值會隨 $\text{[math]}$ 的增大而（填“增大”或“減小”）。
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18. (2022·全國甲卷)
1. （1）一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過程如 $\text{[math]}$ 圖上從a到b的線段所示。在此過程中________。（填正確答案標號。）
  
  A . 氣體一直對外做功 B . 氣體的內能一直增加 C . 氣體一直從外界吸熱 D . 氣體吸收的熱量等于其對外做的功 E . 氣體吸收的熱量等于其內能的增加量
2. （2）如圖，容積均為 $\text{[math]}$ 、缸壁可導熱的A、B兩汽缸放置在壓強為 $\text{[math]}$ 、溫度為 $\text{[math]}$ 的環(huán)境中；兩汽缸的底部通過細管連通，A汽缸的頂部通過開口C與外界相通：汽缸內的兩活塞將缸內氣體分成I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第II、Ⅲ部分的體積分別為 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 、環(huán)境壓強保持不變，不計活塞的質量和體積，忽略摩擦。
  
  （i）將環(huán)境溫度緩慢升高，求B汽缸中的活塞剛到達汽缸底部時的溫度；
  
  （ⅱ）將環(huán)境溫度緩慢改變至 $\text{[math]}$ ，然后用氣泵從開口C向汽缸內緩慢注入氣體，求A汽缸中的活塞到達汽缸底部后，B汽缸內第Ⅳ部分氣體的壓強。
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