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4.实验：探究气体等温变化的规律
第1课时　实验：探究气体等温变化的规律
1.某实验小组用如图（a）所示的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.实验前应将注射器内的空气完全排出
B.空气柱体积变化应尽可能的快些
C.空气柱的压强随体积的减小而减小
D.作出p-的图像可以直观反映出p与V的关系
（2）图（b）是甲、乙两同学在实验中得到的p-图像，若两人实验时均操作无误且选取的坐标标度相同，那么两图线斜率不同的主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
2.采用探究气体等温变化的规律的实验装置中的主要器材——针管及其附件，来测定大气压强的值，实验步骤如下。
（1）将针管水平固定，拔下橡皮帽，向右将活塞从针管中抽出；
（2）用天平称出活塞与固定在其上的支架的总质量为M；
（3）用游标卡尺测出活塞直径d；
（4）再将活塞插入针管中，保持针管中有一定质量的气体，并盖上橡皮帽，此时，从针管上可读出气柱体积为V1，如图所示；
（5）将弹簧测力计挂钩钩在活塞支架上，向右水平缓慢拉动活塞到一定位置，此时，弹簧测力计读数为F，气柱体积为V2。
试用以上各步骤中直接测量的数据，写出大气压强的最终表达式：p0＝　　　　。本实验中实验步骤　　　　是多余的。
3.某同学设计了如图甲所示的装置来探究“气体温度不变时压强随体积变化规律”的实验，注射器导热性能良好，用橡皮帽和活塞在注射器内封闭一定质量的理想气体。质量不计的细绳跨过滑轮，一端系到活塞上，调节滑轮的高度，使左侧细绳拉直时能保持水平，另一端可以挂钩码。实验时，在细绳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，并能求出对应气体的压强p。已知注射器的最大体积为Vm，刻度全长为L，大气压强为p0，每个钩码的质量为m，重力加速度为g。
（1）关于本实验的操作，下列说法正确的是　　　　。
A.为减小误差，每挂上一个钩码后，应平衡后再读出体积
B.挂钩码时，为了防止注射器脱落，应用手紧紧握住注射器
C.实验前，应将活塞上涂抹润滑油，并来回拉动几次
D.实验时必须测出封闭气体的温度
（2）若在某次实验中细绳上所挂钩码个数为n，则平衡后对应气体的压强为　　　　　　　（用题目中已知量表示）。
（3）该同学根据测得气体的体积和对应的压强，作出了 V- 图像，如图乙所示，图线不过原点，则纵坐标b代表　　　　　　　　　　；体积增大到一定值后，图线开始偏离直线，可能是由于气体温度　　　　（填“升高”或“降低”）；也可能是由于装置气密性导致气体质量　　　　（填“增大”或“减小”）。
4.实验小组同学探究气体压强与体积的关系，设计了如图所示的装置，实验步骤如下：
①将圆柱体密闭容器装水以封闭气体，上方连接压强传感器可测封闭气体压强，左端有出水控制开关；
②不计容器的厚度，以容器下表面为零刻线，通过刻度尺读取容器的高度H和水面所在位置h；
③出水控制开关打开一小段时间后关闭，获取封闭气体压强p和液面所在位置h数据，重复实验步骤获得几组数据；
④将各组数据在坐标纸上描点，绘制图像，得出气体压强与体积的关系。
完成下列填空：
（1）实验中所研究的对象是封闭气体，应保持不变的物理量是　　　　 。
（2）实验时，为判断气体压强与体积的关系，　　　　（选填“需要”或“不需要”）测出容器的横截面积。
（3）为直观反映压强与体积之间的关系，若以空气柱压强p为纵坐标，则应以　　　　　　为横坐标在坐标系中描点作图。（用H、h表达）
5.某实验小组用如图甲所示的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）实验时，为判断气体压强与体积的关系，　　　　　（选填“需要”或“不需要”）测出空气柱的横截面积。
（2）实验中空气柱体积变化缓慢，可认为温度保持不变。为了直观地判断压强p与体积V的数量关系，应作出　　　　　（选填“p-V”或“p-”）图像。
（3）他们进行了两次实验，其中一组得到的p-V图像如图乙所示，由图乙可知两次实验气体的温度大小关系为T1　　　　　T2（选填“＜”“＞”或“＝”）；另一小组根据实验数据作出的V-图线如图丙所示，若他们的实验操作无误，造成图线不过原点的原因可能是　　　　　。
第1课时　实验：探究气体等温变化的规律
1.（1）D　（2）气体的质量或温度不同
解析：（1）实验是以注射器内的空气为研究对象，所以实验前注射器内的空气不能完全排出，故A错误；空气柱的体积变化不能太快，要缓慢移动注射器活塞保证气体温度不变，故B错误；气体发生等温变化，空气柱的压强随体积的减小而增大，故C错误；p-图像是一条倾斜的直线，作出p-的图像可以直观反映出p与V的关系，故D正确。
（2）根据p-图像可知，如果温度相同，则说明两次气体质量不同，如果气体质量相同则两次温度不同。
2.　（2）
解析：设开始时气体的压强为p0，向右水平缓慢拉动活塞到一定位置，弹簧测力计读数为F时气体的压强设为p1，则有p1＝p0－＝p0－＝p0－
该过程中温度不变，由公式p0V1＝p1V2
整理得p0＝
由上式可知，大气压强与活塞及固定在其上的支架的总质量无关，所以步骤（2）是多余的。
3.（1）AC　（2）p0－　（3）橡皮帽内气体体积
升高　增大
解析：（1）每挂上一个钩码后，平衡后，待封闭气体的体积不再发生变化，再读出体积，可以减小误差，故A正确；挂钩码时，不能用手紧紧握住注射器，因为手的温度会改变封闭气体的温度，使测量结果不准确，故B错误；实验前，应将活塞上涂抹润滑油，并来回拉动几次，可以增加密封性，也可以减小摩擦带来的误差，故C正确；注射器不隔热，所以实验时封闭气体的温度与外界温度相同，气体做等温变化，不需要测量温度，故D错误。
（2）由平衡关系可得nmg＋p＝p0
可得p＝p0－。
（3）实验操作规范，图线不过原点，则b代表注射器橡皮帽内气体的体积；由公式pV＝C中常量C随气体温度的升高而增大可知若体积增大到一定值后，图线开始偏离直线，向上偏离，斜率变大，说明可能是温度升高；公式中的常量C与气体质量有关，斜率变大，也可能是由于装置气密性差导致气体质量增大。
4.（1）温度　（2）不需要　（3）
解析：（1）实验中所研究的对象是封闭气体，应保持不变的物理量是气体的温度。
（2）根据p1（H－h1）S＝p2（H－h2）S可得，p1（H－h1）＝p2（H－h2），则实验时，为判断气体压强与体积的关系，不需要测出容器的横截面积。
（3）要验证的关系为pV＝C，即p（H－h）S＝C，则p＝·，则为直观反映压强与体积之间的关系，若以空气柱压强p为纵坐标，则应以为横坐标在坐标系中描点作图。
5.（1）不需要　（2）p-　（3）＞　试管中的气体的体积小于实际的封闭气体的体积，即实验时未考虑注射器前端与橡皮帽连接处的气体
解析：（1）设气体初状态压强为p1，空气柱的长度为L1，气体末状态的压强为p2，空气柱长度为L2，空气柱的横截面积为S，根据玻意耳定律得p1L1S＝p2L2S，所以实验需要验证p1L1＝p2L2，故实验不需要测量空气柱的横截面积。
（2）实验中空气柱体积变化缓慢，可认为温度保持不变。为了直观地判断压强p与体积V的数量关系，应作出p-图像，其是一条倾斜的直线。
（3）由图乙可知两次实验气体的温度大小关系为T1＞T2；另一小组根据实验数据作出V-图线如图丙所示，若他们的实验操作无误，造成图线不过原点的原因可能是试管中的气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验器材可知，实验时未考虑注射器前端与橡皮帽连接处的气体。
2 / 34.实验：探究气体等温变化的规律
第1课时　实验：探究气体等温变化的规律
一、等温变化
　一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系。
二、实验思路
　选取一段空气柱作为研究对象，在保证其温度、质量一定的条件下，改变并测量空气柱的体积V，同时测量它在不同体积下的压强p，利用p-图像，分析得出一定质量的气体在温度不变的情况下，p、V之间遵从的规律。
三、实验器材
　带固定架的铁架台，注射器，柱塞（与压强计密封连接），压强计，管塞，刻度尺。
四、实验步骤
1.按照实验原理图组装实验器材。
2.利用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端有管塞，它和活塞一起把一段空气柱封闭。
3.缓慢地向下压或向上拉活塞，由体积标尺读出体积V，由压强计读出对应的压强p。
五、数据分析
1.作p-图像
以压强p为纵坐标，以为横坐标，在坐标纸上描点。如果p-图像中的各点位于过原点的同一条直线上（如图所示），就说明压强p跟成正比，即压强与体积成反比。如果不在同一条直线上，我们再尝试其他关系。
2.实验结论：一定质量的某种气体，在温度保持不变的情况下，其压强p与体积V成反比。其表达式为pV＝常量。
六、注意事项
1.改变气体体积时，要缓慢进行。
2.实验过程中，不要用手接触注射器的外壁。
3.实验前要在活塞上涂抹润滑油。
4.读数时视线要与活塞底面平行。
5.作p-图像时，应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布于直线两侧，偏离太大的点应舍弃掉。
题型一 教材原型实验
【典例1】　在“探究气体等温变化的规律”的实验中，完成下列问题。
（1）实验中的研究对象是　　　　　　　　，实验中应保持不变的参量是　　　　　　，它的体积由　　　　　直接读出，它的压强由　　　　　传感器等计算机辅助系统得到。
（2）某同学在实验中测得的数据在计算机屏幕上显示如表所示，仔细观察“p·V”一栏中的数值，发现越来越小，造成这一现象的原因可能是　　　　。
序号 V/mL p/（×105 Pa） p·V/（×105 Pa·mL）
1 20.0 1.001 0 20.020
2 18.0 1.095 2 19.714
3 16.0 1.231 3 19.701
4 14.0 1.403 0 19.642
5 12.0 1.635 1 19.621
A.实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力越来越大
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.实验时注射器内的气体发生了泄漏
（3）某同学在一次实验中，计算机屏幕显示如图所示，其纵坐标表示封闭气体的压强，则横坐标表示的物理量是封闭气体的　　　　。
A.热力学温度T B.摄氏温度t
C.体积V D.体积的倒数
（4）实验过程中下列哪些操作是错误的　　　　。
A.推拉活塞时，动作要迅速
B.推拉活塞时，动作要缓慢
C.推拉活塞时，手不能握住注射器含有气体的部分
D.活塞与针筒之间要保持气密性
尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　用图甲所示的装置探究气体压强与体积的关系。
（1）实验中，为找到体积与压强的关系，　　　　（选填“需要”或“不需要”）测空气柱的横截面积；
（2）关于该实验的操作，下列说法正确的有　　　　；
A.柱塞上应该涂油
B.应缓慢推拉活塞
C.用手握住注射器推拉活塞
D.注射器必须固定在竖直平面内
（3）测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，以p为纵坐标，为横坐标建立坐标系，在坐标系中描点作图。小明所在的小组不断压缩气体，由测得数据发现p与V的乘积值越来越小，则用上述方法作出的图像应为图乙中的　　　　（选填“①”或“②”）。
题型二 创新拓展实验
【典例2】　如图甲所示，某同学用气体压强传感器探究气体压强与体积的关系，操作步骤如下：
①把注射器活塞推至注射器中间某一位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接；
②移动活塞，记录注射器内气体的体积V，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p；
③重复步骤②，多次测量；
④根据记录的数据，作出V-图线，如图乙所示。
（1）为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　。
（2）理论上，如果V-图线是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，就说明气体的体积跟压强的倒数成正比，即体积与压强成反比。
尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　用如图甲所示的实验装置探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系，在注射器活塞上涂润滑油并插入针管，用细软管将针管小孔与压强传感器连接密封一定质量气体，移动活塞改变气体的体积和压强，气体体积由注射器刻度读取，气体压强由压强传感器读取。
（1）下列说法正确的是　　　　。
A.气体的压强和体积必须用国际单位
B.在活塞上涂润滑油目的只是为减小摩擦力
C.移动活塞应缓慢且不能用手握住注射器
D.若实验中连接传感器和注射器的软管脱落，可以立即接上继续实验
（2）交流实验成果时某同学发现各小组所测的pV乘积并不相同，最主要的原因是　　　　　　　。
（3）某小组实验操作无误，但根据测得的数据作出V-图像不过坐标原点，如图乙所示，图中V0代表　　　　　　　　　　　　的体积。
1.在“用DIS实验系统研究温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”实验中，除需保持气体温度不变外，还需保持气体的　　　不变。通过实验，得出结论：在实验允许的误差范围内，当气体温度保持不变时，气体的压强p与体积V成　　　　比。
2.某同学用如图所示的装置探究气体等温变化的规律。
（1）在实验中，下列哪些操作不是必需的　　　　。
A.用橡胶套密封注射器的下端
B.用游标卡尺测量活塞的直径
C.读取压力表上显示的气压值
D.读取刻度尺上显示的空气柱长度
（2）实验装置用铁架台固定，而不是用手握住玻璃管（或注射器），并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）下列图像中，最能直观反映气体做等温变化的规律的是　　　　。
第1课时　实验：探究气体等温变化的规律
【必备技能·细培养】
【典例1】　（1）封闭在注射器内的气体　温度和质量　注射器　压强　（2）D　（3）D　（4）A
解析：（1）实验中的研究对象是封闭在注射器内的气体，实验中应保持不变的参量是温度和质量；它的体积由注射器直接读出，它的压强由压强传感器等计算机辅助系统得到。
（2）p·V的数值越来越小，造成这一现象的原因可能是气体的质量减小了或者温度降低了，所以可能是实验时注射器内的气体发生了泄漏，故选D。
（3）根据实验结论得p∝，因图像是过原点的直线，则若纵坐标表示封闭气体的压强，则横坐标表示的物理量是封闭气体的，故选D。
（4）推拉活塞时，动作要慢，防止气体温度发生变化，选项A错误，B正确；推拉活塞时，手不能握住注射器含有气体的部分，防止气体温度发生变化，选项C正确；活塞与针筒之间要保持气密性，从而保证质量不变，选项D正确。
素养训练
　（1）不需要　（2）AB　（3）②
解析：（1）由于注射器不同位置处的横截面积相等，所以可用空气柱的长度代替其体积进行计算，故不需要测空气柱的横截面积。
（2）柱塞上涂油，既减小摩擦，又防止漏气，故A正确；若急速推拉活塞，则有可能造成漏气和等温条件的不满足，所以应缓慢推拉活塞，故B正确；手握注射器会造成温度变化，故C错误；压强由压强计测量，不是由竖直方向的平衡条件计算得出，所以不需要竖直放置注射器，故D错误。
（3）由p-图像可知，图像上的点与原点连线的斜率为k＝＝pV，p与V的乘积越来越小，则k越来越小，图像将向下弯曲，图线②是小明组所绘。
【典例2】　（1）在注射器活塞上涂润滑油　移动活塞要缓慢　不能用手握住注射器封闭气体的部分
（2）一条过坐标原点的直线
解析：（1）为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是在注射器活塞上涂润滑油，这样可以保持气密性良好；为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是移动活塞要缓慢，不能用手握住注射器封闭气体的部分，这样能保证装置的温度与外界温度一样。
（2）如果气体的体积跟压强的倒数成正比，即体积与压强成反比，则画出的V-图线是一条过坐标原点的直线。
素养训练
　（1）C　（2）密封的气体质量不同　（3）压强传感器与注射器之间气体
解析：（1）本实验研究气体的压强和体积的比例关系，单位无需统一为国际单位，故A错误；为了防止漏气，应当在注射器活塞上涂润滑油，来增加连接处密封性，故B错误；移动活塞要缓慢，实验时不要用手握住注射器，都是为了保证实验的恒温条件，故C正确；压强传感器与注射器之间的软管脱落后，气体质量变化了，应该重新做实验，故D错误。
（2）交流实验成果时某同学发现各小组所测的pV乘积并不相同，是因为密封的气体质量不同。
（3）理论上根据实验数据画出的V-图线应是过坐标原点的直线，在实际的实验过程中实验操作规范正确，根据实验数据画出如题图乙所示的V-图线不过坐标原点，该图线的方程为V＝k·－V0，说明注射器中的气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验的器材可知，图中V0代表压强传感器与注射器之间气体的体积。
【教学效果·勤检测】
1.质量　反
解析：在“用DIS实验系统研究温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”实验中，要求温度不变，且质量一定，故除需保持气体温度不变外，还需保持气体的质量不变。该实验在实验允许的误差范围内，当气体温度保持不变时，气体的压强p与体积V成反比。
2.（1）B　（2）保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变
（3）C
解析：（1）为了保证气密性，应用橡胶套密封注射器的下端，A需要；由于注射器的直径均匀恒定，根据V＝LS可知体积和空气柱长度成正比，所以只需读取刻度尺上显示的空气柱长度，无需测量直径，B不需要，D需要；为了得知气压的变化情况，需要读取压力表上显示的气压值，C需要。
（2）手温会影响气体的温度，且实验过程中气体压缩太快，温度升高后热量不能快速释放，气体温度会升高，所以这样做的目的是保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变。
（3）当气体做等温变化时，p与V成反比，即p∝，故 p- 图像为直线，所以为了能直观反映p与V成反比的关系，应作p-图像，C正确。
4 / 5(共56张PPT)
第1课时　实验：探究气体等温变化的规律
目 录
01.
基础知识·准落实
02.
必备知识·快突破
03.
教学效果·勤检测
04.
课时训练·提素能
基础知识·准落实
梳理归纳 自主学习
01
一、等温变化
　一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时
的关系。
二、实验思路
　选取一段空气柱作为研究对象，在保证其温度、质量一定的条件下，改变并测量空气柱的体积V，同时测量它在不同体积下的压强p，利用p-图像，分析得出一定质量的气体在温度不变的情况下，p、V
之间遵从的规律。
三、实验器材
　带固定架的铁架台，注射器，柱塞（与压强计密封连接），压强
计，管塞，刻度尺。
四、实验步骤
1. 按照实验原理图组装实验器材。
2. 利用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端有管塞，它和
活塞一起把一段空气柱封闭。
3. 缓慢地向下压或向上拉活塞，由体积标尺读出体积V，由压强计读
出对应的压强p。
五、数据分析
1. 作p-图像
以压强p为纵坐标，以为横坐标，在坐标纸上描点。如果p-图像中的各点位于过原点的同一条直线上（如图所示），就说明压强p
跟成正比，即压强与体积成反比。如果不在同一条直线上，我们再尝试其他关系。
2. 实验结论：一定质量的某种气体，在温度保持不变的情况下，其压
强p与体积V成反比。其表达式为pV＝常量。
六、注意事项
1. 改变气体体积时，要缓慢进行。
2. 实验过程中，不要用手接触注射器的外壁。
3. 实验前要在活塞上涂抹润滑油。
4. 读数时视线要与活塞底面平行。
5. 作p-图像时，应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应
均匀分布于直线两侧，偏离太大的点应舍弃掉。
02
必备技能·细培养
诱思导学 触类旁通
题型一 教材原型实验
【典例1】　在“探究气体等温变化的规律”的实验中，完成下列
问题。
（1）实验中的研究对象是 ，实验中应保
持不变的参量是 ，它的体积由 直接
读出，它的压强由 传感器等计算机辅助系统得到。
封闭在注射器内的气体　
温度和质量　
注射器　
压强　
解析：实验中的研究对象是封闭在注射器内的气体，实验中应保持不变的参量是温度和质量；它的体积由注射器直接读出，它的压强由压强传感器等计算机辅助系统得到。
（2）某同学在实验中测得的数据在计算机屏幕上显示如表所示，仔
细观察“p·V”一栏中的数值，发现越来越小，造成这一现象的
原因可能是 。
D　
序号 V/mL p/（×105 Pa） p·V/（×105 Pa·mL）
1 20.0 1.001 0 20.020
2 18.0 1.095 2 19.714
3 16.0 1.231 3 19.701
4 14.0 1.403 0 19.642
5 12.0 1.635 1 19.621
A. 实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力越来越大
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. 实验时注射器内的气体发生了 泄漏
解析： p·V的数值越来越小，造成这一现象的原因可能是气体的
质量减小了或者温度降低了，所以可能是实验时注射器内的气
体发生了泄漏，故选D。
（3）某同学在一次实验中，计算机屏幕显示如图所示，其纵坐标表
示封闭气体的压强，则横坐标表示的物理量是封闭气体的 。
A. 热力学温度T B. 摄氏温度t
C. 体积V
D　
解析：根据实验结论得p∝，因图像是过原点的直线，则若纵坐
标表示封闭气体的压强，则横坐标表示的物理量是封闭气体的
，故选D。
（4）实验过程中下列哪些操作是错误的 。
A. 推拉活塞时，动作要迅速
B. 推拉活塞时，动作要缓慢
C. 推拉活塞时，手不能握住注射器含有气体的部分
D. 活塞与针筒之间要保持气密性
A　
解析：推拉活塞时，动作要慢，防止气体温度发生变化，选项A
错误，B正确；推拉活塞时，手不能握住注射器含有气体的部
分，防止气体温度发生变化，选项C正确；活塞与针筒之间要保
持气密性，从而保证质量不变，选项D正确。
　用图甲所示的装置探究气体压强与体积的关系。
（1）实验中，为找到体积与压强的关系， （选填“需
要”或“不需要”）测空气柱的横截面积；
解析：由于注射器不同位置处的横截面积相等，所以可用空气柱的长度代替其体积进行计算，故不需要测空气柱的横截面积。
不需要　
（2）关于该实验的操作，下列说法正确的有 ；
A. 柱塞上应该涂油
B. 应缓慢推拉活塞
C. 用手握住注射器推拉活塞
D. 注射器必须固定在竖直平面内
AB　
解析：柱塞上涂油，既减小摩擦，又防止漏气，故A正确；若急速推拉活塞，则有可能造成漏气和等温条件的不满足，所以应缓慢推拉活塞，故B正确；手握注射器会造成温度变化，故C错误；压强由压强计测量，不是由竖直方向的平衡条件计算得出，所以不需要竖直放置注射器，故D错误。
（3）测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，以p为纵坐标，为
横坐标建立坐标系，在坐标系中描点作图。小明所在的小组不
断压缩气体，由测得数据发现p与V的乘积值越来越小，则用上
述方法作出的图像应为图乙中的 （选填“①”或“②”）。
解析：由p-图像可知，图像上的点与原点连线的斜率为k＝＝pV，p与V的乘积越来越小，则k越来越小，图像将向下弯曲，图线②是小明组所绘。
②　
题型二 创新拓展实验
【典例2】　如图甲所示，某同学用气体压强传感器探究气体压强与
体积的关系，操作步骤如下：
①把注射器活塞推至注射器中间某一位置，将注射器与压强传感器、
数据采集器、计算机逐一连接；
②移动活塞，记录注射器内气体的体积V，同时记录对应的由计算机
显示的气体压强值p；
③重复步骤②，多次测量；
④根据记录的数据，作出V-图线，如图乙所示。
（1）为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是
；为了保持封闭气体的温度不变，实
验中采取的主要措施是 和
。
解析：为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是在注射器活塞上涂润滑油，这样可以保持气密性良好；为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是移动活塞要缓慢，不能用手握住注射器封闭气体的部分，这样能保证装置的温度与外界温度一样。
在
注射器活塞上涂润滑油　
移动活塞要缓慢　
不能用手握住
注射器封闭气体的部分　
（2）理论上，如果V-图线是 ，就说明气
体的体积跟压强的倒数成正比，即体积与压强成反比。
解析：如果气体的体积跟压强的倒数成正比，即体积与压
强成反比，则画出的V-图线是一条过坐标原点的直线。
一条过坐标原点的直线　
　用如图甲所示的实验装置探究等温情况下一定质量气体压强与体积
的关系，在注射器活塞上涂润滑油并插入针管，用细软管将针管小孔
与压强传感器连接密封一定质量气体，移动活塞改变气体的体积和压
强，气体体积由注射器刻度读取，气体压强由压强传感器读取。
（1）下列说法正确的是 。
A. 气体的压强和体积必须用国际单位
B. 在活塞上涂润滑油目的只是为减小摩擦力
C. 移动活塞应缓慢且不能用手握住注射器
D. 若实验中连接传感器和注射器的软管脱落，可以立即接上继续实验
C　
解析：本实验研究气体的压强和体积的比例关系，单位无需统一为国际单位，故A错误；为了防止漏气，应当在注射器活塞上涂润滑油，来增加连接处密封性，故B错误；移动活塞要缓慢，实验时不要用手握住注射器，都是为了保证实验的恒温条件，故C正确；压强传感器与注射器之间的软管脱落后，气体质量变化了，应该重新做实验，故D错误。
（2）交流实验成果时某同学发现各小组所测的pV乘积并不相同，最
主要的原因是 。
解析：交流实验成果时某同学发现各小组所测的pV乘积并
不相同，是因为密封的气体质量不同。
密封的气体质量不同
（3）某小组实验操作无误，但根据测得的数据作出V-图像不过坐标
原点，如图乙所示，图中V0代表
的体积。
压强传感器与注射器之间气
体　
解析：理论上根据实验数据画出的V-图线应是过坐标原点的直线，在实际的实验过程中实验操作规范正确，根据实验数据画出如题图乙所示的V-图线不过坐标原点，该图线的方程为V＝k·－V0，说明注射器中的气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验的器材可知，图中V0代表压强传感器与注射器之间气体的体积。
03
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
1. 在“用DIS实验系统研究温度不变时，一定质量的气体压强与体积
的关系”实验中，除需保持气体温度不变外，还需保持气体的
不变。通过实验，得出结论：在实验允许的误差范围内，当气
体温度保持不变时，气体的压强p与体积V成 比。
解析：在“用DIS实验系统研究温度不变时，一定质量的气体
压强与体积的关系”实验中，要求温度不变，且质量一定，故
除需保持气体温度不变外，还需保持气体的质量不变。该实验
在实验允许的误差范围内，当气体温度保持不变时，气体的压
强p与体积V成反比。
质
量　
反　
2. 某同学用如图所示的装置探究气体等温变化的规律。
（1）在实验中，下列哪些操作不是必需的 。
A. 用橡胶套密封注射器的下端
B. 用游标卡尺测量活塞的直径
C. 读取压力表上显示的气压值
D. 读取刻度尺上显示的空气柱长度
B　
解析：为了保证气密性，应用橡胶套密封注射器的下端，A需要；由于注射器的直径均匀恒定，根据V＝LS可知体积和空气柱长度成正比，所以只需读取刻度尺上显示的空气柱长度，无需测量直径，B不需要，D需要；为了得知气压的变化情况，需要读取压力表上显示的气压值，C需要。
（2）实验装置用铁架台固定，而不是用手握住玻璃管（或注射
器），并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的
是 。
解析：手温会影响气体的温度，且实验过程中气体压缩太快，温度升高后热量不能快速释放，气体温度会升高，所以这样做的目的是保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变。
保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变
（3）下列图像中，最能直观反映气体做等温变化的规律的是 。
C
解析：当气体做等温变化时，p与V成反比，即p∝，故p-图像为直线，所以为了能直观反映p与V成反比的关系，应作p-图像，C正确。
04
课时训练·提素能
分层达标 素养提升
1. 某实验小组用如图（a）所示的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. 实验前应将注射器内的空气完全排出
B. 空气柱体积变化应尽可能的快些
C. 空气柱的压强随体积的减小而减小
D　
1
2
3
4
5
解析：实验是以注射器内的空气为研究对象，所以实验前注射器内的空气不能完全排出，故A错误；空气柱的体积变化不能太快，要缓慢移动注射器活塞保证气体温度不变，故B错误；气体发生等温变化，空气柱的压强随体积的减小而增大，故C错误；p-图像是一条倾斜的直线，作出p-的图像可以直观反映出p与V的关系，故D正确。
1
2
3
4
5
（2）图（b）是甲、乙两同学在实验中得到的p-图像，若两人实
验时均操作无误且选取的坐标标度相同，那么两图线斜率不
同的主要原因是 。
气体的质量或温度不同
解析：根据p-图像可知，如果温度相同，则说明两次气体质量不同，如果气体质量相同则两次温度不同。
1
2
3
4
5
2. 采用探究气体等温变化的规律的实验装置中的主要器材——针管及
其附件，来测定大气压强的值，实验步骤如下。
（1）将针管水平固定，拔下橡皮帽，向右将活塞从针管中抽出；
（2）用天平称出活塞与固定在其上的支架的总质量为M；
（3）用游标卡尺测出活塞直径d；
（4）再将活塞插入针管中，保持针管中有一定质量的气体，并盖上橡皮帽，此时，从针管上可读出气柱体积为V1，如图所示；
1
2
3
4
5
（5）将弹簧测力计挂钩钩在活塞支架上，向右水平缓慢拉动活塞
到一定位置，此时，弹簧测力计读数为F，气柱体积为V2。
试用以上各步骤中直接测量的数据，写出大气压强的最终表
达式：p0＝ 。本实验中实验步骤
是多余的。
　
（2）　
1
2
3
4
5
解析：设开始时气体的压强为p0，向右水平缓慢拉动活塞到
一定位置，弹簧测力计读数为F时气体的压强设为p1，则有
p1＝p0－＝p0－＝p0－
该过程中温度不变，由公式p0V1＝p1V2
整理得p0＝
由上式可知，大气压强与活塞及固定在其上的支架的总质量
无关，所以步骤（2）是多余的。
1
2
3
4
5
3. 某同学设计了如图甲所示的装置来探究“气体温度不变时压强
随体积变化规律”的实验，注射器导热性能良好，用橡皮帽和
活塞在注射器内封闭一定质量的理想气体。质量不计的细绳跨
过滑轮，一端系到活塞上，调节滑轮的高度，使左侧细绳拉直
时能保持水平，另一端可以挂钩码。实
验时，在细绳的下端依次挂上质量相同的
0钩码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，并能求
出对应气体的压强p。已知注射器的最大
体积为Vm，刻度全长为L，大气压强为p0，
每个钩码的质量为m，重力加速度为g。
1
2
3
4
5
（1）关于本实验的操作，下列说法正确的是 。
A. 为减小误差，每挂上一个钩码后，应平衡后再读出体积
B. 挂钩码时，为了防止注射器脱落，应用手紧紧握住注射器
C. 实验前，应将活塞上涂抹润滑油，并来回拉动几次
D. 实验时必须测出封闭气体的温度
AC　
1
2
3
4
5
解析：每挂上一个钩码后，平衡后，待封闭气体的体积不再发生变化，再读出体积，可以减小误差，故A正确；挂钩码时，不能用手紧紧握住注射器，因为手的温度会改变封闭气体的温度，使测量结果不准确，故B错误；实验前，应将活塞上涂抹润滑油，并来回拉动几次，可以增加密封性，也可以减小摩擦带来的误差，故C正确；注射器不隔热，所以实验时封闭气体的温度与外界温度相同，气体做等温变化，不需要测量温度，故D错误。
1
2
3
4
5
（2）若在某次实验中细绳上所挂钩码个数为n，则平衡后对应气体
的压强为 （用题目中已知量表示）。
解析：由平衡关系可得nmg＋p＝p0
可得p＝p0－。
p0－　
1
2
3
4
5
（3）该同学根据测得气体的体积和对应的压强，作出了V-图像，
如图乙所示，图线不过原点，则纵坐标b代表
；体积增大到一定值后，图线开始偏离直线，可能是
由于气体温度 （填“升高”或“降低”）；也可能
是由于装置气密性导致气体质量 （填“增大”或
“减小”）。
橡皮帽内气体
体积　
升高　
增大　
1
2
3
4
5
解析：实验操作规范，图线不过原点，则b代表注射器橡皮帽内气体的体积；由公式pV＝C中常量C随气体温度的升高而增大可知若体积增大到一定值后，图线开始偏离直线，向上偏离，斜率变大，说明可能是温度升高；公式中的常量C与气体质量有关，斜率变大，也可能是由于装置气密性差导致气体质量增大。
1
2
3
4
5
4. 实验小组同学探究气体压强与体积的关系，设计了如图所示的装
置，实验步骤如下：
①将圆柱体密闭容器装水以封闭气体，上方连接压强传感器可测封
闭气体压强，左端有出水控制开关；
②不计容器的厚度，以容器下表面为零刻线，通过刻度尺读取容器
的高度H和水面所在位置h；
③出水控制开关打开一小段时间后关闭，获取封闭气体压强p和液面所在位置h数据，重复实验步骤获得几组数据；
④将各组数据在坐标纸上描点，绘制图像，得出气体压强与体积的关系。
1
2
3
4
5
完成下列填空：
（1）实验中所研究的对象是封闭气体，应保持不变的物理量
是 。
解析：实验中所研究的对象是封闭气体，应保持不变的物理量是气体的温度。
温度　　
1
2
3
4
5
（2）实验时，为判断气体压强与体积的关系， （选填
“需要”或“不需要”）测出容器的横截面积。
解析：根据p1（H－h1）S＝p2
（H－h2）S可得，p1（H－h1）＝p2
（H－h2），则实验时，为判断气体
压强与体积的关系，不需要测出容器
的横截面积。
不需要　
1
2
3
4
5
（3）为直观反映压强与体积之间的关系，若以空气柱压强p为纵坐
标，则应以 为横坐标在坐标系中描点作图。（用H、
h表达）
解析：要验证的关系为pV＝C，
即p（H－h）S＝C，则p＝·，则
为直观反映压强与体积之间的关系，
若以空气柱压强p为纵坐标，则应以
为横坐标在坐标系中描点作图。
　
1
2
3
4
5
5. 某实验小组用如图甲所示的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）实验时，为判断气体压强与体积的关系， （选填“需要”或“不需要”）测出空气柱的横截面积。
不需要　
1
2
3
4
5
解析：设气体初状态压强为p1，空气柱的长度为L1，气体末状态的压强为p2，空气柱长度为L2，空气柱的横截面积为S，根据玻意耳定律得p1L1S＝p2L2S，所以实验需要验证p1L1＝p2L2，故实验不需要测量空气柱的横截面积。
1
2
3
4
5
（2）实验中空气柱体积变化缓慢，可认为温度保持不变。为了直
观地判断压强p与体积V的数量关系，应作出 （选填
“p-V”或“p-”）图像。
解析：实验中空气柱体积变化缓慢，可认为温度保持不变。为了直观地判断压强p与体积V的数量关系，应作出p-图像，其是一条倾斜的直线。
p-　
1
2
3
4
5
（3）他们进行了两次实验，其中一组得到的p-V图像如图乙所示，
由图乙可知两次实验气体的温度大小关系为T1 T2（选
填“＜”“＞”或“＝”）；另一小组根据实验数据作出的
V-图线如图丙所示，若他们的实验操作无误，造成图线不过
原点的原因可能是
。
＞　
试管中的气体的体积小于实际的封闭气
体的体积，即实验时未考虑注射器前端与橡皮帽连接处的气体
1
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解析：由图乙可知两次实验气体的温度大小关系为T1＞T2；另一小组根据实验数据作出V-图线如图丙所示，若他们的实验操作无误，造成图线不过原点的原因可能是试管中的气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验器材可知，实验时未考虑注射器前端与橡皮帽连接处的气体。
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