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实验 19 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
1.学会探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系.
2.会用图像法处理实验数据．
1．实验器材：注射器、橡胶套、压力表(如图所示)
2．实验数据的获取
空气的压强p可以从仪器上方的压力表读出，空气柱的长度 l可以在玻璃管侧的刻度尺上读出，空气柱的
长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.
把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读出空气柱的长度与压强的几组数据．
3．实验数据的处理
在等温过程中，气体的压强和体积的关系在p－V图像中呈现为双曲线的一支，如图甲所示．处理实验数
据时，要通过变换，即画p－图像，把双曲线变为直线，说明p和V成反比，如图乙所示．这是科学研究
中常用的数据处理的方法，因为一次函数反映的物理规律比较直接，容易得出相关的对实验研究有用的参
数．
4．实验结论
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强 p与体积V成反比，所以p－V图线是双曲线的一支，
但不同温度下的图线是不同的．如图是一定质量的气体分别在T 、T 温度下等温变化的p－V图线，其中
1 2温度较高的是T.
2
5．注意事项
(1)本实验应用控制变量法，探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温过程)，气体的压强和体积的关系．
(2)为保证等温变化，实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位．同时，改变体积过程应缓慢，以免影
响密闭气体的温度．为保证气体密闭，应在活塞与注射器内壁间涂上润滑油，注射器内外气体的压强差不
宜过大．
【典例1】（2022·全国·高三课时练习）某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）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，若以p为纵坐标，
则应以________为横坐标在坐标系中描点作图，作出的图线如图乙所示。
（3）实验过程中，下列操作正确的是________。
A．改变气体体积时应快速推拉活塞
B．推拉活塞时，手不能握住注射器含有气体的部分
C．实验前应先利用天平测量出注射器活塞及压力表的总质量
（4）为能更准确地测出气体的压强，某同学直接用软管连通注射器和另一压强传感器（测量压强更准
确），如图丁所示。用（2）中方法作出的图线如图丙所示，而该图线不过原点，为减小这一实验误差，请写出一条改进建议：
________。
【典例2】（2022·上海市杨浦高级中学模拟预测）如图（a）是研究一定质量的气体在体积不变的时候，
其压强与温度关系的实验装置。与压强传感器相连的试管内装有密闭的空气和温度传感器的热敏元件。将
试管放在大烧杯的凉水中，逐次加入热水并搅拌，通过计算机记录并处理数据。
（1）开始实验时，压强传感器__________（选填“需要”或者“不需要”）调零；
（2）计算机屏幕显示如图（b）的压强p与摄氏温度t的关系图像，图线与p轴的交点I为
____________________的压强。另一组同学在相同环境下采用不同容积的试管做实验，获得的 关系图
像与图（b）相比，两组图像的斜率__________（选填“相同”或“不同”），且都经过图（b）中的
__________点；
（3）温度传感器中的热敏元件用金属铂制成，在 范围内其电阻值 随温度t变化的线性关系如
图（c）所示。温度传感器的测温原理是通过测量与电阻值成正比、比例系数为k的电压值U来显示温度值，
则 ____________________。
【典例3】（2022·上海嘉定·二模）用如图甲所示的装置研究“温度不变时，一定质量的气体压强与体积的
关系”实验，操作步骤如下：①将压强传感器调零；
②在活塞上均匀涂抹润滑油，把活塞移至注射器适当刻度处；
③逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器、计算机；
④推动活塞，记录多组注射器内气体的体积V，以及相应的压强传感器示数p。
（1）请改正以上步骤中的不妥之处：__________；
（2）实验操作中，活塞上均匀涂抹润滑油，主要目的是为了__________；推动活塞时要缓慢，原因是
_______；
（3）图乙给出的是一次标准、正确实验操作得到的p-V图像，小明在操作过程中，误将手一直握住注射器
的筒壁，猜想小明实验可能得到的p-V图像，并在图中用虚线画出_______；
（4）小明注意操作细节后重新实验，作出p-V图像，如图乙所示，能否根据绘制的图线直接得到气体压强
和体积的关系？如果能，请说明是什么关系；如果不能，请简单说明处理方法。_________。
【典例4】（2022·北京·101中学三模）用如图装置验证等温状态下气体的实验定律，已知压力表通过细管
与注射器内的空气柱相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。
（1）甲同学实验中，测得的实验数据如下表所示，仔细观察“ ”一栏中的数值，发现越来越小，造
成这一现象的可能原因是______；
序号 V（mL） p（×105Pa） （×105Pa·mL）1 20.0 1.0010 20.020
2 18.0 1.0952 19.714
3 16.0 1.2313 19.701
4 14.0 1.4030 19.642
5 12.0 1.6351 19.621
A．推动活塞时，动作过快
B．实验时外界大气压强发生了变化
C．实验时注射器内的气体向外发生了泄漏
（2）乙同学在实验中操作规范，读数正确，经描点连线得V− 图，图像是一条倾斜直线，分析其未过坐
标原点的最可能的原因______________。
【典例5】（2022·海南·模拟预测）（1）某同学应用如图1所示的装置做“探究气体等温变化的规律”的
实验。设计了如下的实验步骤，其中有错误的步骤是______（填步骤前的数字序号）．
①利用注射器选取一段空气柱为研究对象，保持气体的质量和温度不变．
②把柱塞快速地向下压或向上拉，读取空气柱的长度l（可得到空气柱体积V）与压强p的几组数据．
③作出 图像。
④改变空气柱或环境温度，重复实验。
若图像中的各点位于过原点的同一条直线上，说明一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体
积成_______（填“正比”或“反比”）。图2是该同学在不同环境温度下，对同一段空气柱实验，得出的
两条等温线a和b，对应的温度分别为 、 ，则 _______ （填“>”“=”或“<”）。
【典例6】（2022·全国·高三课时练习）下图为某同学做“用 研究温度不变时气体的压强跟体积的关
系”实验示意图，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。实验完成后，
计算机屏幕上显示出如图所示的 图线（其中实线是实验所得图线，虚线为一根参考双曲线）。（1）在实验操作过程中，要采取以下做法：______________是为了保证实验的恒温条件。（填入相应的
字母代号）
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 D．在注射器活塞一周涂润滑油
（2）仔细观察不难发现，该图线与玻意耳定律不够吻合，造成这一现象的可能原因是：___________。
（填入相应的字母代号）
A．环境温度逐渐升高 B．环境温度逐渐降低
（3）实验时，缓慢推动活塞，注射器内空气体积逐渐减小．过程中该同学发现，环境温度逐渐降低，则
实验得到的 图象应是______________。
A． B． C． D．
