文档文本内容
高考实验解读与针对性训练
实验24 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
【实验解读】
一、教材实验解读
实验思路与实验器材
实验操作
注意事项
1.实验思路
利用注射器封闭一段空气柱
作为研究对象，在温度不变
的情况下，测量气体在不同
体积时的压强，再分析气体
压强与体积的关系
2.物理量的测量
(1)空气柱的体积:空气柱的
长度可以通过刻度尺读取，
空气柱的长度与横截面积的
乘积就是体积。
(2)空气柱的压强:从与注射
器内空气柱相连的压力表读
取。
3.实验器材
带铁夹的铁架台，注射器，
柱塞(与压力表密封连接)，
压力表，橡胶套，刻度尺。
1.安装器材(如图)
2.注射器两端有柱塞和橡胶套，管内
密封一段空气柱，这段空气柱就是
研究对象。在实验过程中，我们可
以近似认为空气柱的质量和温度不
变。
3.将柱塞向下压，选取几个位置，同
时读出刻度尺读数与压强，记录数
据。
4.将柱塞向上拉，选取几个位置，同
时读出刻度尺读数与压强，记录数
据。在该实验中，由于我们可以直
接用刻度尺读数作为空气柱体积，
故无需测量空气柱的横截面积。
1. 适用条件
是温度保持
不变，所以
操作要缓
慢，不能用
手握住注射
器，才能保
证温度不
变。
2. 要等到示
数稳定之
后，再去读
数。
3. 研究对象
为一定质量
的气体，防
止漏气。
1.以压强p 为纵坐标，以体积V 为横坐标建立p－V 坐标系，画出气体等温
变化的p－V 图像，由于图像是曲线，不能说明压强与体积成反比。
2.以压强p 为纵坐标，以体积的倒数1
V 为横坐标，建立p－ 1
V 坐标系，画
出气体等温变化的p－1
V 图像，图像是过原点的倾斜直线，说明压强与体积
成反比。
二、拓展创新实验
.高考启示
高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情景。
因此，要在夯实教材实验的基础上注意迁移和创新能力的培养，善于用教材中
实验的原理、方法和技巧处理新问题。
实验器材创新：压力表改为压强传感器。
实验目的创新：探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系改为探究等压
情况下一定质量气体温度与体积的关系，探究等容情况下一定质量气体压强与
温度的关系。
【高考典例】
【典例1】.(2024·上海卷，一－2)如图所示，注射器内装有封闭的空气，与温度
传感器一起浸在装有热水的烧杯中。在水自然冷却的过程中，每隔一定时间记
录一组体积与温度的值，得到气体体积与温度的关系图像。
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.实验前测量并记录大气压强
B.实验前测量并记录环境温度
C.待温度传感器示数稳定后读数
D.实验过程中保持液面时刻处于活塞以上
答案 ①A ②D
解析 ①根据题意可知，本实验为“探究气体等压变化的规律”，所以由盖－
吕萨克定律有V
T ＝k(k 为常量)可知V＝kT，又根据T＝(t＋273.15) K，有V＝k(t
＋273.15)，所以V－T 图像为一条倾斜直线，且其反向延长线过坐标原点，V－t
图像为一条倾斜直线，且其反向延长线不过坐标原点，A 正确，B、C、D 错误。
②本实验为“探究气体等压变化的规律”，所以只需要保证密闭气体的压强不
变，即保证大气压强不变即可，不需要记录室内大气压，A 不符合题意;因为密
闭气体的温度等于水的温度，与室内温度无关，所以不需要记录室内的温度，
B 不符合题意;因为热水的温度在不断降低，最终与室内温度相同，所以如果待
温度传感器示数稳定后再读数，那么最终读取的数据只有一组，即室内温度与
对应的气体体积，无法画出气体体积与温度的关系图像，C 不符合题意;为了保
证密闭气体的温度时刻等于水的温度，即为了使记录的封闭气体的温度尽可能
准确，实验过程中活塞应时刻处于液面以下，D 正确。
【典例2】(2023·山东卷，13)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p 和体积V(等于注射器示数
V0与塑料管容积ΔV 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)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.p 与V 成正比
B.p 与1
V 成正比
(2)若气体被压缩到V＝10.0 mL，由图乙可读出封闭气体压强为 Pa(保
留3 位有效数字)。
(3)某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了ΔV，则在计算pV 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p 的增大
而 (选填“增大”或“减小”)。
答案 (1)B (2)2.04×105 (3)增大
解析 (1)在实验误差允许范围内，题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，p 与1
V 成正比，故选B。
(2)若气体被压缩到V＝10.0 mL，则有1
V ＝
1
10.0 mL－1＝100×10－3 mL－1，由
题图乙可读出封闭气体压强为p＝2.04×105 Pa。
(3)某组同学进行实验时，正确记录数据时为p(V0＋ΔV)，一同学在记录数据时
漏掉了ΔV，该数据记为pV0，则计算结果之差的绝对值为p(V0＋ΔV)－pV0＝
pΔV，由于ΔV 为定值，可知随p 的增大计算结果之差的绝对值会增大。
【针对性训练】
1.（2023·江苏高考9 题）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
【答案】.B
【解析】探究气体等温变化规律，要求气体质量一定，橡胶套可确保密封良好，C、D 错误；
缓慢移动柱塞，保持气体温度不变，A 错误，B 正确。
2.(2025·河北石家庄月考)某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)该同学测得封闭气体的压强p 和体积V 的多组数据，在坐标系中描点作图，
作出的图线如图乙所示，由图可知该同学选用的横轴为 。图线后半段
向上弯曲可能的原因是 。
A.改变气体体积时推拉柱塞速度过快
B.推拉柱塞时，手握住注射器含有气体的部分
C.实验中有漏气现象
D.环境温度降低
(2)该小组改进了实验操作，避免了上述问题，同时为能更准确地测出气体的压
强，直接用软管连通注射器和压强传感器，测得多组封闭气体的压强p 和体积
V 的数据后。作出1
p－V 图像如图丙所示。图线不过原点的原因可能是
(写出一条即可)。
答案 (1) 1
V (或体积的倒数) AB
(2)没有考虑连接注射器和传感器的软管中的气体(其他答案合理均可)
解析 (1)根据玻意耳定律有pV＝C，则有p＝C· 1
V ，题图乙中图线的前半部分
为过原点的倾斜的直线，可知该同学选用的横轴为1
V ;根据理想气体状态方程
pV
T ＝C 可知p＝CT 1
V ，则p－ 1
V 图线应是一条过原点的倾斜直线，图线后半段
向上弯曲，图线上的点与原点连线的斜率增大，表明气体温度升高了。实验中
如果有漏气现象，图线会向下弯曲。故选A、B。
(2)根据图像可知，当体积为0 时，压强的倒数不为0，表明实际上有一部分气
体没有考虑，可知图线不过原点的原因是没有考虑连接注射器和传感器的软管
中的气体。
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
次挂上质量相等的钩码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，应在活塞上涂上润滑油，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－1
p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 (选填“升高”或“降低”);也可
能是由于装置气密性不好导致气体质量 (选填“增大”或“减小”)。
答案 (1)AC (2)p0－nmgL
V m (3)橡皮帽内气体体积 升高 增大
解析 (1)每挂上一个钩码，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，应在活
塞上涂上润滑油，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＋pV m
L ＝p0
V m
L ，可得p＝p0－nmgL
V m 。
(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pV
T
＝C 可知V＝CT 1
p，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C 与气体质量有关，斜率变大，也可能
是由于装置气密性不好导致气体质量增大。
4 .如图为“研究一定质量气体在体积不变的条件下，压强与温度的关系”的实
验装置示意图。粗细均匀的弯曲玻璃管A 管插入烧瓶中，B 管与玻璃管C 下部
用橡胶管连接，C 管开口向上，一定质量的气体被水银封闭于烧瓶内。开始时，
B、C 内的水银面等高。
(1)此实验中作为研究对象的气体是 (选填①烧瓶中的气体;②烧瓶和
A、B 管中的气体;③B、C 下面橡胶管中的气体)。若气体温度升高，为使瓶内
气体的体积不变，应将C 管 (选填“向上”或“向下”)移动，直至B
内的水银面回到原位置。
(2)实验中使所研究气体的体积不变，多次改变气体温度，用Δt 表示气体升高的
摄氏温度，用p 表示气体压强。根据测量数据作出的图线是 。
(3)某同学还想用此实验验证玻意耳定律，在保证温度不变的情况下，寻找体积
和压强满足的关系，现在不知道大气压强的具体数值，但大气压强可视为不变，
也无法直接测出气体的体积和B 管的内径，但该同学通过分析还是可以验证玻
意耳定律。
①保证温度不变的方法是 (选填“保持实验环境温度不变”“移动C 管
要迅速”或“测量数据要快”)。
②初始时，B、C 管中水银面等高，然后向上移动C 管，测量B 管中水银面比
初始状态水银面上升了h，此时，B、C 管中水银面的高度差为Δh，在h 和Δh
都很小的情况下(即Δh·h＝0)，只要h 和Δh 满足 关系就可以验证玻意
耳定律。
答案 (1)② 向上 (2)C
(3)①保持实验环境温度不变 ②C
解析 (1)由题可知，实验中是研究烧瓶和A、B 管中的气体在体积不变的条件
下，压强与温度的关系，故选②;若气体温度升高，为保证气体的体积不变，则
气体压强应增大，所以应将C 管向上移动，直至B 内的水银面回到原位置。
(2)气体的体积不变，设初状态压强为p1，温度为T1，气体升高的摄氏温度与升
高的热力学温度相等，则有ΔT＝Δt，由p1
T 1
＝
p
T 1＋ΔT
，可得p＝p1＋p1
T 1
·ΔT＝p1
＋p1
T 1
·Δt，故C 正确。
(3)①烧瓶可与外界进行热传递，所以要保持实验环境温度不变，缓慢移动C 管，
稳定后再测量数据。
②设玻璃管的横截面积为S，气体做等温变化，有p0V0＝p1V1，末状态压强p1＝
p0＋ρgΔh
体积V1＝V0－hS
代入上式有p0V0＝(p0＋ρgΔh)(V0－hS)
在h、Δh 都很小的情况下，即Δh·h＝0， 化简得
h＝V 0
p0 S
ρgΔh，故C 正确，A、B、D 错误。
5 .某同学设计了如图甲所示的装置来探究“温度不变时气体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
细绳跨过定滑轮，一端系到活塞上，左侧细绳拉直时保持水平，另一端可以挂钩码。实验
时，在细绳的下端依次挂上质量相等的钩码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，应在活塞上涂上润滑油，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- 1
p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 （选填“升高”或“降低”）；也可能是由于装置气密性不好导致气体
质量 （选填“增大”或“减小”）。
【答案】.（1）AC （2）p0－nmgL
V m
（3）橡皮帽内气体体积 升高 增大
解析：（1）每挂上一个钩码，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，应在活塞上涂上润滑油，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）对活塞，由平衡条件可得nmg＋pV m
L
＝p0V m
L
，
可得p＝p0－nmgL
V m
。
（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pV
T ＝C 可
知V＝1
p CT，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C 与气体质量成正比，斜率变大，也可能是由于装置气密性不好导
致气体质量增大。
6.图甲是某实验小组利用气体压强传感器探究“温度不变时，一定质量的气体压强与体积
的关系”的实验装置。
（1）主要操作步骤如下，请补充缺失的内容：
①用注射器封闭一定质量的空气，将注射器与压强传感器连接；
②从 读取并记录气体的体积V，同时从 读取并记录对应的气体压强值p；
③缓慢推动（或拉动）活塞，再记录一组V 和p 的值；
④重复上述步骤③，多次测量。
（2）用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线如图乙所示，根据绘制的p-V 图线，
（选填“能”或“不能”）直观判断空气柱的压强与体积成反比。
（3）该小组测得封闭气体的压强p 和体积V 的多组数据，在坐标系中描点作图，作出的图
线如图丙所示。
①由图丙可知该小组选用的横轴为 ；
②图线后半段向上弯曲的原因可能是 。
A.改变气体体积时推动活塞速度过快
B.推动活塞时，手握住注射器含有气体的部分
C.推动活塞时有漏气现象
D.环境温度降低
【答案】.（1）注射器刻度 压强传感器 （2）不能 （3）①1
V ②AB
解析：（1）根据题图甲可知，应从注射器刻度读取并记录气体的体积V，同时从压强传感
器读取并记录对应的气体压强值p。
（2）根据绘制的p-V 图线，不能直观判断空气柱的压强与体积成反比，原因是p-V 图线是
曲线，只能猜想p 与V 成反比，需要将曲线转化为直线进一步检验。
（3）①根据玻意耳定律有pV＝C，则有p＝C· 1
V ，题图丙中图像的前一部分为过原点的倾
斜的直线，可知该小组选用的横轴为1
V 。
②若改变气体体积时推动活塞速度过快，外界对封闭气体快速做功，因缺少充分的热交换
封闭气体温度升高，与缓慢推动活塞到同一位置相比，所测气体压强会偏高，则随着1
V 的
增大，图线向上弯曲，A 正确；推动活塞时，手握住注射器含有气体的部分，人体的温度
高于封闭气体的温度，导致封闭气体温度升高，与正确操作并推动活塞到同一位置相比，
所测气体压强会偏高，则随着1
V 的增大，图线向上弯曲，B 正确；若推动活塞时有漏气现
象，与正确操作并推动活塞到同一位置，且无漏气现象相比，气体的质量减小，则所测气
体压强减小，即随着1
V 的增大，压强偏小，则图线向下弯曲，C 错误；若环境温度降低，
则导致气体温度降低，图线上的点与原点连线的斜率减小，图线向下弯曲，D 错误。
7.如图所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，将注射器活塞移动到适当的位
置，逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器和计算机。推、拉活塞，改变注射器内气
体体积，根据注射器针筒上的刻度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，实验模拟系统即可按要求显示出
各种图线。
（1）关于该实验，下列说法正确的是 。
A.为方便推拉活塞，可以用手握住注射器
B.实验中气体的压强和体积都可以通过数据采集器获得
C.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
D.实验过程中要以较快的速度推拉活塞，以免操作动作慢使空气柱的质量发生改变
（2）根据玻意耳定律，p-V 图线理论上是一条 （选填“抛物线”“双曲线”或
“倾斜直线”），所以无法从输出的p-V 图线中直观地反映出p 与V 的关系，但是我们可
以输出p- 1
V 或V- 1
p 图线，下面能正确反映它们之间关系的是 （注射器与压强传感
器连接处软管的体积不能忽略）。
（3）某同学想利用该装置测量出一个不规则形状小石块的体积，在连接器材时，他将小石
块放进注射器针筒内，然后按规范的操作完成实验，输出的V- 1
p 图线如图所示，已知注射
器与压强传感器连接软管的体积为Va，则小石块的体积为 。
【答案】.（1）C （2）双曲线 BD （3）Va＋Vb
解析：（1）为避免温度发生变化，不能用手握住注射器，故A 错误；实验中气体体积不是
通过数据采集器获得的，故B 错误；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，故C 正确；为避免温度发生变化，实验过程中不能以较快的速度推拉活塞，故
D 错误。
（2）根据玻意耳定律pV＝C，可知p-V 图线理论上是一条双曲线；根据p（V＋V0）＝C，
可得p＝
C
V ＋V 0
＜C
V ，由于在使注射器内空气体积逐渐减小的过程中，压强增加，但实际
增加得偏小，所以p- 1
V 图像的图形向下弯曲，所以画出的p- 1
V 图像应当是D；注射器与压
强传感器连接处软管的体积不能忽略，根据V＝C 1
p －V0，所以V- 1
p 的图像应为B。
（3）根据玻意耳定律有p（V＋Va－V 石）＝C
变形可得V＝1
p C＋V 石－Va
根据V- 1
p 图像可知石头的体积为V 石＝Va＋Vb。
