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微专题101 气体实验定律的应用 实验：探究等温情况下
一定质量气体压强与体积的关系
1．能用力的平衡和连通器原理求解固体封闭和液体封闭气体的压强。2.分析气体的状态变
化和初、末状态的三个状态参量(温度、体积、压强)，确定气体遵循的规律，选择合适的公
式求解。3.对变质量问题要注意研究对象的选取(部分气体或全部气体)。4.掌握实验原理和
实验方法。
1．(多选)(2023·云南大理阶段练习)“⊥”形且上端开口的玻璃管如图甲所示，管内有一部
分水银封住密闭气体，上管足够长，图中粗管部分的横截面积为S1＝2 cm2。封闭气体初始
温度为57℃，气体长度L＝22 cm，图乙为对封闭气体缓慢加热过程中气体压强随体积变化
的图线，下列说法正确的是( )
A．封闭气体在初始状态的压强为80 cmHg
B．封闭气体在初始状态的压强为82 cmHg
C．若缓慢升高气体温度，升高到302 K 时可将所有水银全部压入细管内
D．若缓慢升高气体温度，升高到369 K 时可将所有水银全部压入细管内
答案 AD
解析 初始状态封闭气体的体积V1＝LS1＝44 cm3，温度T1＝(273＋57) K＝330 K，根据图乙
可知，封闭气体在初始状态的压强为p1＝80 cmHg，故A 正确，B 错误；
当水银柱全部进入细管后，继续升高温度，气体将做等压变化，由图乙可知，当所有水银全
部进入细管内时，封闭气体的压强p2＝82 cmHg，体积V2＝48 cm3，由理想气体状态方程＝，
代入数据解得T2＝369 K，故C 错误，D 正确。
2. (2023·河北邢台市阶段练习)一圆柱形绝热汽缸水平固定，开口向右，底部透明，横截面
积为S。汽缸内的两隔板a、b 将汽缸分成Ⅰ、Ⅱ两室，其中隔板a 绝热，隔板b 导热，隔板
可在汽缸内无摩擦地移动。b 的右侧与水平弹簧相连。初始时，弹簧处于拉伸状态，两室内
均封闭有体积为V0、温度为T0的理想气体。现用红外线对Ⅰ室底部进行照射，隔板缓慢移
动。稳定后，b 隔板向右移动了。已知大气压强为p0，环境温度保持不变，照射前、后弹簧
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的弹力大小均为，弹簧始终处在弹性限度内。则a 隔板向右移动的距离为Δx 为( )
A. B. C. D.
答案 D
解析 由平衡条件知Ⅰ、Ⅱ两室气体压强始终相等，设加热前后两室气体的压强分别为p1、
p2。由于加热前后弹簧弹力大小相等，设弹簧弹力为F，对于b 隔板，加热前有p1S＋F＝
p0S，加热后有p2S＝p0S＋F，a 隔板向右移动的距离Δx＝，Ⅱ室气体体积V2＝V0＋V0－V1
＋，Ⅱ室气体发生等温变化，由玻意耳定律，有p1V0＝p2V2，联立解得Δx＝，故选D。
3．某实验小组用注射器和压强传感器探究一定质量的气体发生等温变化时遵循的规律，实
验装置如图所示。用活塞和注射器外筒封闭一定的气体，其压强可由左侧的压强传感器测得。
(1)关于该实验，下列说法正确的是________。
A．该实验用控制变量法研究气体的变化规律
B．实验时注射器必须水平放置
C．注射器内部的橫截面积没必要测量
D．注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，可以不标注单位
(2)进行实验操作时，不能推拉活塞过快，其原因是________。
(3)该实验小组首先在甲实验室进行了实验，下表为记录的实验数据，其中有一次记录的实
验数据错误，记录错误的是________(填错误数据对应的实验序号)。
实验序号
1
2
3
4
5
封闭气柱长度L(cm)
12.00
11.00
10.00
9.00
8.00
封闭气柱压强p(×105
Pa)
1.01
1.09
1.19
1.33
1.90
(4)该实验小组又利用同一装置对同一封闭气体在另一温度稍高的乙实验室进行了实验，根
据甲、乙实验室记录的数据用正确的方法画出的p－图像如图所示，根据乙实验室记录数据
画出的图像应为________(填图线代号)。
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答案 (1)ACD (2)防止封闭气体温度发生改变 (3)5 (4)①
解析 (1)该实验过程中控制气体的温度不变，即运用了控制变量法；实验时注射器如何放
置对实验结果没有影响；实验中要探究的是压强与体积之间的比例关系，所以不需要测量气
体的体积，注射器内部的横截面积没有必要测量；注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，
便于等量地改变体积，可以不标注单位，故选A、C、D；
(2)如果活塞推拉过快，气体的温度将产生显著的变化，实验误差将增大；
(3)由实验数据可知气柱长度与气柱压强的乘积基本恒定，前四组数据，乘积在11.9～12.2
之间，第5 组数据的乘积较大，为15.2，说明第5 组数据记录错误；
(4)气体压强与气体的温度有关，一定质量的气体，在相同体积下，温度越高，压强越大，
故图像①是在温度稍高的乙实验室中测量获得的。
4. (2023·黑龙江齐齐哈尔市模拟)如图所示，气窑是以可燃性气体为能源对陶瓷泥坯进行升
温烧结的一种设备。某次烧制前，封闭在窑内的气体压强为p0，温度为室温。为避免窑内气
压过高，窑上有一个单向排气阀，当窑内气压达到2p0时，窑内气体温度为327 ℃，单向排
气阀开始排气。开始排气后，气窑内气体维持压强为2p0不变，窑内气体温度均匀且逐渐升
高，需要的烧制温度恒定为927 ℃。求：
(1)烧制前封闭在窑内气体的温度；
(2)本次烧制排出的气体占原有气体质量的比例。
答案 (1)300 K (2)
解析 (1)对封闭在气窑内的气体，排气前体积不变，其中T2＝t2＋273 K＝600 K
由查理定律可得＝
解得T1＝300 K
(2)烧制时气窑内气体维持2p0压强不变，温度恒定为927 ℃，则
T3＝t3＋273＝1 200 K
由盖—吕萨克定律可得＝
解得V3＝2V0
本次烧制排出的气体占原有气体质量的比例为＝＝。
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5. (2023·四川绵阳市阶段练习)如图所示，粗细均匀的“T”型导热玻璃管中装有水银，竖直
管中水银柱长为10 cm，水平管内的水银足够多，A 段封闭气柱长为5 cm，B 段封闭气柱长
为10 cm，大气压强为75 cmHg，环境温度为300 K。求：
(1)将玻璃管绕水平管缓慢转过90°至“T”型玻璃管水平，稳定时竖直管中水银液面移动的
距离；
(2)若不转动，要使竖直管中的水银液面移动与(1)问中相同的距离，需将环境温度升到多少？
答案 (1)2 cm (2)348 K
解析 (1)开始时，封闭气体的压强为p1＝10 cmHg＋75 cmHg＝85 cmHg，转过90°以后，封
闭气体的压强为p2＝75 cmHg，对A 段封闭气柱，根据玻意耳定律有p1LAS＝p2LA′S，解得
LA′＝ cm，对B 段封闭气柱，根据玻意耳定律有p1LBS＝p2LB′S，解得LB′＝ cm。因此
竖直玻璃管中水银液面移动的距离为x＝LA′＋LB′－LA－LB＝2 cm
(2)设升高后的温度为T2，升温后气体的压强为p3＝10 cmHg＋2 cmHg＋75 cmHg＝87 cmHg
根据理想气体状态方程，对A 段封闭气柱有＝，对B 段封闭气柱有＝，由于LA″－LA＋LB″
－LB＝2 cm，解得T2＝348 K。
6．(2024·河北沧州市南皮县第一中学阶段练习)我国已强制要求在售新车安装胎压监测系统，
如图所示为某车胎压监测界面，图中胎压的单位为bar(1 bar＝0.987 atm)。夏季某司机将汽
车停在树荫下，左前轮由于未在树荫下经太阳暴晒后温度上升到47℃，压强上升到3.0
bar，司机认为轮胎气压过高影响安全。快速放出了适量气体，此时胎压监测显示的胎压为
2.0 bar、温度为37 ℃，已知左前轮轮胎内的气体体积为20 L，设轮胎内部体积始终保持不
变，气体视为理想气体。已知T＝(t＋273) K。
(1)求放出气体的质量与原来气体的质量之比；
(2)放气后司机发现胎压(2.0 bar)较低，又用充气泵将压强为0.5 bar 的气体充入左前轮使其和
其他三个轮胎胎压(2.5 bar)相同，忽略充气时轮胎内温度及轮胎体积的变化，求充气泵充入
轮胎内气体的体积。
答案 (1) (2)20 L
解析 (1)设轮胎内部体积为V0，假设将原来内部压强为3.0 bar、温度为47 ℃的气体全部变
成压强为2.0 bar、温度为37 ℃的气体，此时体积为V，则由理想气体方程有＝，代入数据
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得V＝V0
故放出气体的质量与原来气体质量的比为＝＝
(2)对充气前轮胎内的气体，初态压强及体积为p1＝2.0 bar，V1＝20 L，末态压强p2＝2.5
bar，充气泵充入气体的压强p3＝0.5 bar，体积为V2，由玻意耳定律得p1V1＋p3V2＝
p2V1，解得V2＝20 L。
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