《2025年金版新学案高中物理选择性必修第三册人教版》

例4（2025·湖南长沙市高二月考）如图甲是“用DIS研究在温度不变时，一定质量气体的压强与体积的关系”的实验装置。主要步骤如下：
①将压强传感器调零；
②在柱塞上均匀涂抹润滑油，把柱塞移至注射器满刻度处；
③逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器、计算机；
④推动柱塞，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)为了保持封闭气体的温度恒定，下列措施可行的是C。
A.注射器必须固定在竖直平面内
B.用手握住注射器推拉柱塞
C.缓慢推动柱塞
(2)小明所在的小组不断压缩气体，由测得数据绘制图像如图乙所示，发现$p - \frac{1}{V}$图线的上端出现了一小段弯曲，产生这一现象的可能原因是存在漏气现象(或周围环境温度降低)（答一种情况即可）。
(3)另一小组实验时，记录了4组注射器上的刻度数值$V$，以及相应的压强传感器示数$p$。在采集第5组数据时，压强传感器的软管脱落，重新接上后继续实验，又采集了4组数据，其余操作无误。该小组绘出的$V - \frac{1}{p}$关系图像应是D。

答案： 例4
(1)C
(2)存在漏气现象(或周围环境温度降低)
(3)D
解析：
(1)注射器是否固定在竖直平面内，与保持温度恒定无关，故A错误；手握住注射器推拉柱塞会造成温度变化，B错误；若急速推拉柱塞，则有可能造成漏气和温度变化，所以应缓慢推拉柱塞，C正确。故选C。
$(2)p-\frac{1}{V}$图像的斜率减小，导致这一现象的原因可能是注射器存在漏气现象(或周围环境温度降低)。
(3)测量时，注射器与压强传感器连接部分气体的体积$V_0$未计入，纵轴存在截距$-V_0；$软管脱落后，气体向外漏出，p的测量值偏小，相应的横坐标$\frac{1}{p}$偏大，但$V-\frac{1}{p}$图像的延长线与纵轴的交点仍为$-V_0，$故前后两条线相交在纵轴上同一点。故选D。

针对练.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。在注射器柱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的气体，移动柱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B。
A.气体的压强和体积必须用国际单位
B.移动柱塞应缓慢且不能用手握住注射器
C.若实验中连接传感器和注射器的细软管脱落，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$p$、$V$乘积并不相同，最主要的原因是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$V - \frac{1}{p}$图像不过坐标原点，如图乙所示，图中$V_0$代表细软管内气体的体积。

答案： 针对练.
(1)B
(2)密封的气体质量不同
(3)细软管内气体
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；移动柱塞要缓慢，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B正确；压强传感器与注射器之间的细软管脱落后，气体质量变化了，应该重新做实验，故C错误。
(2)各小组所测的p、V乘积不相同，最主要的原因是密封的气体质量不同。
(3)若实际的实验过程中实验操作无误，根据实验数据作出如题图乙所示的$V-\frac{1}{p}$图线不过坐标原点，该图线的方程为$V=k · \frac{1}{p}-V_0，$说明注射器中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，题图乙中$V_0$代表细软管内气体的体积。