《2025年通成学典课时作业本高中物理选择性必修第三册人教版》

4. (2024·山西太原三模)某物理小组利用图甲所示的器材探究气体等温变化的规律。
(1)利用控制变量法进行研究。用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭。在实验过程中，一方面让空气柱内气体的不变；另一方面，让空气柱的变化不要太快，保证空气柱的不发生明显的变化。
(2)需要测量空气柱的长度和空气柱的压强，具体操作如下：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就是它的体积；空气柱的压强可以从与注射器内空气柱相连的读取。
(3)把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据。若绘制的$p - V$图像类似于双曲线(如图乙)，进一步通过图像来检验这个猜想，再以$p$为纵坐标，以为横坐标，把采集的各组数据在坐标纸上描点。如果图像中的各点位于过原点的同一条直线上，就说明质量和温度相同时。
(4)实验中测出了注射器内封闭气体的几组压强$p$和体积$V$的值后，用$p$作纵轴，$\frac{1}{V}$作横轴，画出$p - \frac{1}{V}$图像如图丙实线所示，图像出现弯曲的原因可能是。


A. 实验过程中气体温度升高
B. 实验过程中气体温度降低
C. 实验过程中堵住注射孔的橡胶套漏气
D. 在计算压强时，没有计入由于柱塞和框架的重力引起的压强

答案： 4.
(1)质量 体积 温度
(2)乘积 压力表
(3)$\frac{1}{V}$ 被封闭气体的压强与气体的体积成反比
(4)BC
解析:
(1)实验目的是探究气体等温变化的规律，在实验过程中需要保证空气柱内气体的质量不变，另一方面，为了保证气体的温度不发生明显的变化，所以空气柱的体积不能变化太快。
(2)空气柱的长度与横截面积的乘积就是被封闭气体的体积，空气柱的压强可以从与注射器内空气柱相连的压力表上读取。
(3)若绘制的$p - V$图像类似于双曲线，进一步通过图像来检验这个猜想，再以$p$为纵坐标，$\frac{1}{V}$为横坐标，把采集的各组数据在坐标纸上描点。如果图像中的各点位于过原点的同一条直线上，就说明质量和温度相同时被封闭气体的压强与气体的体积成反比，即$pV$乘积为一常数。
(4)图像向下弯曲，$pV$乘积减小，可能是实验过程中有漏气现象，可能是实验过程中气体温度降低。

5. (2025·山东师范大学附属中学期中)某同学用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系，实验装置如图甲所示，实验中通过注射器示数读出气体体积$V$，用气压传感器记录气体压强$p$。

(1)关于本实验过程中的说法正确的是D。
A. 推拉活塞时，为了读数准确，动作要快
B. 推拉活塞时，为了稳定，手要握住注射器筒
C. 气压传感器与注射器之间的软管脱落后，应立即重新接上，继续实验并记录数据
D. 活塞和针筒之间的摩擦并不影响压强的测量
(2)某同学在做实验时，按实验要求组装好实验装置，然后按实验要求推动活塞，使注射器内空气体积发生变化，实验数据如表所示，请在图乙中作出$V$与$\frac{1}{p}$的关系图像。


(3)本实验中，可以由$V$与$\frac{1}{p}$的关系图像验证气体等温变化时$p$与$V$的关系，其依据是正比。
(4)由于在实验中未考虑软管中气体的体积，实验结果有一定的误差，此误差属于系统误差 (选填“系统误差”或“偶然误差”)。
(5)由图像可以求得软管中气体的体积为1.1 $mL$。(结果保留两位有效数字)

答案：
5.
(1)D
(2)见解析图
(3)正比
(4)系统误差
(5)1.1
解析:
(1)推拉活塞时，动作要慢，使气体温度与环境温度保持一致，选项A错误;推拉活塞时，手不能握住注射器，防止对其起加热作用，选项B错误;气压传感器与注射器之间的软管脱落后，气体质量变化，需重新实验，选项C错误;活塞和针筒之间的摩擦并不影响压强的测量，选项D正确。
(2)将表格中的数据在坐标轴中描出来，然后用直线连接起来，连线的时候，使尽可能多的点分布在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，图像如图所示。

(3)当温度不变时，一定质量的气体压强$p$与体积$V$的乘积是一个常数，则有$pV = C$，即$V = \frac{1}{p}C$，可得$V$与$\frac{1}{p}$成正比。
(4)由于在实验中未考虑软管中气体的体积，体积的读数值总是比实际值小，有一定的误差，此误差属于系统误差。
(5)设软管中气体的体积为$V_0$，由图可知体积的读数值比实际值小$V_0$，根据玻意耳定律可得$p(V + V_0)=C$，则有$V = \frac{C}{p} - V_0$，可知软管中气体的体积为图线的纵轴截距，由图像可得$V_0 = 0.358×\frac{18 - 6}{0.963 - 0.358} mL - 6 mL ≈ 1.1 mL$。