热学实验（解析版）-2025年高考物理二轮复习

专题27热学实验

考邮型归”

一、油膜法测分子直径的实验.........................2

、探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系....6

1

专题一油膜法测分子直径的实验

1.(2025•全国•二模)某同学用如图所示实验装置设计了“验证角速度和质量一定时，向心

力大小与圆周运动半径的关系”实验，小球P、。质量相同，两不等长细绳。、6一端分别与

小球相连，另一端分别与固定在竖直细杆上的力传感器相连，转动细杆，稳定后，小球尸和

小球。做匀速圆周运动，读出力传感器的示数片和耳。

ba

Q(3°P

(1)本实验采用的物理方法与下列实验中相同的是O

A.探究加速度与力、质量的关系

B.探究力的合成规律

C.用油膜法估测分子的大小

(2)为完成实验，需要测量的物理量为o

A.细绳。、6的长度4和4B.小球的质量冽C.小球转动一周所需的时间，

(3)测出需要测量的物理量后，若得到的数据在误差范围内满足关系式(用测量量和已

知量表示)，则可说明角速度和质量一定时，向心力大小与半径成正比。

(4)若仅将两小球换为质量不同的小球，则用该实验装置_____(选填“可以”或“不可以”)进

行“验证角速度和半径一定时，向心力大小与质量的关系”实验。

【答案】⑴A

⑵A

(3)E，2=F2k

⑷不可以

【详解】(1)本实验采用了控制变量法。

A.探究加速度与力、质量的关系实验也采用了控制变量法，故A正确；

B.探究力的合成规律实验采用了等效替代法，故B错误；

2

C.用油膜法估测分子的大小实验采用了近似替代法，故c错误；

故选Ao

(2)验证角速度和质量一定时，向心力大小与圆周运动半径的关系，需测量出转动半径，

故需要测量的是细绳。、6的长度4和4。

故选Ao

(3)设细绳长度为/,连接小球的细绳与竖直方向间的夹角为6,小球做圆周运动的半径为

『，细绳上的拉力为尸，对某小球进行受力分析，则有

sin0=-

I

若角速度和质量一定时，向心力大小与半径成正比，则有

Fxsin9Xrx

F2sin02r2

可得

(4)仅将两小球换为质量不同的小球时，需保证两小球做圆周运动的半径、角速度相同，

向心力大小与质量成正比，则有

片sinml

F2sin02m2

^=cos3

F

结合上述分析可知，两侧e相等，半径要相等，此时有4=4,故若仅将两小球换为质量不

同的小球，不可以进行“验证角速度和半径一定时，向心力大小与质量的关系”实验。

2.(2021・广东江门•二模)在一种粗测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：

A.取油酸1mL注入250mL的量杯内，然后向杯中加入酒精，直到液面达到250mL的刻度

为止，并使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液。用滴管吸取制得的油酸酒精溶液,

逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1mL为止，恰好共滴了100滴

C.在水盘内注入蒸储水，静置后用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒

精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一油膜

D.测得此油膜的面积为8xl02cm2

(1)这种粗测油酸分子大小的方法叫做油膜法测分子大小，让油酸尽可能地在水面上散开，

使其形成单层油膜。如果把分子看作球形，这层油膜的厚度可视为油酸分子的O

3

（2）利用相关数据可求得油酸分子直径为mo（取一位有效数字）

【答案】（1）直径

（2）5x10-1°

【详解】（1）让油酸尽可能地在水面上散开，使其形成单层油膜。如果把分子看作球形，这

层油膜的厚度可视为油酸分子的直径。

（2）一滴酒精油酸溶液中含纯油酸的体积为

=—X—xl0-6m3=4xl0-11m3

250100

则油酸分子直径为

4xl0-u

m=5xl0~'°m

8X102X10-4

3.（2024•河北邯郸•二模）做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。

（1）下列实验步骤的正确顺序是（填写实验步骤前的序号）。

A.往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的排子粉均匀地

撒在水面上

B.用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定

C.将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积，根据油酸的体

积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小

D.用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一

定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再根据油酸酒精溶液的浓度计

算出油酸的体积

E.将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上

（2）实验中，体积为匕的所用油酸酒精溶液中纯油酸的体积为匕，用注射器和量筒测得"滴

上述溶液的体积为％,把一滴该溶液滴入盛水的撒有排子粉的浅盘中，待水面稳定后，得

到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中每个小正方形的边长为“，则油酸薄膜的面积

S=;可求得油酸分子的直径为（用匕、匕、乂、〃、S表示）。

4

(3)某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大，可能是因为o

A.计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格

B.水面上狒子粉撒得太多，油膜没有充分展开

C.用注射器和量筒测外体积溶液滴数时多记录了几滴

【答案】⑴DABEC

⑵7SVX

(3)AB

【详解】(1)实验过程应先用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记

下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再根据油酸酒精

溶液的浓度计算出油酸的体积，后往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳

定后将适量的琲子粉均匀地撒在水面上，再用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水

面上，待薄膜形状稳定，随后将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃

板上，最后将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积。根据油酸的

体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小。即实验步骤的正确顺序是DABEC。

(2)根据数格子的办法，多于半格算一格，少于半格舍去，油膜的总格数为71格，则油膜

总面积为

S=lla2

由于所用油酸酒精溶液每匕体积溶液中有纯油酸体积匕，则溶液的浓度为

用注射器和量筒测得体积为弓的上述溶液有“滴，则一滴溶液中纯油酸的体积为

V=^x

n

油酸分子直径为

5

联立解得

"Mi

(3)A.计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，导致油膜面积测量值偏小，根据

可知油酸分子直径测量值偏大，故A正确;

B.水面上瘴子粉撒得太多，油膜没有充分展开，导致油膜面积测量值偏小，根据

d=l

可知油酸分子直径测量值偏大，故B正确;

C.用注射器和量筒测％体积溶液滴数时多记录了几滴，导致油酸体积测量值偏小，根据

可知油酸分子直径测量值偏小，故C错误。

故选ABo

专题二探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

4.(2024・浙江•二模)用图所示装置完成“探究气体等温变化的规律”实验

1□

4

4m

31

E2l

2a_『

r一_

一E0_l

(1)下列说法正确的是一

A.实验时需要用手扶住注射器外壁

B.实验时缓慢地向上拉或向下压柱塞，是为了尽量减小注射器与柱塞间的摩擦

C.封闭一定质量的气体时，先要摘除橡胶套，拉动柱塞使之移到适当位置后，再用橡

6

胶套封闭注射器的注射孔

（2）某实验小组进行了两次规范的实验，并由记录的数据作出了『一忆图像，如图甲、乙图线

所示。若两次实验气体的质量一定，则气体温度7sTz；若两次实验气体的温度不变，

则气体质量加单mz（两空均选填或"="）。

【答案】（1）C

⑵>>

【详解】（1）[1]A.实验时为防止温度发生变化，不能用手握注射器推拉柱塞，故A错误;

B.实验时缓慢地向上拉或向下压柱塞，是为了防止温度发生变化，故B错误；

C.在封闭一定质量的气体时，要先摘除橡胶套，拉动柱塞使之移到适当位置后，再用橡胶

套封闭注射器的注射孔，故C正确。

故选C。

（2）[1]在小忆图象中，根据

叱"

T

可得

pV=CT

即离坐标原点越远的等温线温度越高，故

T甲>/乙

⑵由克拉珀龙方程

m

pV=­RT

式中机是气体的质量，M是摩尔质量，R是摩尔气体常量，可知在相同情况下，当温度T

不变时，所选气体的质量加越大，夕/值越大，可知

m尹>加乙

5.（2023•山东•高考真题）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，托盘中放入祛码，待气体状态稳定后，记录气体

7

压强。和体积/(等于注射器示数4与塑料管容积△%之和)，逐次增加祛码质量，采集多

组数据并作出拟合曲线如图乙所示。

1p/(xlO3pa)

十

220-L十

—

d-X-L十-rZ

-u

-G-t-T-T--

—

1-十

r

u.-!I

200uv十

壬r

v'壬

HuI(

180二T-r

二S-k

E

I—

二-

T-fr

f+-c

160

140

1-壬

—

120

1005060708090W0~.

-(xlO-3mL-')

图乙

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O

A.。与/成正比B.。与程成正比

(2)若气体被压缩到忆=10.0mL,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△忆，则在计算P%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。的增大而(填

“增大’或"减小”)。

【答案】B2.04xlO5增大

【详解】(1)[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，。与成正比。

故选B。

(2)[2]若气体被压缩到忆=10.0mL,则有

-=—mL-1=100xl0-3mL-1

V10.0

由图乙可读出封闭气体压强为

n=2.04xl0sPa

8

（3）[3]某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了AK,则在计算P%乘积时，根据

p(70+A7)-p70=pA7

可知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。的增大而增大。

6.（2024・安徽•二模）某同学用图示实验装置探究一定质量的气体等温变化的规律。将注射

器水平固定，由于没有压强传感器，于是他把活塞和压力传感器相连，可测出移动活塞时,

传感器对活塞的压力F,然后把注射器活塞移动到体积最大的位置，并用橡皮帽封闭注射器

右侧的细管。在温度不变的条件下缓慢移动活塞压缩气体并记录多组压力/和体积%的值,

假设活塞受到的摩擦可忽略不计。

（1）甲同学想通过作出的图像探究等温变化的规律，则还需要测量的物理量有：（）

A.气体的温度B.注射器的内径C.大气压强D.被封闭气体的质量

（2）乙同学根据实验数据作出尸-：的图像如图，已知图像的斜率为上图像与纵轴交点的纵

坐标的绝对值为从假设注射器内的气体的状态变化遵循玻意耳定律，若细管内气体体积可

忽略，则气体刚被封闭时的体积为（用左和6表示）；若细管内气体体积不可忽略,

则随着的增大，尸图像的斜率（选填：变大、变小、不变）。

【详解】（1）设大气压强为A,被封闭气体的横截面积为S,对活塞有

pS=pQS+F

9

F

气体压强为2=p0+不

若要做p-5的图像，还需要测量气柱的横截面积和大气压，横截面积可以通过测量注射器

的内径计算得出。

故选BCo

(2)[1]设气体刚封闭时，气体体积为乂，此时的压强为A,细管内的体积忽略不计，由玻

意耳定律得A%>

整理得尸=旦/一205

则

k=P0V0S

b=P0S

Y

[2]若细管内的气体体积不可忽略，设细管内的体积为A%,由玻意耳定律得

(PO+/}V+AV)=C(C为定值)

整理得

*CS1

一彳厂厂加上增大时，图像斜率在变小。

vv

7.(2024・安徽合肥•二模)如图甲所示，用一个带有刻度的注射器及计算机辅助系统来探究

气体压强与体积的关系，实验中所研究的对象是封闭在注射器内的气体，保持温度和气体质

量不变，从注射器刻度直接读出它的体积，它的压强由压强传感器等计算机辅助系统得到。