第50讲 热学实验（复习讲义）（安徽专用）（教师版）

第50讲热学实验目录TOC\o"1-4"\h\z\u01考情解码·命题预警 102体系构建·思维可视 301核心突破·靶向攻坚 4考点一用油膜法估测油酸分子的大小 4知识点1基本原理与操作 4知识点2数据处理 5知识点3注意事项与误差 5考向1原理与操作 5考向2数据处理与误差分析 7考点二探究气体压强与体积的关系 11知识点1基本原理与操作 11知识点2数据处理与误差分析 12考向1基本原理与操作 12考向2数据处理与误差分析 1504真题溯源·考向感知 18

考点要求考频2025年2024年2023年用油膜法估测油酸分子的大小探究等温情况下一定质量的气体压强与体积的关系理解低频\\\考情分析：1.命题形式：单选题非选择题2.命题分析：安徽高考对用油膜法估测油酸分子的大小这个实验的考查近三年没有,对探究等温情况下一定质量的气体压强与体积的关系这个实验的考查近几年频度不是太高，考查多在原型实验的所用原理的基础之上，通过创新实验的方式予以考查。3.备考建议：1.理解和掌握用油膜法估测油酸分子的大小实验原理，并会做出必要的误差分析2.理解和掌握探究等温情况下一定质量的气体压强与体积的关系实验原理，并会做出必要的误差分析。3、能够在原型实验基础上，通过对实验的改进或者创新，做出同类探究。4.命题情境：温度计的使用与校准，比较不同物质的导热性能，观察热膨胀现象等；5.常用方法：图像法、控制变量法复习目标：1.知道油膜法估测油酸分子的大小的原理。2.掌握用油膜法估测油酸分子的大小的方法。3.学会探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系。考点一用油膜法估测油酸分子的大小知识点1基本原理与操作1、实验原理把1滴油酸酒精溶液滴在水面上，水面上会形成一层油膜，油膜是由单层油酸分子中的烃基C17H33-组成．把分子简化为球形处理，并认为它们紧密排布，测出油膜的厚度d，它就相当于分子的直径，即油酸分子的直径等于1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V与它在水面上摊开的面积S之比，如图所示．2、实验器材配制好的一定浓度的油酸酒精溶液、浅盘、水、爽身粉(或细石膏粉)、注射器、烧杯、玻璃板、彩笔、坐标纸．3、物理量的测量1．测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V.(1)配制一定浓度的油酸酒精溶液．(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积，再把它一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数．(3)用它们的总体积除以总滴数，得到1滴油酸酒精溶液的体积．(4)根据溶液浓度计算其所含纯油酸的体积V.2．测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S.(1)在浅盘里盛上水，一只手捏住盛有爽身粉的布袋，另一只手拍打，将爽身粉均匀地撒在水面上．(2)用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液形成一块有轮廓的油膜．(3)待油膜形状稳定后，将事先准备好的带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下薄膜的形状．(4)根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个．(5)把正方形的个数乘单个正方形的面积就得到油膜的面积S.知识点2数据处理1．计算一滴溶液中油酸的体积：V＝eq\f(kV0,N)(mL)。V0为N滴油酸酒精溶液的体积，k为油酸的浓度。2．计算油膜的面积S：以边长为1cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，大于半个的算一个，不足半个的舍去。3．计算油酸分子的直径：d＝eq\f(V,S)(注意单位统一)。知识点3注意事项与误差1．注射器针头高出水面的高度应在1cm之内，当针头靠水面很近(溶液滴下之前)时，会发现针头下方的粉层已被排开，这是针头中酒精挥发所致，不影响实验效果。2．待测油酸薄膜扩散后又会收缩，要在油酸薄膜的形状稳定后再画轮廓。扩散后又收缩有两个原因：①水面受溶液液滴冲击凹陷后又恢复；②酒精挥发后液面收缩。3．当重做实验时，将水从浅盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样做可保持浅盘的清洁。4．本实验只要求估测油酸分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可。误差分析：1．纯油酸体积的计算引起误差。2．油膜面积的计算造成误差。3．油膜形状的边界画线造成误差。4．油酸酒精溶液浓度的改变造成误差。考向1原理与操作例1（2025·安徽·高考模拟训练三）在做“用油膜法估测分子直径的大小”的实验中：(1)下列有关该实验的说法正确的是___________；A．滴入液滴时要使滴管离水面尽可能高一些B．待水面稳定后再将痱子粉均匀地撒在水面上C．为简化操作步骤，可直接用纯油酸做实验(2)在实验中，取体积为V1的纯油酸用酒精稀释，配成体积为V2的油酸酒精溶液。现将体积为V0的一滴油酸酒精溶液滴在水面上，稳定后油膜的面积为S。由数据可知油酸分子的直径d=（用V1、V2、V0、S表示）；(3)水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，会使所测的分子直径。（填“偏大”或“偏小”）【答案】(1)B(2)(3)偏大【详解】（1）A．滴入液滴时要使滴管离水面尽可能低一些，A错误；B．待水面稳定后再将痱子粉均匀地撒在水面上，B正确；C．纯油酸不能形成单分子油膜，所以不可直接用纯油酸做实验，C错误。故选B.（2）溶液的浓度为，体积为V0的一滴油酸酒精溶液中油酸的体积为油酸分子的直径为解得（3）水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，油膜面积偏小，根据，会使所测的分子直径偏大。【变式训练】（2025·湖南常德一中·高考模拟）在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，小红将的纯油酸配制成的油酸酒精溶液，用注射器测得溶液为80滴。(1)某次实验，小红把1滴该溶液滴入撒有痱子粉的盛水浅盘，待液面稳定后，呈现出如图所示的“锯齿”边沿图样，出现该图样的可能原因是___________；A．浅盘中装的水量过多B．油酸酒精溶液滴得过少C．油酸酒精溶液放置时间过久D．痱子粉撒得太多，且厚度不均匀(2)小红调整后再次实验，把1滴该溶液滴入撒有痱子粉的盛水浅盘，待液面稳定后，将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油酸膜的轮廓，其形状如图所示，坐标方格中正方形的边长为，油膜所占坐标纸的格数约为50个，由此可估测出油酸分子的直径是m(保留一位有效数字)；(3)若阿伏加德罗常数为，油酸的摩尔质量为M，油酸的密度为。则下列说法正确的是_________。A．油酸所含有分子数为 B．油酸所含分子数为C．单个油酸分子的质量为 D．油酸分子的直径约为【答案】(1)D(2)(3)BC【详解】（1）油酸酒精溶液滴得过少，只会使形成的油膜面积较小；油酸酒精溶液放置时间过久，只会使溶液浓度发生变化；浅盘中装的水量过多等均不是“锯齿”边沿的形成原因；而痱子粉撒得太多，且厚度不均匀，会使油酸在水面上扩散时受到的阻力不均匀，导致呈现出“锯齿”边沿图样。故选D。（2）滴入浅盘中的纯油酸体积为膜所占坐标纸的格数约为50个，油膜的面积为油分子直径m；（3）A．1kg油酸所含有分子数为，故A错误；B．1m3油酸所含分子数为，故B正确；C．1个油酸分子的质量为故C正确；D．设油酸分子的直径为d，则有，解得，故D错误。故选BC。考向2数据处理与误差分析例2（24-25高三下·安徽六安一中·模拟预测）（1）如图1反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的4个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是（用符号表示）；（2）在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每1000mL溶液中有0.6mL油酸。用注射器测得1mL上述溶液有75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，画出油膜的形状。如图2所示，坐标纸中正方形方格的边长为1cm，试求：①油酸膜的面积是cm2：②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是，③按以上实验数据估测出油酸分子的直径是m。（结果保留两位有效数字）（3）若阿伏加德罗常数为NA，油酸的摩尔质量为M。油酸的密度为。则下列说法正确的是。A．1kg油酸所含有分子数为B．油酸所含分子数为C．1个油酸分子的质量为

D．油酸分子的直径约为【答案】bcadB【详解】（1）[1]用“用油膜法估测分子的大小”的实验步骤为：配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径。因此操作先后顺序排列应是bcad。（2）①[2]图中油膜中大约有个小方格，则油酸膜的面积为②[3]每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为③[4]油酸分子的直径为（3）[5]A．1kg油酸所含有分子数为故A错误；B．油酸所含分子数为故B正确；C．1个油酸分子的质量为故C错误；D．设油酸分子的直径为，则有解得故D错误。故选B。【变式训练】油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中含有油酸，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大的盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图所示。若每一小方格的边长为25mm，试问：(1)该实验体现了理想化模型的思想，实验中我们的理想假设有。A．把油酸分子视为球形B．油酸在水面上充分散开形成单分子油膜C．油酸分子是紧挨着的没有空隙D．油酸不溶于水(2)图中油酸膜的面积为根据上述数据，估测出油酸分子的直径是m。结果保留两位有效数字(3)某同学实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比较，数据偏大，对出现这种结果的原因，下列说法中可能正确的是。A．水面上痱子粉撒得较多，油酸膜没有充分展开B．计算油酸膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理C．在向量筒中滴入1mL油酸酒精溶液时，滴数多记了几滴D．错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算【答案】(1)ABC(2)(3)AD【详解】（1）A．把油酸分子视为球形，是理想化模型，故A正确；B．油酸在水面上充分散开形成单分子油膜，是理想化模型，故B正确；C．油酸分子是紧挨着的没有空隙，是理想化模型，故C正确；D．油酸不溶于水，不是理想化模型，故D错误。故选ABC。（2）[1]不足半格，则舍去，超过半格，当作一格，由题图可知油膜约占70个小格，则面积为[2]一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为则油酸分子的直径为（3）某同学实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比较，数据偏大，根据A．水面上痱子粉撒得较多，油酸膜没有充分展开，则油膜测量值偏小，使得油酸分子的直径计算结果偏大，故A正确；B．计算油酸膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理，则油膜测量值偏大，使得油酸分子的直径计算结果偏小，故B错误；C．在向量筒中滴入1mL油酸酒精溶液时，滴数多记了几滴，则一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积测量值偏小，使得油酸分子的直径计算结果偏小，故C错误；D．错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算，则一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积测量值偏大，使得油酸分子的直径计算结果偏大，故D正确。故选AD。考点二探究气体压强与体积的关系知识点1基本原理与操作原理装置图保持环境温度不变，缓慢改变活塞位置，读出每次气压计的读数和空气柱的长度(计算出气体体积)操作要领(1)测量注射器活塞的直径d，计算其横截面积S＝eq\f(πd2,4)。(2)按实验原理图安装好仪器。(3)使活塞处于适当的位置，安装好橡胶套，密封一定质量的空气。(4)待活塞稳定时，由气压计读出注射器内空气的压强p，从注射器的刻度上直接读出注射器内空气柱的长度L，计算出空气柱的体积V＝SL，并记录到设计好的表格内。(5)保持温度不变，把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度(计算出空气柱对应的体积)与压强的几组数据，并记录到设计好的表格内。(6)实验完毕，整理实验仪器知识点2数据处理与误差分析1.以压强p为纵坐标、以体积V为横坐标作出p-V图像，如图甲所示，图像呈现为双曲线的一支；再以体积的倒数eq\f(1,V)为横坐标作出p-eq\f(1,V)图像，如图乙所示，把双曲线变为直线，说明p和V成反比。注意事项：1．为保证气体密闭，应在活塞与注射器壁间涂上润滑油。2．为保持气体温度不变，实验过程中不要用手握住注射器有密闭气体的部位；同时，应缓慢改变气体体积。3．注射器内外气体的压强差不宜过大。4．在等温过程中，气体的p-V图像呈现为双曲线，不便确定p与V的关系，要通过坐标变换，画p-eq\f(1,V)图像，把双曲线变为直线，以方便判断p和V成反比。误差分析：1．橡胶套密封不严会使空气柱的质量变化引起误差。2．实验过程环境温度变化、柱塞向下压或向上拉得过快会使空气柱的温度变化引起误差。3．活塞直径的测量、空气柱长度的测量、气压计的读数等引起的误差。考向1基本原理与操作例1（24-25高三下·安徽合肥一中·素养拓展八）某实验小组利用如图甲所示的装置来探究一定质量的理想气体在温度保持不变的条件下气体压强与体积的关系。实验中气体的质量保持不变，气体的体积可从注射器旁的刻度尺直接读出，气体的压强由压强传感器精确测定。(1)关于该实验下列说法正确的是_____。A．推拉活塞时，动作要快，以免气体进入或漏出B．要用手握住注射器主管以保持其稳定C．在活塞与注射器壁间涂上润滑油主要是为了减小摩擦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)为了探究气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律，实验小组的同学分别进行了两次实验，得到的图像如图乙所示，由图可知两次实验气体的温度大小关系为（填“<”“=”或“>”）。(3)某同学想利用此装置来测定一颗形状不规则的小物体的体积，主要实验步骤为：将不规则物体放入注射器内；注射器活塞推至适当位置，然后将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机连接；多次移动活塞，记录注射器的体积刻度以及压强传感器的读数。①根据实验测量数据，不考虑压强传感器和注射器连接处软管存在一定容积，作出的图像可能是图丙中的（填“”“B”或“C”）；②若正确图像的延长线与横、纵轴的交点坐标值分别是、，已知传感器和注射器连接处的塑料管容积为，则小物体的体积为（用题中已知物理量的字母表示）。【答案】(1)D(2)>(3)A【详解】（1）A．实验中为了使气体能够做等温变化，改变气体体积应缓慢推拉活塞，如果快速推拉活塞，将会导致注射器内气体的温度发生变化，故A错误；B．推拉活塞时不可用手握住注射器，否则会使气体温度发生变化，故B错误；C．活塞上涂油是为了防止漏气，确保气体的质量不变，并不是为了减小摩擦，故C错误；D．由于气体的体积，注射器的横截面积不变，注射器旁的刻度尺如果刻度分布均匀，可以用气柱的长度来间接表示体积，可以不标注单位，故D正确。故选D。（2）由理想气体状态方程变形得结合图乙可知，当体积一定时，温度高则压强大，则。（3）[1]设小物体的体积为，由理想气体方程得化简得因为温度不变，图像应该是倾斜的直线，且纵截距为正，所以A图线正确，故填A。[2]考虑传感器和注射器连接处的塑料管里的部分气体体积为V0，则根据玻意耳定律变形得结合图丙A图线可知，图像的纵截距因此，小物件的体积【变式训练】（23-24高三下·安徽安庆一中·三模）“在利用数字化实验去求研究一定质量的气体在温度不变时，压强与体积关系”的实验装置如图1所示(1)小明同学组装好实验装置，每次实验测出6组数据，进行两次实验后，他画出了两组实验数据，但是仍然得不到压强与体积关系，你认为他应该做出V和图像（选填“p”或“”）。(2)小明同学做出正确的图像3后，他发现该图像与纵轴有截距，你认为这样的原因是。(3)通过实验图像，我们可以得出结论：。【答案】(1)(2)未考虑注射器与压强传感器连接部位的气体体积(3)一定质量的理想气体，温度不变时，气体的压强与气体的体积成反比【详解】（1）一定质量的气体在温度不变时，由图2猜想和体积成反比，为验证猜想可以做V和的图像，若的图像是过原点的直线，说明一定质量的气体在温度不变时，压强与体积成反比。（2）设注射器与压强传感器连接部位的气体体积为，注射器内的气体体积为，则得小明同学发现该图像与纵轴有截距，原因是未考虑注射器与压强传感器连接部位的气体体积。（3）通过实验图像，若的图像是过原点的直线，我们可以得出结论：一定质量的理想气体，温度不变时，气体的压强与气体的体积成反比。考向2数据处理与误差分析例2（24-25高三下·安徽六安一中·模拟预测）请回答下列有关“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积关系”实验的问题．(1)如图所示，用一个带有刻度的注射器及DIS实验系统来探究气体的压强与体积关系．实验中气体的质量保持不变，气体的体积V直接读出，气体的压强p是由图中（压力、压强、温度）传感器测量得到．(2)完成本实验的基本要求是______。A．在等温条件下操作 B．封闭气体的容器密封良好C．必须弄清所封闭气体的质量 D．气体的压强和体积必须用国际单位(3)甲同学在做本实验时，缓慢推动活塞，使注射器内空气柱体积减小，且数值越来越小，造成这一现象的原因可能是______。A．实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大B．实验时环境温度增大了C．实验时外界大气压强发生了变化D．实验时注射器内的空气向外发生了泄漏(4)乙同学实验数据用图像处理，但如图所示的图线不过原点，则造成这一现象的原因可能是。【答案】(1)压强(2)AB(3)D(4)见解析【详解】（1）气体的压强p是由图中压强传感器测量得到；（2）ABC．玻意耳定律成立的前提条件是等温且质量一定，气体质量的具体值不需要测量，故AB正确，C错误：D．单位可以不用国际单位，故D错误；故选AB。（3）A．实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大，不会影响气压与体积，A错误；B．若实验时环境温度升高，根据理想气体状态方程可知会变大，B错误；C．封闭气体的压强与外界大气压无关，C错误：D．实验时注射器的空气向外发生了泄漏，根据理想气体状态方程常数C与质量有关，若质量变小，则乘积减小，D正确。故选D。（4）图线与横坐标的交点表示体积为0时压强不为0，这种情况是不存在的．说明试管内的体积小于实际封闭气体的体积，结合实验器材可知，图线不过原点是由于注射器与压强传感器连接部位的气体体积导致的。【变式训练·多过程问题】（24-25高三上·安徽江南十校·十月综合素质检测）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F和体积V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的图像如图，已知图像的斜率为k，图像与纵轴交点的纵坐标的绝对值为b，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k和b表示）；若细管内气体体积不可忽略，则随着的增大，图像的斜率（选填：变大、变小、不变）。【答案】(1)BC(2)变小【详解】（1）设大气压强为，被封闭气体的横截面积为，对活塞有气体压强为若要做的图像，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BC。（2）[1]设气体刚封闭