2022年高考物理实验提升特训专题15 热学实验（解析版）

2022年高考物理实验提升特训专题专题15热学实验1．（1）在做“用油膜法估测分子的大小”实验时，已经准备的器材有：油酸酒精溶液、滴管、玻璃板、彩笔、浅盘和水，要完成本实验，还欠缺的器材有________。（2）在用油膜法粗测分子直径的实验中，在哪些方面做了理想化的假设：_______；实验中滴在水面的是酒精油酸溶液而不是纯油酸，这是因为______；在将酒精油酸溶液滴向水面前，要先在水面上均匀撒些痱子粉，这样做是为了________。（3）下面4个图反映“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）。（4）在做用油膜法估测分子大小的实验中，已知实验室中使用的酒精油酸溶液的体积浓度为A，又用滴管测得N滴这种酒精油酸的总体积为V，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上（如图所示）测得油膜占有的小正方形个数为X。①用以上字母表示油酸分子的大小d＝__________。19 ②从图中数得油膜占有的小正方形个数为X＝________。【答案】量筒、痱子粉、坐标纸将油膜看成单分子膜，将油酸分子简化为球形，认为油酸分子是一个紧挨一个的纯油酸黏滞力较大，直接测量体积时误差太大界定油膜大小的边界d、a、c、b57【详解】（1）[1]根据实验要求，所缺的器材为量筒、痱子粉、坐标纸；（2）[2][3][4]在用油膜法粗测分子直径的实验中，在哪些方面做了理想化的假设：将油膜看成单分子膜，将油酸分子简化为球形，认为油酸分子是一个紧挨一个的；实验中滴在水面的是酒精油酸溶液而不是纯油酸，这是因为纯油酸黏滞力较大，直接测量体积时误差太大；在将酒精油酸溶液滴向水面前，要先在水面上均匀撒些痱子粉，这样做是为了界定油膜大小的边界。（3）[5]“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配制酒精油酸溶液测定一滴酒精油酸溶液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；很显然，在实验的步骤中，是“将1滴此溶液滴在有痱子粉的浅盘里的水面上，等待形状稳定”，因此操作先后顺序排列应是d、a、c、b；（4）①[6]一滴纯油酸的体积为，这滴油酸在水面上散开的面积为Xa2，则②[7]计算格数时，不足半格的舍去，多于半格的算一个，方格边长的单位越小，求出的面积越精确，由图可知油膜占有的小正方形个数为57个。2．在粗测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：①取油酸注入250mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到200mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸的酒精溶液；②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到为止，恰好共滴了100滴；③在边长约40cm的浅水盘内注入约2cm深的水，将细石膏粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸的酒精溶液，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，形成一层油膜，膜上没有石膏粉，可以清楚地看出油膜轮廓；④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油酸膜的形状；19 ⑤如图所示，将画有油酸膜形状的玻璃板放在边长为的方格纸上。（1）根据实验操作中的数据可知一滴油酸酒精溶液中所含的油酸为_____m3，油膜面积为_____m2，求得的油膜分子直径为_____m（此空结果取1位有效数字）。（2）若阿伏加德罗常数为NA（mol-1），油酸的摩尔质量为M（kg/mol），油酸的密度为ρ（kg/m3），则下列说法正确的是_____。A．1kg油酸所含分子数为B．1m3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（3）某同学实验中最终得到的油酸分子直径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．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．画油膜轮廓时，没等轮廓稳定下来就立刻画好D．水面上痱子粉撒得较多，油酸膜没有充分展开19 【答案】BCAD【详解】(1)[1]一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为[2]形成油膜的面积考虑到实验误差，取值在之间都可以。[3]油酸分子的直径(2)[4]A．1kg油酸的物质的量是，所含分子数为，故A错误；B．1m3油酸的质量为ρkg，其物质的量为，所含分子数为，故B正确；C．因为NA个油酸分子的质量为M，所以1个油酸分子的质量为，故C正确；D．由已知条件只能求出一个油酸分子的体积，但油酸分子的直径不可以用体积开立方。故D错误。故选BC。(3)[5]A．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，会使得体积偏大，由可知，d会偏大，故A正确；B．计算油酸膜面积时，多于半个的算一个，不足半个的不计。如果错将不完整的方格作为完整方格处理。会使得面积偏大，由可知，d会偏小，故B错误；C．油膜在水面上先扩大再缩小，最后稳定。如果画油膜轮廓时，没等轮廓稳定下来就立刻画好，会使得面积偏大，由可知，d会偏小，故C错误；D．水面上痱子粉撒得较多，油酸膜没有充分展开，会使得面积偏小，由可知，d会偏大，故D正确。故选AD。3．在“用油膜法估测分子大小”的实验中19 (1)本实验中做了三点理想化假设，①将油酸分子视为球形；②_________________；③___________________；(2)需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是_____________________；(3)某同学进行了如下操作：①在浅盘内盛一定量的水，滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定；②在量筒中滴入一滴油酸酒精溶液，测出它的体积；③在浅盘上覆盖透明玻璃，油膜稳定后描出油膜形状，再用方格纸测量油膜面积；④取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液；⑤用一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积，得到油酸分子直径。A．上述步骤中有错误或疏漏的是：___________________________；B．上述步骤的正确顺序是：__________________；（均填写序号）(4)配制好浓度为0.06%的油酸酒精溶液（单位体积溶液中含有纯油酸的体积），1mL上述溶液用注射器刚好滴75滴；形成油酸薄膜，下图为油膜稳定后的形状，每个正方形小方格的边长为10mm。下列有关该实验说法正确的有（____）A．油膜的面积为100mm2B．一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为8.0×10－6mL19 C．油酸分子的直径约为7.4×10－9mD．油酸未完全散开，会使计算结果比实际值偏小【答案】油膜看成单分子层油酸分子是紧挨在一起的（不考虑油酸分子间间隙）使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜①②⑤④②①③⑤B【详解】(1)[1][2]本实验中做了三点理想化假设，油酸分子视为球形；油膜看成单分子层；油酸分子是紧挨在一起的．(2)[3]用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜；(3)[4][5]上述步骤中有步骤遗漏：①步骤中，要在水面上撒上痱子粉或细石膏粉；步骤错误的：②步骤中，用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时液滴的数目；步骤错误的：⑤应该是，用一滴油酸的体积除以油膜面积，得到油酸分子直径。“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配制酒精油酸溶液（教师完成，记下配制比例）→测定一滴酒精油酸溶液的体积v=→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，故实验步骤为④②①③⑤。(4)[6]A．面积过正方形一半的正方形的个数为105个，则油酸膜的面积约为：S=105cm2=1.05×10-2m2故A错误；BC．每滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积为：则油酸分子直径为：故B正确，C错误；D．油酸未完全散开，S偏小，故得到的分子直径d将偏大，故D错误。故选B。4．在“油膜法估测分子直径”的实验中，我们通过宏观量的测量间接计算微观量。(1)本实验利用了油酸分子易在水面上形成___________（选填“单层”或“多层”）分子油膜的特性。若将含有纯油酸体积为V的一滴油酸酒精溶液滴到水面上，形成面积为S的油酸薄膜，则由此可估测油酸分子的直径为___________。19 (2)某同学实验中先取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液，测量并计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积后，接着又进行了下列操作：A．将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上自由地扩展为形状稳定的油酸薄膜B．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算油酸薄膜的面积C．将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上D．向浅盘中倒入约2cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上以上操作的合理顺序是___________（填字母代号）。　(3)若实验时痱子粉撒的太厚，则所测的分子直径会___________（选填“偏大”或“偏小”）。(4)本实验中油膜的形成是分子力的作用效果。图甲为分子力F随分子间距r的变化图线，图乙为某同学参照图甲所做的分子势能Ep随分子间距r的变化图线。请你对图乙的合理性做出分析，填在下面表格相应的位置中。指出合理或不合理之处并简述理由合理之处___________________________不合理之处___________________________19 【答案】单层DACB偏大见解析见解析【详解】(1)[1]在“用油膜法估测分子的大小”实验中，我们的实验依据是：①油膜是呈单分子分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之间没有空隙；由上可知，在水面上要形成单层分子油膜；[2]一滴油酸的体积为V，油酸分子的直径为(2)[3]本实验首先要制备酒精油酸溶液，并明确一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，同时通过量筒测出N滴油酸酒精溶液的体积；同时向浅盘中倒入约2cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上；然后将此溶液1滴在有痱子粉的浅盘里的水面上，等待形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔描绘出油酸膜的形状，将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，按不足半个舍去，多于半个的算一个，统计出油酸薄膜的面积。则用此溶液的体积除以其的面积，恰好就是油酸分子的直径。故正确的步骤为DACB。(3)[4]实验过程中，若油膜没有完全散开，则油酸溶液在水面上形成的油膜面积偏小，由可知，实验测量的油酸分子的直径偏大。(4)[5]合理之处：图乙的大致变化情况合理，因为分子间距由足够远减小到r0的过程中分子力体现为引力做正功，分子势能减小，所以r0处的分子势能最小，此后再靠近的过程中，分子力体现为斥力做负功，所以分子势能逐渐增大。19 [6]①图乙r1处分子势能为0的点不合理，由于分子力做功等于分子势能的变化，故分子间距由足够远减小到r1的过程中分子力做的总功应当为0，即甲图中r1处以右图线下的总面积应当为0，图中显然不符合。②图乙在的范围内弯曲情况不合理，由于图线的斜率即为分子力，该区间的分子力是越来越大的，而图中的斜率显然越来越小。5．（1）在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，实验的简要步骤如下：A．配置油酸酒精溶液：将油酸和酒精按体积比配制好，然后把油酸酒精溶液一滴一滴滴入量筒中，算出一滴油酸酒精溶液的体积B．把带有小方格的塑料板放在浅盘上，然后将油酸膜的形态用彩笔画在塑料板上，数出薄膜所占格数，根据小方格个数估算出油膜面积C．向浅盘中倒入一定量的水，在水面均匀地撒入滑石粉（或痱子粉）D．把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，直至薄膜形态稳定E．计算出油膜的厚度请将上述实验步骤按合理的顺序排列__________________（2）在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸5mL．用注射器测得1mL上述溶液有液滴100滴．把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待稳定后，将玻璃板放在浅盘上描出油膜轮廓，再将玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标纸中正方形小方格的边长为1cm．则：①油膜的面积约为_________cm2(保留两位有效数字)．②每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________cm319 ③根据上述数据，估算出油酸分子的直径d＝_________m(保留一位有效数字)．（3）实验中水槽所撒痱子粉太厚会导致测量结果______（选填“偏大”或“偏小”）．【答案】ACDBE83(80~85)偏大【解析】（1）按照实验的原理及实验过程，则上述实验步骤按合理的顺序排列是：ACDBE；（2）①油酸膜的面积是：85×1cm2=85cm2．②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积：；③油酸分子的直径是（3）实验过程中，若水槽所撒痱子粉太厚，油膜没有完全散开，则油酸溶液在水面上形成的油膜面积偏小，由d=V/S可知，实验测量的油酸分子的直径偏大；点睛：油酸分子在水面上以球模型一个靠一个排列的，故含有油酸分子的个数等于纯油酸体积除以一个油酸分子的体积，同时考查了用“油膜法”估测分子直径大小的实验，正确解答实验问题的前提是明确实验原理，能建立物理模型理解并掌握实验的原理和方法．6．如图甲是“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”的实验装置。主要步骤如下：①将压强传感器调零；②在活塞上均匀涂抹润滑油，把活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推动活塞，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）实验操作中，活塞上均匀涂抹润滑油，主要目的是为了___________；19 （2）为了保持封闭气体的温度恒定，下列措施可行的是___________；A．注射器必须固定在竖直平面内B．用手握注射器推拉活塞C．缓慢推动活塞（3）测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，为直观反映压强与体积之间的关系，若以p为纵坐标，则应以_________为横坐标在坐标系中描点作图；小明所在的小组不断压缩气体，由测得数据发现发现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：_______（答一种即可）。（4）另一小组实验时缓慢推动活塞，记录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。该小组绘出的关系图像应是____________。A．B．C．D．【答案】防止漏气C注射器内气体向外漏气D【详解】(1)[1]DIS研究温度不变时气体的压强与体积的关系，本实验保持温度不变，研究压强与体积关系，根据题意可知，还需保证封闭气体质量不变，为了防止漏气，故需要在活塞上均匀涂抹润滑油。[2]由于不是拉活塞，则注射器不一定要安装在竖直平面内，实验过程中手不能与注射器接触，推动活塞应缓慢进行，保持与外界相同温度，故C正确，AB错误。故选C。(3)[3]当温度不变时有，即压强p与V成反比，两者的关系图象不是直线，但压强p与是线性关系，故应当以为横坐标。[4]当增大时，V减小时，p增加的程度不是线性关系，当斜率减小，压强增加程度减小，导致这一现象的原因是注射器存在向外漏气现象。(4)[5]测量时，注射器与压强传感器连接部分气体的体积V0未计入，纵轴存在截距-V0；软管脱落后，气体向外漏出，p的测量值偏小，相应的横坐标偏大，但左侧的延长线与纵轴的交点仍为-V019 ，故前后两条线相交在此处，故D正确，ABC错误。故选D。7．利用图装置验证气体等温变化实验规律，用一个带两根细管的橡皮塞塞紧烧瓶的瓶口，压强传感器通过其中一根不带阀门的细管连通烧瓶中的空气，另一根带阀门的细管连通注射器。开始时阀门处于关闭状态，注射器针筒的最大刻度线到阀门之间充满了水。实验时打开阀门，缓慢推动注射器活塞向烧瓶内注入水。根据注射器刻度记录注入水的体积V，同时记录对应气体的压强p值，得到多组实验数据。利用图像法处理数据得到甲图。（1）甲图中的纵坐标为___________（填“V”或“”），利用甲图中的数据可得烧瓶的体积为___________；（2）通过对实验装置的不断完善，可准确测出气体的体积V'，做出p—V'图像如图乙，图线在V1、V2之间所围的面积的物理意义是___________；（3）某同学在处理数据时发现pV'乘积随压强p增大而变小，导致这个现象的原因是___________。【答案】Vb气体体积从V2减小到V1过程中外界对气体做的功的大小①装置出现漏气，②环境温度降低19 【详解】（1）[1]设烧瓶的根据理想气体状态方程可得则一定质量的理想气体发生等温过程，图像构成线性函数，则甲图中的纵坐标为注入的体积；[2]图像的纵截距表示烧瓶的体积，则（2）[3]由功的计算公式可知W=Fl=pSl=pV即pV的乘积表示气体体积变化时所做的功，图线在V1、V2之间所围的面积的物理意义表示：气体体积从V2减小到V1过程中外界对气体做的功的大小；（3）[4]某同学在处理数据时发现pV'乘积随压强p增大而变小，即变小，导致这个现象的原因是①装置出现漏气，②环境温度降低。8．某同学利用如图所示的装置，来测定一颗形状不规则的石子的体积，图（a）中A为压强传感器，A与计算机相连，可以直接读出注射器内封闭气体的压强，注射器与传感器A之间的软管内气体的体积不能忽略。（1）将石子装进注射器，通过推、拉活塞改变封闭气体的体积和压强。操作中，为了减小误差请写出两种减小误差的方法___________；若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，则必须废除之前获得的数据，重做实验，这是为了________。（2）实验中通过活塞所在刻度读取了多组气体体积V及对应压强p，为了在坐标系中获得直线图像，应取y轴、x轴分别为_________（选填“V、”或“p、”）（3）选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到直线的函数图像如图（b）所示，若已知传感器和注射器连接处的软管容积为，则这颗石子的体积为__________。（4）若该同学整个过程操作正确，则随着V的减小，p、V乘积会________（填“变大”、“不变”或“变小”）。【答案】在活塞周围涂上润滑油；不能用手握住注射器封闭气体的部分保持封闭气体质量不变、19 变小【详解】(1)[1]实验中需保证封闭气体质量、温度不变，可以在活塞周围涂上润滑油，防止漏气，操作中不能用手握住注射器封闭气体的部分，防止温度升高。[2]若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，则必须废除之前获得的数据，重做实验，这是为了保持封闭气体质量不变。(2)[3]设石子体积为V1，则实际气体体积为由玻意耳定律可得为了获得直线，应表示为应取y轴、x轴分别为、。(3)[4]若已知传感器和注射器连接处的软管容积为，(2)中函数关系可表示为对比图线可得可得这颗石子的体积为[5]则随着V的减小，p的增大，会有轻微漏气、软管会膨胀，导致p、V乘积会变小。9．某同学用研究温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系，实验装置如图1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，研究气体压强和体积的关系。（1）关于本实验过程中的说法正确的是（______）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．压强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19 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，使注射嚣内空气体积发生变化，实验数据如下表所示，请在图2中做出V与的关系图像。（________）序号1181.0380.9632161.1600.8623141.3110.7634121.5120.6625101.7840.560682.1780.459762.7930.35819 （3）本实验中，可以由V与的关系图像验证气体等温变化时p与V关系，其依据是V与成___________（选填“正比”或“反比”）（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___________（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___________（保留2位有效数字）【答案】D正比系统误差1.2【详解】（1）[1]A．推拉活塞时，动作要慢，使温度与环境温度保持一致，故A错误；B．推拉活塞时，手不能握住注射器，防止对其起加热作用，故B错误；C．压强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，故C错误；D．活塞和针筒之间的摩擦并不影响压强的测量，故D正确。（2）[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，图像如下图所示19 （3）[3]当温度不变时，压强p与体积V的积是一个常数，则有则可得V与成正比；（4）[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）[5]设软管中气体的体积为，由图可知体积的读数值比实际值小，根据，C为定值，则有可得软管中气体的体积为为图线的纵轴截距，由图像可得10．用研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图所示，实验步骤如下：①把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接；②移动活塞，记录注射器的刻度值V，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p；③用图图像处理实验数据。19 现有三个实验小组分别操作实验，根据实验数据得到图像分别为图中①②③所示的图，分析可能的原因是：①组实验图像的原因：________②组实验图像的原因：________③组实验图像的原因：________A．实验中，用手握住注射器，造成气体温度升高B．实验中，封闭在注射器内气体的质量太大C．实验中，气体压强测量值小于实际值D．实验中，没有给活塞抹油而造成漏气E.实验中，推拉活塞时，动作过快。F.实验中，压强传感器与注射器之间的软管封闭不严。G.实验中，外界大气压强发生了变化。H.实验中，没有考虑注射器前端空间引起的误差。【答案】AEDFC【详解】[1]根据理想气体状态方程得可知图象应是一条过原点的倾斜直线，斜率为常数，但①图中斜率变大，说明T变大，或C增大。故可能是用手握住注射器，造成气体温度升高；迅速推动注射器的活塞，也会使气体温度升高。故选AE。[2]图线②中的斜率变小，说明T变小，或C减小。故可能是没有给活塞抹油而造成漏气，使得C变小，而使斜率减小；压强传感器与注射器之间的软管封闭不严也会漏气。故选DF。[3]图线③向上平移就正常，说明初始时刻p偏小，故可能是气体压强测量值小于实际值。故选C。19 19