專題27熱學實驗

考郵型歸”

一、油膜法測分子直徑的實驗.........................2

、探究等溫情況下一定質量氣體壓強與體積的關系....6

1

專題一油膜法測分子直徑的實驗

1.(2025?全國?二模)某同學用如圖所示實驗裝置設計了“驗證角速度和質量一定時，向心

力大小與圓周運動半徑的關系”實驗，小球P、。質量相同，兩不等長細繩。、6一端分別與

小球相連，另一端分別與固定在豎直細桿上的力傳感器相連，轉動細桿，穩定后，小球尸和

小球。做勻速圓周運動，讀出力傳感器的示數片和耳。

ba

Q(3°P

(1)本實驗采用的物理方法與下列實驗中相同的是O

A.探究加速度與力、質量的關系

B.探究力的合成規律

C.用油膜法估測分子的大小

(2)為完成實驗，需要測量的物理量為o

A.細繩。、6的長度4和4B.小球的質量冽C.小球轉動一周所需的時間，

(3)測出需要測量的物理量后，若得到的數據在誤差范圍內滿足關系式(用測量量和已

知量表示)，則可說明角速度和質量一定時，向心力大小與半徑成正比。

(4)若僅將兩小球換為質量不同的小球，則用該實驗裝置_____(選填“可以”或“不可以”)進

行“驗證角速度和半徑一定時，向心力大小與質量的關系”實驗。

【答案】⑴A

⑵A

(3)E，2=F2k

⑷不可以

【詳解】(1)本實驗采用了控制變量法。

A.探究加速度與力、質量的關系實驗也采用了控制變量法，故A正確；

B.探究力的合成規律實驗采用了等效替代法，故B錯誤；

2

C.用油膜法估測分子的大小實驗采用了近似替代法，故c錯誤；

故選Ao

(2)驗證角速度和質量一定時，向心力大小與圓周運動半徑的關系，需測量出轉動半徑，

故需要測量的是細繩。、6的長度4和4。

故選Ao

(3)設細繩長度為/,連接小球的細繩與豎直方向間的夾角為6,小球做圓周運動的半徑為

『，細繩上的拉力為尸，對某小球進行受力分析，則有

sin0=-

I

若角速度和質量一定時，向心力大小與半徑成正比，則有

Fxsin9Xrx

F2sin02r2

可得

(4)僅將兩小球換為質量不同的小球時，需保證兩小球做圓周運動的半徑、角速度相同，

向心力大小與質量成正比，則有

片sinml

F2sin02m2

^=cos3

F

結合上述分析可知，兩側e相等，半徑要相等，此時有4=4,故若僅將兩小球換為質量不

同的小球，不可以進行“驗證角速度和半徑一定時，向心力大小與質量的關系”實驗。

2.(2021?廣東江門?二模)在一種粗測油酸分子大小的實驗中，具體操作如下：

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

為止，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，記錄滴入的滴數直到量筒達到1mL為止，恰好共滴了100滴

C.在水盤內注入蒸儲水，靜置后用滴管吸取油酸酒精溶液，輕輕地向水面滴一滴溶液，酒

精揮發后，油酸在水面上盡可能地散開，形成一油膜

D.測得此油膜的面積為8xl02cm2

(1)這種粗測油酸分子大小的方法叫做油膜法測分子大小，讓油酸盡可能地在水面上散開，

使其形成單層油膜。如果把分子看作球形，這層油膜的厚度可視為油酸分子的O

3

（2）利用相關數據可求得油酸分子直徑為mo（取一位有效數字）

【答案】（1）直徑

（2）5x10-1°

【詳解】（1）讓油酸盡可能地在水面上散開，使其形成單層油膜。如果把分子看作球形，這

層油膜的厚度可視為油酸分子的直徑。

（2）一滴酒精油酸溶液中含純油酸的體積為

=—X—xl0-6m3=4xl0-11m3

250100

則油酸分子直徑為

4xl0-u

m=5xl0~'°m

8X102X10-4

3.（2024?河北邯鄲?二模）做“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗。

（1）下列實驗步驟的正確順序是（填寫實驗步驟前的序號）。

A.往邊長約為40cm的淺盤里倒入約2cm深的水，待水面穩定后將適量的排子粉均勻地

撒在水面上

B.用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形狀穩定

C.將畫有油酸膜形狀的玻璃板平放在坐標紙上，計算出油酸膜的面積，根據油酸的體

積和油酸膜的面積計算出油酸分子直徑的大小

D.用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內每增加一

定體積時的滴數，由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積，再根據油酸酒精溶液的濃度計

算出油酸的體積

E.將玻璃板放在淺盤上，然后將油酸膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上

（2）實驗中，體積為匕的所用油酸酒精溶液中純油酸的體積為匕，用注射器和量筒測得"滴

上述溶液的體積為％,把一滴該溶液滴入盛水的撒有排子粉的淺盤中，待水面穩定后，得

到油酸薄膜的輪廓形狀和尺寸如圖所示，圖中每個小正方形的邊長為“，則油酸薄膜的面積

S=;可求得油酸分子的直徑為（用匕、匕、乂、〃、S表示）。

4

(3)某同學實驗中最終得到的油酸分子直徑數據偏大，可能是因為o

A.計算油膜面積時，舍去了所有不足一格的方格

B.水面上狒子粉撒得太多，油膜沒有充分展開

C.用注射器和量筒測外體積溶液滴數時多記錄了幾滴

【答案】⑴DABEC

⑵7SVX

(3)AB

【詳解】(1)實驗過程應先用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記

下量筒內每增加一定體積時的滴數，由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積，再根據油酸酒精

溶液的濃度計算出油酸的體積，后往邊長約為40cm的淺盤里倒入約2cm深的水，待水面穩

定后將適量的琲子粉均勻地撒在水面上，再用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水

面上，待薄膜形狀穩定，隨后將玻璃板放在淺盤上，然后將油酸膜的形狀用彩筆描繪在玻璃

板上，最后將畫有油酸膜形狀的玻璃板平放在坐標紙上，計算出油酸膜的面積。根據油酸的

體積和油酸膜的面積計算出油酸分子直徑的大小。即實驗步驟的正確順序是DABEC。

(2)根據數格子的辦法，多于半格算一格，少于半格舍去，油膜的總格數為71格，則油膜

總面積為

S=lla2

由于所用油酸酒精溶液每匕體積溶液中有純油酸體積匕，則溶液的濃度為

用注射器和量筒測得體積為弓的上述溶液有“滴，則一滴溶液中純油酸的體積為

V=^x

n

油酸分子直徑為

5

聯立解得

"Mi

(3)A.計算油膜面積時，舍去了所有不足一格的方格，導致油膜面積測量值偏小，根據

可知油酸分子直徑測量值偏大，故A正確;

B.水面上瘴子粉撒得太多，油膜沒有充分展開，導致油膜面積測量值偏小，根據

d=l

可知油酸分子直徑測量值偏大，故B正確;

C.用注射器和量筒測％體積溶液滴數時多記錄了幾滴，導致油酸體積測量值偏小，根據

可知油酸分子直徑測量值偏小，故C錯誤。

故選ABo

專題二探究等溫情況下一定質量氣體壓強與體積的關系

4.(2024?浙江?二模)用圖所示裝置完成“探究氣體等溫變化的規律”實驗

1□

4

4m

31

E2l

2a_『

r一_

一E0_l

(1)下列說法正確的是一

A.實驗時需要用手扶住注射器外壁

B.實驗時緩慢地向上拉或向下壓柱塞，是為了盡量減小注射器與柱塞間的摩擦

C.封閉一定質量的氣體時，先要摘除橡膠套，拉動柱塞使之移到適當位置后，再用橡

6

膠套封閉注射器的注射孔

（2）某實驗小組進行了兩次規范的實驗，并由記錄的數據作出了『一憶圖像，如圖甲、乙圖線

所示。若兩次實驗氣體的質量一定，則氣體溫度7sTz；若兩次實驗氣體的溫度不變，

則氣體質量加單mz（兩空均選填或"="）。

【答案】（1）C

⑵>>

【詳解】（1）[1]A.實驗時為防止溫度發生變化，不能用手握注射器推拉柱塞，故A錯誤;

B.實驗時緩慢地向上拉或向下壓柱塞，是為了防止溫度發生變化，故B錯誤；

C.在封閉一定質量的氣體時，要先摘除橡膠套，拉動柱塞使之移到適當位置后，再用橡膠

套封閉注射器的注射孔，故C正確。

故選C。

（2）[1]在小憶圖象中，根據

叱"

T

可得

pV=CT

即離坐標原點越遠的等溫線溫度越高，故

T甲>/乙

⑵由克拉珀龍方程

m

pV=-RT

式中機是氣體的質量，M是摩爾質量，R是摩爾氣體常量，可知在相同情況下，當溫度T

不變時，所選氣體的質量加越大，夕/值越大，可知

m尹>加乙

5.（2023?山東?高考真題）利用圖甲所示實驗裝置可探究等溫條件下氣體壓強與體積的關系。

將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺上，注射器內封閉一定質量的空氣，下端通過塑料管

與壓強傳感器相連。活塞上端固定一托盤，托盤中放入祛碼，待氣體狀態穩定后，記錄氣體

7

壓強。和體積/(等于注射器示數4與塑料管容積△%之和)，逐次增加祛碼質量，采集多

組數據并作出擬合曲線如圖乙所示。

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-')

圖乙

回答以下問題:

(1)在實驗誤差允許范圍內，圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線，說明在等溫情況下,

一定質量的氣體O

A.。與/成正比B.。與程成正比

(2)若氣體被壓縮到憶=10.0mL,由圖乙可讀出封閉氣體壓強為Pa(保留3

位有效數字)。

(3)某組同學進行實驗時，一同學在記錄數據時漏掉了△憶，則在計算P%乘積時，他的計

算結果與同組正確記錄數據同學的計算結果之差的絕對值會隨。的增大而(填

“增大’或"減小”)。

【答案】B2.04xlO5增大

【詳解】(1)[1]在實驗誤差允許范圍內，圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線，說明在

等溫情況下，一定質量的氣體，。與成正比。

故選B。

(2)[2]若氣體被壓縮到憶=10.0mL,則有

-=—mL-1=100xl0-3mL-1

V10.0

由圖乙可讀出封閉氣體壓強為

n=2.04xl0sPa

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（3）[3]某組同學進行實驗時，一同學在記錄數據時漏掉了AK,則在計算P%乘積時，根據

p(70+A7)-p70=pA7

可知他的計算結果與同組正確記錄數據同學的計算結果之差的絕對值會隨。的增大而增大。

6.（2024?安徽?二模）某同學用圖示實驗裝置探究一定質量的氣體等溫變化的規律。將注射

器水平固定，由于沒有壓強傳感器，于是他把活塞和壓力傳感器相連，可測出移動活塞時,

傳感器對活塞的壓力F,然后把注射器活塞移動到體積最大的位置，并用橡皮帽封閉注射器

右側的細管。在溫度不變的條件下緩慢移動活塞壓縮氣體并記錄多組壓力/和體積%的值,

假設活塞受到的摩擦可忽略不計。

（1）甲同學想通過作出的圖像探究等溫變化的規律，則還需要測量的物理量有：（）

A.氣體的溫度B.注射器的內徑C.大氣壓強D.被封閉氣體的質量

（2）乙同學根據實驗數據作出尸-：的圖像如圖，已知圖像的斜率為上圖像與縱軸交點的縱

坐標的絕對值為從假設注射器內的氣體的狀態變化遵循玻意耳定律，若細管內氣體體積可

忽略，則氣體剛被封閉時的體積為（用左和6表示）；若細管內氣體體積不可忽略,

則隨著的增大，尸圖像的斜率（選填：變大、變小、不變）。

【詳解】（1）設大氣壓強為A,被封閉氣體的橫截面積為S,對活塞有

pS=pQS+F

9

F

氣體壓強為2=p0+不

若要做p-5的圖像，還需要測量氣柱的橫截面積和大氣壓，橫截面積可以通過測量注射器

的內徑計算得出。

故選BCo

(2)[1]設氣體剛封閉時，氣體體積為乂，此時的壓強為A,細管內的體積忽略不計，由玻

意耳定律得A%>

整理得尸=旦/一205

則

k=P0V0S

b=P0S

Y

[2]若細管內的氣體體積不可忽略，設細管內的體積為A%,由玻意耳定律得

(PO+/}V+AV)=C(C為定值)

整理得

*CS1

一彳廠廠加上增大時，圖像斜率在變小。

vv

7.(2024?安徽合肥?二模)如圖甲所示，用一個帶有刻度的注射器及計算機輔助系統來探究

氣體壓強與體積的關系，實驗中所研究的對象是封閉在注射器內的氣體，保持溫度和氣體質

量不變，從注射器刻度直接讀出它的體積，它的壓強由壓強傳感器等計算機輔助系統得到。