专题24 热学实验 课件-2026年高考物理二轮复习优质课件（全国通用）

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[2023北京,15(1)]用油膜法估测油酸分子直径是一种通过测量宏观量来测量微观量的方法。已知1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V,在水面上形成的单分子油膜面积为S,则油酸分子的直径d=　。
真题试练1:用油膜法估测油酸分子的大小
解析　水面上形成的油膜为单分子油膜,则油酸分子的直径等于油膜的厚度,1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V,在水面上形成的单分子油膜面积为S,则油酸分子的直径d= 。
　 探究1　拓展设问①设问1:下列实验步骤正确排序是　　　　。A.往浅盘里倒入约2 cm深的水,待水面稳定后将适量的痱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,待油膜形状稳定C.将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上,计算出油膜的面积,根据油酸的体积和油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所含纯油酸的体积E.将玻璃板放在浅盘上,然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上②设问2:分析下列操作导致所测的油酸分子直径偏大还是偏小。
a.油膜中含有大量未溶解的酒精。b.计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格。c.水面上痱子粉撒得太多,油膜没有充分展开。d.用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴。e.在配制油酸酒精溶液时,不小心把酒精倒多了一点,导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小了。f.在计算完注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后,不小心拿错了一个注射器取溶液滴在水面上,这个拿错的注射器的针头比原来的粗。
答案　①DABEC②a.偏小　b.偏大　c.偏大　d.偏小　e.偏大　f.偏小
1.表征变异·实验原理→真实数据　一同学将一滴油酸酒精溶液滴入事先撒有均匀痱子粉的水槽中,待油膜充分散开后,在玻璃板上描出油膜的轮廓,该油膜的面积是8.0×10-3 m2。已知每100 mL该油酸酒精溶液中含纯油酸0.2 mL,400滴油酸酒精溶液滴入量筒后的体积是1.2 mL,则油酸分子直径为　　　　m。(结果保留两位有效数字)
答案　7.5×10-10
解析　400滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V0=1.2×10-6×0.2% m3=2.4×10-9 m3一滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为V= =  m3=6×10-12 m3油酸分子直径d= =  m=7.5×10-10 m
2.情境变异·油酸分子→铁原子　如图是用扫描隧道显微镜拍下的一个“原子围栏”的照片。这个原子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列组成的直径为1.4×10-8 m的圆周,由此可以估算出铁原子的直径约为　　　　m(π取3.14,结果保留1位有效数字)。 
答案　9×10-10
解析　圆周周长C=πd圆=π×1.4×10-8 m该长度为48个铁原子的直径长度之和,所以铁原子的直径d铁=  m≈9×10-10 m
3.考向变异·测油酸分子直径→实验设计　“用油膜法估测油酸分子的大小”实验,有两个非常巧妙的设计,请你借鉴这两个设计思路,完成以下实验:(1)现需要在一个烧杯中倒入0.01 g食盐供以后做实验用,但现有的电子秤最小只能称1 g的质量,怎么办?请定量地具体说明操作的步骤。(2)有一小捆粗细均匀的细直铁丝,长度相同,要较精确地测量细直铁丝的横截面积,你认为应该怎样测量?说出所需的器材和测量方法。
解析　(1)操作步骤:①把量筒放在电子秤上,记下示数;②在量筒中加入食盐,使电子秤的示数增加5 g;③取下量筒,向量筒中加水,直到溶液体积为500 mL;④用滴管取1 mL食盐水溶液滴入烧杯;⑤对烧杯加热,将水烧干,即得到0.01 g食盐。(2)器材:量筒,水,10根(其他数量也可)长度相同的细直铁丝、刻度尺。测量方法:①量筒中倒入适量的水,读取示数V1;②将10根长度相同的细直铁丝放入量筒中,完全被水浸没,读取示数V2;
③取出细直铁丝,用刻度尺测出一根细直铁丝的长度l;④每根细直铁丝的横截面积S= 。
(2023山东,13,6分)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,托盘中放入砝码,待气体状态稳定后,记录气体压强p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV之和)。逐次增加砝码质量,采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。 　　 
真题试练2:探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
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　　　　。A.p与V成正比B.p与 成正比(2)若气体被压缩到V=10.0 mL,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ΔV,则在计算pV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p的增大而　　　　(填“增大”或“减小”)。
答案　(1)B　(2)2.04×105　(3)增大　
解析　(1)根据图乙可知,p与 成正比。(2)当气体被压缩到10.0 mL的时候,图乙中 对应的横坐标是100×10-3 mL-1,直线上的点所对应的纵坐标是2.04×105 Pa。(3)对于本实验,p(V0+ΔV)为定值,将该式改写成pV0+pΔV=C(C为常量),ΔV不变,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pΔV会随p增大而增大。
　 探究1　拓展设问①设问1:实验中如何保证温度不变?②设问2:实验中如何保证气体质量不变?③设问3:另一实验小组同学发现将体积一栏每次的体积加上ΔV前后,p与V的乘积均依次增加,可能的原因是什么?
答案　①使活塞缓慢移动;不用手握住注射器。②在装置的连接处涂抹润滑油,以免漏气。③根据 =C可知,p与V的乘积增大,说明气体温度升高,可能是手握注射器造成注射器内气体温度升高,或每次所加砝码过多导致活塞没有缓慢移动,使注射器内气体温度升高。
探究2　图像表征使用如图1所示的装置做“探究等温情况下气体压强与体积的关系”的实验,已知压力表通过细管与注射器内的空气柱相连,细管隐藏在柱塞内部,未在图中标明。 
(1)为了探究气体压强p与体积V的关系,在测得需要的实验数据后,为达到“探究”的实验目的,用图像法进行数据分析,从下列选项中选出需要的步骤并按顺序排列:　　　　。
A.作p-V图像,根据画出的图线猜测p与V的关系B.作p- 图像,根据画出的图线猜测p与V的关系C.作p-V图像,对p与V关系的猜测进行检验D.作p- 图像,对p与V关系的猜测进行检验E.检验正确,得出p与V关系的结论(2)第1小组为了探究一定质量的气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律,进行了两次实验,得到的p-V图像如图2所示。第2小组根据某次实验数据作出的V- 图如图3所示。下列说法正确的是 (　 　)A.实验前应将注射器里的空气完全排出B.为了减少实验误差,可以在柱塞上涂上润滑油,以减少摩擦
C.由图2可知,第1小组的两次实验的气体温度大小关系为T1>T2D.如图3所示,若第2小组实验操作正确,则V0为连通空气柱与压力表的细管的体积(3)如图4所示,小明从状态A缓慢拉升柱塞,使其到达状态B(空气柱体积为V1)。若此时突然提升柱塞,使空气柱快速到达体积V2,则此时可能对应图4中的状态　　　(填“C”“D”“E”或“F”)(图4中A、B、E为同一等温线上的点)。
答案　(1)ADE　(2)CD　(3)F
解析　(1)根据实验原理可作p-V图像,根据画出的图线猜测p与V的关系,再作p- 图像,对p与V关系的猜测进行检验,检验正确,得出p与V关系的结论,故应为ADE。(2)实验是以注射器内的空气为研究对象,所以实验前注射器内的空气不能完全排出,A错误;为了减少实验误差,可以在柱塞上涂上润滑油,以保证气密性良好,B错误;根据理想气体状态方程pV=CT可知,离坐标原点越远的图线对应的温度越高,则有T1>T2,C正确;设连通空气柱与压力表的细管内空气的体积为V',则有p(V+V')=TC,整理可知V= C-V',根据题图3可知V0为连通空气柱与压力表的细管的体积,D正确。(3)使空气柱体积快速到达V2,气体对外界做正功,与外界之间几乎没有热传递,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,内能减小,温度降低,则可能对应题图4中的状态F。
1.情境变异·砝码→沙子　某实验小组利用图甲所示实验装置探究气体等温变化的规律。实验步骤如下: 　 (1)用刻度尺测出固定在水平桌面上的注射器刻度10 mL与30 mL之间的距离为2.00 cm,计算出注射器活塞的横截面积S=　　　　cm2;(2)向右拉动活塞一段距离后,用橡胶套堵住注射孔,活塞静止时,读出注射器中气体的体积V0;(3)挂上沙桶,活塞与滑轮之间的细线保持水平,在沙桶中缓慢加入适当沙子,待活塞静止后,测量沙子的质量m和对应的注射器内的气体的体积V;
(4)改变m,得到多组m及对应的V;以m为纵坐标, 为横坐标,作出的图像如图乙所示。已知图线的纵截距为m1,斜率的绝对值为k,当地的重力加速度为g;不考虑摩擦,注射器的气密性与导热性均良好且环境温度不变,则根据图线可得沙桶的质量为　　　,实验时的大气压强为　　　。(均用已知和测得的物理量符号表示)
答案　(1)10　(4) -m1　 
解析　(1)注射器活塞的横截面积S= =10 cm2(4)不挂沙桶时,注射器内气体的压强为p0、体积为V0,挂上沙桶,加入沙子后,气体的压强变为p0- ,根据玻意耳定律有p0V0= V解得m= -m0- · 可知m1= -m0,k= 解得p0= ,m0= -m1
2.考向变异·等温条件→等压条件　(2024海南,7,3分)如图为用铝制易拉罐制作的温度计,一透明薄吸管里有一段油柱(长度不计),吸管与罐连接处密封良好,罐内气体可视为理想气体,已知罐的容积为330 cm3,薄吸管横截面积为0.5 cm2,罐外吸管总长度为20 cm,当温度为27 ℃时,油柱离罐口10 cm,不考虑大气压的变化,下列说法正确的是 (　　　) A.若在吸管上标注等差温度值,则刻度左密右疏B.该装置所测温度不高于31.5 ℃C.该装置所测温度不低于23.5 ℃
D.其他条件不变,缓慢把吸管拉出来一点,则油柱离罐口距离增大
解析　温度为t0=27 ℃(T0=300 K)时,封闭气体体积为V0=330 cm3+0.5×10 cm3=335 cm3,温度变化时,封闭气体做等压变化,由盖-吕萨克定律有 = ,又V=330+0.5x(cm3),则吸管上标注的温度T与油柱离罐口的距离x的关系为T= (330+0.5x)(SI),表明等差温度值的刻度是均匀排布的,A错误。当油柱移动到吸管最右端即x=20 cm时,该装置所测温度最高,最高温度Tmax= ×(330+0.5×20) K≈304.5 K=31.5 ℃,B正确。当油柱移动到吸管与罐连接处即x=0时,该装置所测温度最低,最低温度Tmin= ×330 K≈295.5 K=22.5 ℃,C错误。油柱平衡的条件是左右两侧气体的压强大小相等,其他条件不变,缓慢把吸管拉出来一点,封闭气体的体积不变,则油柱离罐口的距离不变,D错误。