2026屆新高考物理沖刺復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn):用油膜法估測(cè)油酸分子的大小探究氣體等溫變化的規(guī)律實(shí)驗(yàn)Ⅰ用油膜法估測(cè)油酸分子的大小一、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)器材油酸、酒精、注射器、燒杯、淺盤及水、帶坐標(biāo)方格的玻璃板、盛有爽身粉的布袋、彩筆。三、實(shí)驗(yàn)操作及步驟1.配制溶液:取1mL油酸溶于酒精中,制成500mL的油酸酒精溶液。2.盛水撒粉:在淺盤中盛入約2cm深的水,一只手捏住盛有爽身粉的布袋,另一只手拍打,將爽身粉均勻地撒在水面上。3.滴入油酸:用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液,油酸立即在水面散開,形成一塊油膜。4.描畫輪廓:待油膜形狀穩(wěn)定后,將帶有坐標(biāo)方格的玻璃板放在淺盤上,在玻璃板上描下薄膜的形狀。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理2.計(jì)算油膜的面積S:根據(jù)畫有油膜輪廓的玻璃板上的坐標(biāo)方格,計(jì)算輪廓范圍內(nèi)正方形的個(gè)數(shù),不足半個(gè)的舍去,多于半個(gè)的算一個(gè)。把正方形的個(gè)數(shù)乘單個(gè)正方形的面積就得到油膜的面積S。五、注意事項(xiàng)1.在水面上撒爽身粉時(shí),注意不要觸動(dòng)淺盤中的水。2.在玻璃板上描繪輪廓時(shí)動(dòng)作要輕而迅速,眼睛視線要始終與玻璃板垂直。3.油酸酒精溶液配制后不要長時(shí)間放置,以免濃度改變,產(chǎn)生誤差。4.注射器針頭高出水面的高度應(yīng)在1cm之內(nèi)。當(dāng)針頭靠水面很近(油酸未滴下之前)時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開,是由針頭中酒精揮發(fā)所致,不影響實(shí)驗(yàn)效果。5.實(shí)驗(yàn)要求估算油酸分子的大小,結(jié)果中數(shù)量級(jí)符合要求即可。六、誤差分析1.純油酸體積的計(jì)算引起誤差。2.畫油膜形狀時(shí)不準(zhǔn)確帶來誤差。3.數(shù)格子法本身是一種估算的方法,從而會(huì)帶來誤差。實(shí)驗(yàn)Ⅱ探究氣體等溫變化的規(guī)律一、實(shí)驗(yàn)原理在保證密閉注射器中氣體的質(zhì)量和溫度不變的條件下,通過改變密閉注射器中氣體的體積,由壓力表讀出對(duì)應(yīng)氣體的壓強(qiáng)值,進(jìn)而研究在溫度不變的條件下氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)器材帶鐵夾的鐵架臺(tái)、注射器、柱塞(與壓力表密封連接)、壓力表、橡膠套、刻度尺等。三、實(shí)驗(yàn)操作及步驟1.安裝器材(如圖)。2.將注射器的柱塞適量推入注射器,用橡膠套封住一段空氣柱。在實(shí)驗(yàn)過程中,我們可以近似認(rèn)為空氣柱的質(zhì)量和溫度不變。3.把柱塞分別緩慢地向下壓或向上拉,同時(shí)讀出空氣柱的長度與壓強(qiáng)的幾組數(shù)據(jù)并記錄。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1.以壓強(qiáng)p為縱坐標(biāo),以體積V為橫坐標(biāo)建立p-V坐標(biāo)系,畫出氣體等溫變化的p-V圖像,則圖像是曲線,并不能認(rèn)為壓強(qiáng)與體積成反比。五、注意事項(xiàng)與誤差分析1.實(shí)驗(yàn)中操作要緩慢,不能用手握住注射器,以確保溫度不變。2.要等到示數(shù)穩(wěn)定之后,再去讀數(shù)。3.實(shí)驗(yàn)中應(yīng)保持氣體質(zhì)量不變,故安裝裝置時(shí)柱塞上涂好潤滑油,防止漏氣?？键c(diǎn)一用油膜法估測(cè)油酸分子的大小[例1]【實(shí)驗(yàn)原理與操作】

(2024·江蘇無錫階段練習(xí))在“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中,有下列實(shí)驗(yàn)步驟:①往淺盤里倒入適量的水,待水面穩(wěn)定后將適量的爽身粉均勻地撒在水面上。②用注射器將事先配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待油膜形狀穩(wěn)定。③將玻璃板平放在坐標(biāo)紙上,計(jì)算出油膜的面積,從而估算出油酸分子直徑的大小。④將8mL的油酸溶于酒精中制成1×104mL的油酸酒精溶液,用注射器將溶液一滴一滴地滴入量筒中,每滴入100滴,量筒內(nèi)的溶液增加1mL。⑤將玻璃板放在淺盤上,然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上。(1)上述步驟中,正確的順序是④①

(填寫步驟前面的數(shù)字,前兩步已給出)。

②⑤③【解析】

(1)在“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中,其步驟為配制油酸酒精溶液④、準(zhǔn)備淺水盤,撒上爽身粉①、滴入油酸酒精溶液,形成油膜②、描繪油膜邊緣⑤、測(cè)量油膜面積,計(jì)算分子直徑③,故正確順序?yàn)棰堍佗冖茛邸?2)完成本實(shí)驗(yàn)需要幾點(diǎn)假設(shè),以下假設(shè)與本實(shí)驗(yàn)無關(guān)的是

。

A.將油酸分子視為球形B.油膜中分子沿直線排列C.將油膜看成單分子層D.油酸分子緊密排列無間隙B【解析】

(2)該實(shí)驗(yàn)中把在水面上盡可能擴(kuò)散開的油膜視為單分子油膜;不需要考慮分子間隙,把形成油膜的分子看作緊密排列的球形分子;將油酸分子視為球體模型。但并未將油膜中分子看作直線排列,故B正確。(3)在“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中,體現(xiàn)的物理思想方法是

。

A.理想模型法

B.控制變量法C.等效替代法A【解析】

(3)在“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中,體現(xiàn)的物理思想方法是理想模型法。故A正確。(4)油膜形狀穩(wěn)定后,數(shù)得油膜所占格數(shù)約為128格(已知坐標(biāo)紙正方形小方格的邊長為1cm),則可估算出油酸分子的直徑約為

m(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)。

6×10-10(5)實(shí)驗(yàn)后,某小組發(fā)現(xiàn)自己所測(cè)得的分子直徑d明顯偏小,出現(xiàn)這種情況的可能原因是

。

(多選)A.水面上爽身粉撒得太多,油膜沒有充分展開B.求每滴溶液體積時(shí),1mL溶液的滴數(shù)計(jì)多了C.將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進(jìn)行計(jì)算D.油酸酒精溶液久置,酒精揮發(fā)使溶液的濃度發(fā)生了變化BD【解析】

(5)水面上爽身粉撒得太多,油膜沒有充分展開,則測(cè)量的面積S偏小,導(dǎo)致結(jié)果偏大,故A錯(cuò)誤;求每滴溶液體積時(shí),1mL溶液的滴數(shù)計(jì)多了,則一滴油酸的體積減小了,會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏小,故B正確;將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進(jìn)行計(jì)算,則計(jì)算時(shí)所用的體積數(shù)值偏大,會(huì)導(dǎo)致結(jié)果偏大,故C錯(cuò)誤;油酸酒精溶液久置,酒精揮發(fā)使溶液的濃度變大,導(dǎo)致計(jì)算時(shí)所用油酸體積偏小而使結(jié)果偏小,故D正確。[例2]【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析】(2024·四川達(dá)州期末)在“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)步驟如下:a.將1mL油酸配制成1000mL油酸酒精溶液;b.用小注射器取一段油酸酒精溶液,并將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,直到1mL時(shí)一共滴入50滴;c.向淺盤中倒入約2cm深的水,并將爽身粉均勻地撒在水面上;d.用注射器在水面上滴一滴配制好的油酸酒精溶液;e.待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后,將帶有坐標(biāo)方格的玻璃板放在淺盤上,并用彩筆在玻璃板上描出油酸薄膜的形狀,如圖甲所示。(1)每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是

mL。

2×10-5(2)已知每一小方格的邊長為1cm,多于半個(gè)的方格算一個(gè),少于半個(gè)的方格舍去,數(shù)得滿足條件方格數(shù)為60個(gè),根據(jù)上述數(shù)據(jù)得出油酸分子的直徑是

m。(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)

3×10-9(3)關(guān)于本實(shí)驗(yàn),下列說法正確的有

。(多選)

A.油酸酒精溶液長時(shí)間放置,會(huì)使分子直徑的計(jì)算結(jié)果偏小B.若實(shí)驗(yàn)過程中爽身粉撒得太多,會(huì)使分子直徑的計(jì)算結(jié)果偏小C.本實(shí)驗(yàn)中用玻璃棒輕輕按油膜,使之形成更規(guī)則的圖形,可減小實(shí)驗(yàn)誤差D.向量筒中滴入1mL油酸酒精溶液時(shí),滴數(shù)少記了幾滴,會(huì)使分子直徑的計(jì)算結(jié)果偏大AD【解析】(3)油酸酒精溶液長時(shí)間放置,會(huì)使酒精揮發(fā),油酸的濃度增大,從而每滴純油酸的體積大于其測(cè)量值,造成分子直徑的計(jì)算結(jié)果偏小,故A正確;若實(shí)驗(yàn)過程中爽身粉撒得太多,油酸沒有充分散開,導(dǎo)致面積S的測(cè)量值偏小,從而會(huì)使分子直徑的計(jì)算結(jié)果偏大,故B錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)中將爽身粉均勻地撒在水面上且不溶于水,雖然形成的油膜外形復(fù)雜,但不影響格子正確計(jì)數(shù),與外形是否規(guī)則無關(guān),且人為干預(yù)外形會(huì)造成另外的誤差,故C錯(cuò)誤;若滴數(shù)少記了幾滴,使每滴純油酸的體積測(cè)量值偏大,從而造成分子直徑的計(jì)算結(jié)果偏大,故D正確。(4)在步驟e中,由于水槽邊緣不平整,蓋在水槽上的玻璃板與形成的油膜并不平行,側(cè)視圖如圖乙所示,則該情況會(huì)導(dǎo)致最終測(cè)得的油酸分子的半徑結(jié)果

(選填“偏大”或“偏小”)。

偏小【解析】(4)由于玻璃板和油膜平面不平行,導(dǎo)致在玻璃板上描繪的油膜輪廓圍成的面積大于油膜的實(shí)際面積,所以最終測(cè)得的油膜分子半徑偏小。[例3]【實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新】(2024·河南開封期末)某同學(xué)模仿“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)的方案,做了三個(gè)非常巧妙的設(shè)計(jì),請(qǐng)你借鑒對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)思路,完成以下實(shí)驗(yàn)。(1)現(xiàn)需要在一個(gè)燒杯中倒入0.01克食鹽供以后做實(shí)驗(yàn)用,但現(xiàn)有的電子秤最小只能稱0.1克的質(zhì)量,以下方法最合理的是

。

B(2)有一小捆長度相同粗細(xì)均勻的細(xì)鐵絲,要較精確地測(cè)量細(xì)鐵絲的橫截面積,采用如下方法測(cè)量:①向量筒中倒入適量的水,讀取示數(shù)V1;②將10根長度相同的細(xì)鐵絲放入量筒中,使其被水浸沒,讀取示數(shù)V2;③取出細(xì)鐵絲,用刻度尺測(cè)出一根細(xì)鐵絲的長度L;④每根細(xì)鐵絲的橫截面積為S=

。

(3)估測(cè)一粒治療嗓子的喉癥丸(可視為球形小顆粒)的直徑。實(shí)驗(yàn)步驟如下:①將適量藥丸倒入量筒,然后輕輕晃動(dòng)幾下量筒,測(cè)量出藥丸的總體積V;②再將藥丸從量筒中倒出,平鋪在水平的坐標(biāo)紙上,使藥丸緊挨著排成單層結(jié)構(gòu);③用鉛筆描繪出邊緣的輪廓如圖;④撤去藥丸,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。a.坐標(biāo)紙上每個(gè)小正方形方格的邊長為L,輪廓所圍的面積為

。

b.該同學(xué)估測(cè)出藥丸的直徑為

。

c.經(jīng)過仔細(xì)觀察,發(fā)現(xiàn)藥丸并不是標(biāo)準(zhǔn)的球形,將導(dǎo)致測(cè)量值將比藥丸看作球形的直徑

(選填“偏大”或“偏小”)。

118L2偏小不能考點(diǎn)二

探究氣體等溫變化的規(guī)律[例4]【實(shí)驗(yàn)原理與操作】

(2025·安徽安慶月考)用圖甲所示裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律。(1)實(shí)驗(yàn)中,為找到體積與壓強(qiáng)的關(guān)系,

(選填“需要”或“不需要”)測(cè)空氣柱的橫截面積。

不需要【解析】

(1)由于注射器的橫截面積相等,在確定壓強(qiáng)與體積關(guān)系時(shí)可用長度代替體積,故不需要測(cè)空氣柱的橫截面積。(2)若實(shí)驗(yàn)過程中不慎將活塞拉出針筒,則

(選填“需要”或“不需要”)重做實(shí)驗(yàn)。

需要【解析】

(2)若實(shí)驗(yàn)過程中不慎將活塞拉出針筒,氣體質(zhì)量發(fā)生變化,則需要重做實(shí)驗(yàn)。(3)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的操作,下列說法正確的有

。(多選)

A.柱塞上涂潤滑油B.應(yīng)緩慢推拉柱塞C.用手握注射器推拉柱塞D.注射器必須固定在豎直平面內(nèi)AB【解析】

(3)柱塞上涂潤滑油,既減小摩擦,又防止漏氣,故A正確;若急速推拉活塞,則有可能造成漏氣和封閉氣體溫度變化,所以應(yīng)緩慢推拉活塞,故B正確;用手握注射器推拉柱塞,會(huì)造成氣體溫度發(fā)生變化,故C錯(cuò)誤;封閉氣體壓強(qiáng)由壓力表測(cè)量,與注射器是否豎直無關(guān),故D錯(cuò)誤。②漏氣或氣體溫度降低[例5]【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析】

(2025·湖南長沙階段練習(xí))用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律。(1)在本實(shí)驗(yàn)操作的過程中,需要保持不變的量是氣體的

和

。質(zhì)量溫度【解析】

(1)探究氣體等溫變化的規(guī)律,需要保持封閉氣體不變,即不改變的是氣體的質(zhì)量和溫度。過原點(diǎn)的傾斜直線A.實(shí)驗(yàn)過程中有漏氣現(xiàn)象B.實(shí)驗(yàn)過程中氣體溫度降低C.實(shí)驗(yàn)過程中氣體溫度升高D.漏加了注射器與壓強(qiáng)傳感器連接處的氣體體積D注射器存在漏氣現(xiàn)象[例6]【實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新】

(2024·湖北黃岡期中)一定質(zhì)量氣體等溫變化時(shí),其p與V的乘積是個(gè)定值C,有同學(xué)設(shè)計(jì)了下面實(shí)驗(yàn),欲驗(yàn)證等溫時(shí)pV乘積是否為定值,并測(cè)出該定值

C以及當(dāng)?shù)氐拇髿鈮褐祊0。Ⅰ.找一段內(nèi)壁比較光滑的廢棄排水管以及配套的堵帽,用膠水把堵帽粘在管底,底部密封后做成汽缸,固定放在水平地面上。Ⅱ.找一個(gè)與排水管配套的管件“補(bǔ)芯”(直徑比水管內(nèi)徑略小、同材質(zhì)的薄圓柱體)充當(dāng)活塞,測(cè)出活塞的橫截面積為S=10cm2。如圖甲所示,用膠水把補(bǔ)芯活塞、硬桿和置物平臺(tái)牢固地粘連在一起,并用天平稱出其質(zhì)量。Ⅲ.在活塞邊緣和汽缸內(nèi)部涂抹上凡士林(保證良好的密封和潤滑),把活塞緩慢地豎直插入汽缸內(nèi),密封一定量氣體。取一配重物塊,亦稱出其質(zhì)量,把配重物塊和活塞、硬桿、置物平臺(tái)的質(zhì)量加在一起,記為m1,然后把配重物塊放在置物平臺(tái),活塞無摩擦地下移,穩(wěn)定時(shí)測(cè)出密封氣體柱長度h1。(1)實(shí)驗(yàn)中溫度不變,圖像是一條直線,如圖乙,驗(yàn)證pV乘積C是定值的依據(jù)是

。

A.圖像的斜率是定值B.圖像縱軸截距是定值C.圖像橫軸截距是定值A(chǔ)(2)g取10m/s2,根據(jù)圖像,可以測(cè)得被密封氣體的定值C=

;測(cè)得當(dāng)?shù)卮髿鈮旱闹禐閜0=

Pa。(以上兩空均保留2位有效數(shù)字,C值必須注明單位)

16J8.0×104(3)實(shí)驗(yàn)中活塞下移時(shí)與管壁存在摩擦,假設(shè)這里的摩擦力大小始終恒定,但圖像法處理數(shù)據(jù)時(shí)沒有考慮,這樣會(huì)導(dǎo)致C的測(cè)量值與真實(shí)值相比將

,大氣壓p0測(cè)量值與真實(shí)值相比將

。(上述兩空均選填“偏大”“偏小”或“無影響”)

無影響偏小[例7]【實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新】

(2025·安徽合肥開學(xué)考試)日常生活中的許多現(xiàn)象,往往隱含著許多科學(xué)道理,如:a.自行車在烈日下暴曬,車胎容易發(fā)生爆炸;b.壓縮一段封閉在注射器內(nèi)的空氣,發(fā)現(xiàn)越壓縮越費(fèi)力。(1)關(guān)于一定質(zhì)量的氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān),小明做出了以下猜想:猜想一:可能與氣體的溫度有關(guān);猜想二:可能與氣體的體積有關(guān)。(2)為驗(yàn)證猜想一,小明進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)操作:①取一根長約為1m,一端封閉的細(xì)玻璃管,在室溫(20℃)下用水銀封閉一段空氣柱,將玻璃管豎直固定,并在玻璃管上標(biāo)出水銀柱下表面的位置,如圖甲所示。②將空氣柱浸入50℃的水中,待水銀柱不再上升后,往玻璃管內(nèi)注入水銀直到

為止。

標(biāo)記處【解析】

(2)②由于猜想一中要探究壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系,因此應(yīng)保持封閉氣體體積不變,將空氣柱浸入50℃的水中,待水銀柱不再上升后,往玻璃管內(nèi)注入水銀直到水銀柱回到標(biāo)記處為止,這樣可以通過比較水銀柱的長度來比較氣體壓強(qiáng)的大小。③再將空氣柱浸入80℃的水中,重復(fù)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中小明發(fā)現(xiàn)空氣柱的溫度越高,其上方的水銀柱也越長,由此可得出結(jié)論:一定質(zhì)量的氣體,體積一定,溫度越高,產(chǎn)生的壓強(qiáng)越

。

大【解析】

③由于②中水銀柱的長度比①中水銀柱的長度長,所以p1<p2,③中水銀柱又比②中的長,所以p2<p3,且①~③氣體的溫度是升高的,所以可得到“一定質(zhì)量的氣體,溫度越高,產(chǎn)生的壓強(qiáng)越大”的結(jié)論。(3)小明又利用傳感器設(shè)計(jì)了如圖乙的實(shí)驗(yàn)裝置,探究驗(yàn)證猜想二。①實(shí)驗(yàn)中,小明要控制氣體的溫度和

不變,改變

測(cè)量壓強(qiáng)。

質(zhì)量氣體的體積【解析】

(3)①探究猜想二中,要探究一定質(zhì)量的氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)與氣體體積的關(guān)系,應(yīng)控制氣體的溫度、質(zhì)量不變,改變氣體的體積,而測(cè)量壓強(qiáng)。②小明實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)如下:實(shí)驗(yàn)次數(shù)壓強(qiáng)p/Pa體積V/m3pV/(Pa·m3)11.59×1050.75×10-51.192521.20×1051.00×10-51.200030.97×1051.25×10-51.212540.75×1051.60×10-51.200050.60×1052.00×10-51.2000分析表中數(shù)據(jù),可得結(jié)論: