高考物理一輪復習講義專題15.4 本專題實驗（解析版）

專題15.4本專題實驗【講】【講核心素養(yǎng)】科學探究：1、通過實驗，估測油酸分子的大小。2、探究等溫情況下一定質量氣體壓強與體能的關系。了解氣體實驗定律。知道理想氣體模型。能用分子動理論和統(tǒng)計觀點解釋氣體壓強和氣體實驗定律?！局v考點題型】【知識一】會用油膜法估測油酸分子的大小1.實驗原理實驗采用使油酸在水面上形成一層單分子油膜的方法估測分子的大小。當把一滴用酒精稀釋過的油酸滴在水面上時，油酸酒精溶液就在水面上散開，其中的酒精溶于水，并很快揮發(fā)，在水面上形成如圖甲所示形狀的一層純油酸薄膜。如果算出一定體積的油酸酒精溶液在水面上形成的單分子油膜的面積，即可算出油酸分子的大小。用V表示一滴油酸酒精溶液中所含純油酸的體積，用S表示單分子油膜的面積，用d表示分子的直徑，如圖乙所示，則d＝eq\f(V,S)。2.實驗器材盛水淺盤、注射器(或滴管)、容量瓶、坐標紙、玻璃板、痱子粉(或細石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩筆。3.實驗步驟(1)用稀酒精溶液及清水清洗淺盤，充分洗去油污、粉塵，以免給實驗帶來誤差。(2)配制油酸酒精溶液，取純油酸1mL，注入500mL的容量瓶中，然后向容量瓶內注入酒精，直到液面達到500mL刻度線為止，搖動容量瓶，使油酸充分溶解在酒精中，這樣就得到了500mL含1mL純油酸的油酸酒精溶液。(3)用注射器(或滴管)將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并記下量筒內增加一定體積Vn時的滴數(shù)n。(4)根據V0＝eq\f(Vn,n)算出每滴油酸酒精溶液的體積V0。(5)向淺盤里倒入約2cm深的水，并將痱子粉或細石膏粉均勻地撒在水面上。(6)用注射器(或滴管)將一滴油酸酒精溶液滴在水面上。(7)待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，并將油酸膜的形狀用彩筆畫在玻璃板上。(8)將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，算出油酸薄膜的面積S(求面積時以坐標紙上邊長為1cm的正方形為單位計算輪廓內正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個)。(9)根據油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V，并代入公式d＝eq\f(V,S)算出油酸薄膜的厚度d。(10)重復以上實驗步驟，多測幾次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即為油酸分子直徑的大小。4.注意事項(1)注射器針頭高出水面的高度應在1cm之內，當針頭靠水面很近(油酸未滴下之前)時，會發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開，這是針頭中酒精揮發(fā)所致，不影響實驗效果。(2)待測油酸薄膜擴散后又會收縮，要在油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后再畫輪廓。擴散后又收縮有兩個原因：①水面受油酸液滴沖擊凹陷后又恢復；②酒精揮發(fā)后液面收縮。(3)當重做實驗時，將水從淺盤的一側邊緣倒出，在這側邊緣會殘留油酸，可用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦去，再用清水沖洗，這樣做可保持淺盤的清潔。(4)本實驗只要求估測分子的大小，實驗結果的數(shù)量級符合要求即可。【例1】（2022·河北邢臺·模擬預測）在用油膜法估測分子大小的實驗中，將1mL油酸配制成2L的油酸酒精溶液。然后用滴管吸取這種溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面達到量筒中1mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水淺盤中滴下1滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜穩(wěn)定后，放在帶有正方形坐標格的玻璃板下觀察油膜，如圖所示。坐標格的每個小正方形的邊長為1cm。由以上信息可以估算出油酸分子的直徑是______SKIPIF1<0（保留1位有效數(shù)字）。若因為油酸酒精溶液配好后沒有使用，因為粗心沒有將容器密封，兩周后用此溶液做實驗時，仍然以標稱濃度處理數(shù)據，則測得的分子直徑______（“偏大”、“偏小”、“準確”）?！敬鸢浮?/p>

SKIPIF1<0

偏小【解析】由圖示油膜可知，油膜的面積為SKIPIF1<01滴溶液中含有油酸分子的體積SKIPIF1<0油酸分子的直徑為SKIPIF1<0未將容器密封，兩周后酒精揮發(fā)較多，導致油酸實際濃度變大，一滴溶液中實際所含油酸的體積變大，所以仍然以標稱濃度處理數(shù)據測得的分子直徑偏小?！舅仞B(yǎng)升華】本題考察的學科素養(yǎng)主要是科學探究?！咀兪接柧?】（2022·海南海口·一模）（1）某同學用油膜法估測油酸分子的大小，下列說法或操作正確的是______。A．在量筒中只滴入一滴油酸酒精溶液，測出它的體積B．實驗時先將油酸酒精溶液滴入水中，然后再撒上痱子粉C．計算油膜面積時只數(shù)完整的方格數(shù)，不是完整方格的不算D．痱子粉若撒得過多，分子直徑的測量值會偏大（2）油酸酒精溶液的濃度為每1000mL溶液中有純油酸1mL。用注射器抽得1mL上述溶液，共有液滴100滴。把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描出油膜的輪廓，隨后把玻璃板放在坐標紙上其形狀如圖所示，坐標中正方形小方格的邊長為2cm。估測出油酸分子的直徑是______m。（保留1位有效數(shù)字）【答案】

D

SKIPIF1<0##SKIPIF1<0【解析】（1）A．測量一滴油酸酒精溶液的體積時，應將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，當量筒內溶液體積達到一定量時，記下溶液體積Vn和滴數(shù)n，為便于計算，n可取整數(shù)滴（如100滴），由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積，故A錯誤；B．實驗時應先在淺盤的水中撒上痱子粉，再將油酸酒精溶液滴入水中，故B錯誤；C．計算油膜面積時，超過半格的算一格，不足半格的舍去，故C錯誤；D．痱子粉若撒得過多，則不利于油膜的散開，使油膜面積測量值偏小，從而使分子直徑的測量值會偏大，故D正確。故選D。（2）由題意可知1滴油酸酒精溶液所含純油酸的體積為SKIPIF1<0油膜面積為SKIPIF1<0估測出油酸分子的直徑是SKIPIF1<0【知識二】探究等溫情況下一定質量氣體壓強與體能的關系1．實驗器材：注射器、橡膠套、壓力表(如圖所示)2．實驗數(shù)據的獲取空氣的壓強p可以從儀器上方的壓力表讀出，空氣柱的長度l可以在玻璃管側的刻度尺上讀出，空氣柱的長度l與橫截面積S的乘積就是它的體積V.把柱塞緩慢地向下壓或向上拉，讀出空氣柱的長度與壓強的幾組數(shù)據．3．實驗數(shù)據的處理在等溫過程中，氣體的壓強和體積的關系在p－V圖像中呈現(xiàn)為雙曲線的一支，如圖甲所示．處理實驗數(shù)據時，要通過變換，即畫p－eq\f(1,V)圖像，把雙曲線變?yōu)橹本€，說明p和V成反比，如圖乙所示．這是科學研究中常用的數(shù)據處理的方法，因為一次函數(shù)反映的物理規(guī)律比較直接，容易得出相關的對實驗研究有用的參數(shù)．4．實驗結論一定質量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強p與體積V成反比，所以p－V圖線是雙曲線的一支，但不同溫度下的圖線是不同的．如圖是一定質量的氣體分別在T1、T2溫度下等溫變化的p－V圖線，其中溫度較高的是T2.5．注意事項(1)本實驗應用控制變量法，探究在氣體質量和溫度不變的情況下(即等溫過程)，氣體的壓強和體積的關系．(2)為保證等溫變化，實驗過程中不要用手握住注射器有氣體的部位．同時，改變體積過程應緩慢，以免影響密閉氣體的溫度．為保證氣體密閉，應在活塞與注射器內壁間涂上潤滑油，注射器內外氣體的壓強差不宜過大．【例2】（2022·上?！げ軛疃卸＃┰凇坝肈IS研究溫度不變時，一定質量的氣體壓強與體積的關系”的實驗中，某同學在環(huán)境溫度保持SKIPIF1<0不變的情況下，按實驗步驟，規(guī)范操作。他緩慢壓縮注射器內氣體的體積，采集數(shù)據并繪p-V圖線，如圖所示（其中實線是實驗所得圖線，虛線為一條雙曲線）。①同學根據實驗所采集數(shù)據，描點繪制p-SKIPIF1<0圖像，得到的圖像可能是()A．B．C．D．②實驗圖線所反映的p-V關系與玻意耳定律并不相符，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的可能原因是_________________?！敬鸢浮?/p>

D

實驗過程中出現(xiàn)了漏氣現(xiàn)象或記錄氣體體積時，漏記了連接注射器與壓強傳感器的軟管容積【解析】（1）由于推動活塞的過程中，壓強增加，但實際增加偏小，所以p-SKIPIF1<0圖像的圖線應向下彎曲，故選D。（2）由圖知壓縮氣體的過程中，壓強跟體積的乘積減小，造成這一現(xiàn)象的可能原因是實驗過程中出現(xiàn)了漏氣現(xiàn)象或記錄氣體體積時，漏記了連接注射器與壓強傳感器的軟管容積。【素養(yǎng)升華】本題考察的學科素養(yǎng)主要是科學探究。【變式訓練2】（2022·上海金山區(qū)世界外國語學校高三階段練習）有同學在做“用DIS研究溫度不變時氣體的壓強跟體積的關系”實驗時，緩慢推動活塞，在使注射器內空氣體積逐漸減小。實驗完成后，計算機屏幕上顯示出如圖所示的p－V圖線（其中實線是實驗所得圖線，虛線為一支參考雙曲線）。（1）開始實驗后，壓強傳感器________（選填“需要”或“不需要”）調零；（2）仔細觀察不難發(fā)現(xiàn)，該圖線與玻意耳定律不夠吻合，造成這一現(xiàn)象的可能原因是：_________；（3）由于此圖無法說明p與V的確切關系，所以改畫p－SKIPIF1<0圖像。根據上述誤差的圖像畫出的p－SKIPIF1<0圖像應當與下列哪個圖像最接近________；A．B．C．D．（4）根據你在（2）中的判斷，說明為了減小誤差，應采取的措施是：______________?！敬鸢浮?/p>

不需要

實驗時環(huán)境溫度降低了或注射器內的空氣向外泄漏

A

在恒溫環(huán)境下做實驗或在注射器活塞上涂上潤滑油增強密封性【解析】（1）“用DIS研究溫度不變時氣體的壓強跟體積的關系”實驗時，壓強傳感器需要校