2025新高考方案一輪物理第十四章 熱學(xué)第4講　熱力學(xué)定律與能量守恒定律

2025新高考方案一輪物理第十四章熱學(xué)第4講熱力學(xué)定律與能量守恒定律(綜合融通課)一、熱力學(xué)第一定律1．改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)；(2)。2．熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的與外界對(duì)它所做的功的和。(2)表達(dá)式：ΔU＝。(3)符號(hào)法則物理量WQΔU＋氣體體積減小外界對(duì)系統(tǒng)做功系統(tǒng)熱量?jī)?nèi)能－氣體體積增大系統(tǒng)對(duì)外界做功系統(tǒng)熱量?jī)?nèi)能二、熱力學(xué)第二定律1．熱力學(xué)第二定律的兩種表述(1)克勞修斯表述：熱量不能從低溫物體傳到高溫物體。(2)開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。2．熱力學(xué)第二定律的微觀意義：一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的增大的方向進(jìn)行。三、能量守恒定律1．內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體到別的物體，在轉(zhuǎn)化或的過(guò)程中，能量的總量保持不變。2．普適性：能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律。注意：(1)某一種形式的能(如：機(jī)械能)或幾種形式的能(如：動(dòng)能＋電勢(shì)能)是否守恒是有條件的。(2)第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的，它違背了能量守恒定律；第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違背了熱力學(xué)第二定律。理解判斷(1)做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì)是相同的。()(2)絕熱過(guò)程中，外界壓縮氣體做功20J，氣體的內(nèi)能一定減少20J。()(3)在給自行車打氣時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)打氣筒的溫度升高，這是因?yàn)榇驓馔矎耐饨缥鼰帷?)(4)可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功。()(5)熱機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能可以全部變?yōu)闄C(jī)械能而不引起其他變化。()(6)熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%。()(7)第一類永動(dòng)機(jī)遵守能量守恒定律，違背了熱力學(xué)第二定律。()逐點(diǎn)清(一)熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用1．對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解(1)做功和熱傳遞在改變系統(tǒng)內(nèi)能上是等效的。(2)做功過(guò)程是系統(tǒng)與外界之間的其他形式能量與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化。(3)熱傳遞過(guò)程是系統(tǒng)與外界之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。2．熱力學(xué)第一定律的三種特殊情況(1)若過(guò)程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU。(2)若過(guò)程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU。(3)若過(guò)程的初、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q。[考法全訓(xùn)]考法1對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解1．(2024年1月·吉林、黑龍江高考適應(yīng)性演練)某同學(xué)取一裝有少量水的塑料礦泉水瓶，旋緊瓶蓋，雙手快速擰搓擠壓水瓶。然后迅速擰松瓶蓋，瓶蓋被頂飛的同時(shí)瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)白霧，則()A．?dāng)D壓水瓶過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)氣體分子的平均動(dòng)能減小B．?dāng)D壓水瓶過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)氣體內(nèi)能不變C．瓶蓋被頂飛過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)氣體對(duì)外做功D．瓶蓋被頂飛過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)氣體溫度升高考法2熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用2．(魯科版教材選擇性必修3，P62練習(xí)T5)某汽車后備箱內(nèi)安裝有撐起箱蓋的裝置，它主要由汽缸和活塞組成，如圖所示。開(kāi)箱時(shí)，密閉于汽缸內(nèi)的壓縮氣體膨脹，將箱蓋頂起。在此過(guò)程中，若缸內(nèi)氣體與外界無(wú)熱交換，忽略氣體分子間的相互作用，則缸內(nèi)氣體()A．對(duì)外做正功，分子的平均動(dòng)能減小B．對(duì)外做正功，內(nèi)能增大C．對(duì)外做負(fù)功，分子的平均動(dòng)能增大D．對(duì)外做負(fù)功，內(nèi)能減小3．(2023·全國(guó)甲卷)(多選)在一汽缸中用活塞封閉著一定量的理想氣體，發(fā)生下列緩慢變化過(guò)程，氣體一定與外界有熱量交換的過(guò)程是()A．氣體的體積不變，溫度升高B．氣體的體積減小，溫度降低C．氣體的體積減小，溫度升高D．氣體的體積增大，溫度不變E．氣體的體積增大，溫度降低|考|教|銜|接|變化角度考教材對(duì)教材知識(shí)變化命題角度考查是高考命題的常用手段。以上兩題是這方面的典型代表，教材題從給定物理過(guò)程中分析氣體做功情況和內(nèi)能的變化情況，高考題則根據(jù)內(nèi)能變化尋找對(duì)應(yīng)的物理過(guò)程，高考題是對(duì)教材題的逆向命題，體現(xiàn)出高考命題的創(chuàng)新性。逐點(diǎn)清(二)熱力學(xué)第二定律的理解及應(yīng)用|題|點(diǎn)|全|練|1．熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是()A．只是部分宏觀過(guò)程具有方向性B．第二類永動(dòng)機(jī)既違背能量守恒定律，又違背熱力學(xué)第二定律C．熱量只能從高溫物體傳到低溫物體，不能從低溫物體傳到高溫物體D．根據(jù)熱力學(xué)定律，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%2．空調(diào)的工作原理如圖所示，以下表述正確的是()A．空調(diào)制冷的工作原理對(duì)應(yīng)的是熱力學(xué)第一定律的開(kāi)爾文表述B．空調(diào)的工作原理反映了熱傳導(dǎo)的方向性C．此原理圖中的Q1＝Q2D．此原理圖說(shuō)明熱量不能從低溫物體傳到高溫物體3．(2024·南京名校模擬)將一件裙子放進(jìn)死海，3年后成了一件精美的藝術(shù)品(如圖)，其形成原因是海水中的鹽不斷在衣服表面結(jié)晶。根據(jù)這一現(xiàn)象下列說(shuō)法不正確的是()A．結(jié)晶過(guò)程看似是自發(fā)的，其實(shí)要受到環(huán)境的影響B(tài)．結(jié)晶過(guò)程是無(wú)序向有序轉(zhuǎn)變的過(guò)程C．鹽在溶解的過(guò)程中熵是增加的D．這件藝術(shù)品被精心保存在充滿惰性氣體的密閉櫥窗里，可視為孤立系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間后，該藝術(shù)品的熵可能減小|精|要|點(diǎn)|撥|1．熱力學(xué)第二定律的含義(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助。(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響，如吸熱、放熱、做功等。在產(chǎn)生其他影響的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。2．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與的宏觀過(guò)程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性。逐點(diǎn)清(三)熱力學(xué)第一定律與氣體圖像的綜合應(yīng)用熱力學(xué)第一定律與氣體圖像綜合問(wèn)題的解題思路(1)根據(jù)氣體圖像的特點(diǎn)判斷氣體的溫度、體積的變化情況，從而判斷氣體與外界的吸、放熱關(guān)系及做功關(guān)系。(2)在p-V圖像中，圖線與V軸圍成的面積表示氣體對(duì)外界或外界對(duì)氣體做的功。(3)結(jié)合熱力學(xué)第一定律判斷有關(guān)問(wèn)題。[考法全訓(xùn)]考法1熱力學(xué)第一定律與氣體p-T圖像的綜合1．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)A時(shí)體積為1.0m3，經(jīng)歷A→B→C的過(guò)程，則整個(gè)過(guò)程中氣體()A．放出熱量0.5×105J B．放出熱量1.0×105JC．吸收熱量0.5×105J D．吸收熱量1.0×105J考法2熱力學(xué)第一定律與氣體V-T圖像的綜合2．(2024·濰坊模擬)(多選)如圖所示，一定質(zhì)量的某種理想氣體在狀態(tài)a時(shí)的壓強(qiáng)為p0。從狀態(tài)a到狀態(tài)c，該氣體從外界吸收的熱量為Q，在V-T圖像中圖線ca反向延長(zhǎng)線通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O，從狀態(tài)c到狀態(tài)b溫度不變，則()A．氣體在狀態(tài)c的體積為1.5V0B．氣體在狀態(tài)b的壓強(qiáng)為eq\f(2,3)p0C．從狀態(tài)a到狀態(tài)c，氣體對(duì)外界做功為－p0V0D．從狀態(tài)a到狀態(tài)b，氣體內(nèi)能的增加量為Q－p0V0考法3熱力學(xué)第一定律與氣體p-V圖像的綜合3．(2023·廣東高考)在駐波聲場(chǎng)作用下，水中小氣泡周圍液體的壓強(qiáng)會(huì)發(fā)生周期性變化，使小氣泡周期性膨脹和收縮，氣泡內(nèi)氣體可視為質(zhì)量不變的理想氣體，其膨脹和收縮過(guò)程可簡(jiǎn)化為如圖所示的p-V圖像，氣泡內(nèi)氣體先從壓強(qiáng)為p0、體積為V0、溫度為T0的狀態(tài)A等溫膨脹到體積為5V0、壓強(qiáng)為pB的狀態(tài)B，然后從狀態(tài)B絕熱收縮到體積為V0、壓強(qiáng)為1.9p0、溫度為TC的狀態(tài)C，B到C過(guò)程中外界對(duì)氣體做功為W。已知p0、V0、T0和W，求：(1)pB的表達(dá)式；(2)TC的表達(dá)式；(3)B到C過(guò)程，氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能變化了多少？逐點(diǎn)清(四)熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律綜合問(wèn)題的思維流程[應(yīng)用體驗(yàn)]1．(2023·新課標(biāo)卷)(多選)如圖，一封閉著理想氣體的絕熱汽缸置于水平地面上，用輕彈簧連接的兩絕熱活塞將汽缸分為f、g、h三部分，活塞與汽缸壁間沒(méi)有摩擦。初始時(shí)彈簧處于原長(zhǎng)，三部分中氣體的溫度、體積、壓強(qiáng)均相等?，F(xiàn)通過(guò)電阻絲對(duì)f中的氣體緩慢加熱，停止加熱并達(dá)到穩(wěn)定后()A．h中的氣體內(nèi)能增加B．f與g中的氣體溫度相等C．f與h中的氣體溫度相等D．f與h中的氣體壓強(qiáng)相等2．如圖甲所示，水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞對(duì)稱分布在曲軸兩側(cè)，在水平方向上左右運(yùn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在汽車的中心線上，兩側(cè)活塞產(chǎn)生的影響相互抵消，可使車輛行駛更加平穩(wěn)，同時(shí)節(jié)約能源、減少噪聲。圖乙為左側(cè)汽缸(圓柱形)簡(jiǎn)化示意圖。某次工廠測(cè)試某絕熱汽缸的耐壓性能，活塞橫截面積為S，在距汽缸底部3L處固定兩擋片，開(kāi)始時(shí)活塞底部到缸底的距離為L(zhǎng)，內(nèi)部密封一定質(zhì)量的理想氣體，氣體溫度為27℃。已知大氣壓強(qiáng)為p0，活塞右側(cè)與連桿相連，連桿對(duì)活塞始終有水平向左的恒定推力，大小為3p0S?，F(xiàn)緩慢給氣體加熱后，活塞向右滑動(dòng)，不計(jì)一切摩擦。求：(1)當(dāng)活塞底部距離缸底L時(shí)，氣體的壓強(qiáng)p1；(2)氣體溫度達(dá)到827℃時(shí)，氣體的壓強(qiáng)p2；(3)在第(2)問(wèn)條件下，如果此過(guò)程中氣體吸收的熱量為Q，求此過(guò)程中氣體內(nèi)能的增加量。3．如圖所示，是一個(gè)不規(guī)則的導(dǎo)熱容器，現(xiàn)想測(cè)量它的容積，在上方豎直插入一根兩端開(kāi)口、橫截面積是S的玻璃管，玻璃管下端與容器口處密封，玻璃管中有一小段水銀柱，水銀柱高度是h，水銀柱下端與容器口之間的距離是L1，此時(shí)環(huán)境溫度是T1、大氣壓強(qiáng)是p0且不變。當(dāng)把容器放在溫度為T2的熱水中，穩(wěn)定后水銀柱下端與容器口之間的距離變?yōu)長(zhǎng)2，氣體內(nèi)能改變量為ΔU，容器和玻璃管內(nèi)的氣體可以看成理想氣體，水銀密度為ρ，重力加速度為g。求：(1)這個(gè)不規(guī)則容器的容積；(2)氣體吸收的熱量。作業(yè)評(píng)價(jià)：請(qǐng)完成配套卷P460課時(shí)跟蹤檢測(cè)(七十)第5講實(shí)驗(yàn)：用油膜法估測(cè)油酸分子的大小(基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn))一、實(shí)驗(yàn)知能/系統(tǒng)歸納一、理清原理與操作實(shí)驗(yàn)原理操作要領(lǐng)1.利用油酸酒精溶液在平靜的水面上形成單分子油膜2.將油酸分子視為球形，測(cè)出一定體積油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積3.用d＝eq\f(V,S)計(jì)算出油膜的厚度(V為一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積，S為油膜面積)，這個(gè)厚度就近似為油酸分子的直徑1.配制油酸酒精溶液2.用注射器通過(guò)累積法得到1滴油酸酒精溶液的體積，再計(jì)算出1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V3.借助坐標(biāo)紙測(cè)量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積S二、掌握數(shù)據(jù)處理方法1．計(jì)算一滴溶液中油酸的體積：V＝eq\f(kV0,N)(mL)。V0為N滴油酸酒精溶液的體積，k為油酸的濃度。2．計(jì)算油膜的面積S：以邊長(zhǎng)為1cm的正方形為單位，計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)，大于半個(gè)的算一個(gè)，不足半個(gè)的舍去。3．計(jì)算油酸分子的直徑：d＝eq\f(V,S)(注意單位統(tǒng)一)。三、注意實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)1．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(溶液滴下之前)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開(kāi)，這是針頭中酒精揮發(fā)所致，不影響實(shí)驗(yàn)效果。2．待測(cè)油酸薄膜擴(kuò)散后又會(huì)收縮，要在油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后再畫輪廓。擴(kuò)散后又收縮有兩個(gè)原因：①水面受溶液液滴沖擊凹陷后又恢復(fù)；②酒精揮發(fā)后液面收縮。3．當(dāng)重做實(shí)驗(yàn)時(shí)，將水從淺盤的一側(cè)邊緣倒出，在這側(cè)邊緣會(huì)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(shí)驗(yàn)只要求估測(cè)油酸分子的大小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)量級(jí)符合要求即可。四、做好誤差分析1．純油酸體積的計(jì)算引起誤差。2．油膜面積的計(jì)算造成誤差。3．油膜形狀的邊界畫線造成誤差。4．油酸酒精溶液濃度的改變?cè)斐烧`差。二、應(yīng)用發(fā)展/練中融通1．在“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中：(1)下列說(shuō)法正確的是________。A．將油膜看成單分子層油膜是一種理想化假設(shè)B．實(shí)驗(yàn)中使用到油酸酒精溶液，其中酒精的作用是對(duì)油酸進(jìn)行稀釋C．用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，若100滴溶液的體積是1mL，則1滴溶液中含有油酸10－2mLD．在計(jì)算油膜面積時(shí)，只需要數(shù)出完整方格的數(shù)目，對(duì)不完整的方格均不計(jì)數(shù)(2)某老師為本實(shí)驗(yàn)配制油酸酒精溶液，實(shí)驗(yàn)室配備的器材有：面積為0.22m2的蒸發(fā)皿、滴管、量筒(50滴溶液滴入量筒體積約為1毫升)、純油酸和無(wú)水酒精若干。已知分子直徑數(shù)量級(jí)為10－10m，則該老師配制的油酸酒精溶液濃度(油酸與油酸酒精溶液的體積比)至多為_(kāi)_______‰(保留2位有效數(shù)字)。2．(2024·海口模擬)在用“油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中。(1)請(qǐng)選出并補(bǔ)齊必要的實(shí)驗(yàn)操作，并將它們按操作先后順序排列：A、_____________________、F。(用字母表示)(2)實(shí)驗(yàn)所用油酸酒精溶液的濃度為每104mL溶液中含有純油酸6mL，用注射器測(cè)得1mL上述溶液為80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，用筆在玻璃板上描出油膜的輪廓形狀，再把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀和尺寸如圖所示，坐標(biāo)中正方形方格的邊長(zhǎng)為1cm。①油膜的面積是________cm2。②按以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估測(cè)油酸分子的直徑為_(kāi)_________m(保留2位有效數(shù)字)。③利用單分子油膜法可以粗測(cè)分子的大小和阿伏加德羅常數(shù)。如果已知體積為V的一滴油酸在水面上散開(kāi)形成的單分子油膜的面積為S，這種油酸的密度為ρ，摩爾質(zhì)量為M，則阿伏加德羅常數(shù)的表達(dá)式為_(kāi)_____________。3．某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室用油膜法測(cè)油酸分子直徑，實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：①向體積V油＝6mL的油酸中加酒精，直至總量達(dá)到V總＝104mL；②用注射器吸?、僦杏退峋凭芤海阉坏我坏蔚氐稳胄×客仓?，當(dāng)?shù)稳雗＝75滴時(shí)，測(cè)得其體積恰好是V0＝1mL；③先往淺盤里倒入2cm深的水，然后將痱子粉均勻地撒在水面上；④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將事先準(zhǔn)備好的玻璃板放在淺盤上，并在玻璃板上描下油膜的形狀；⑤將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，如圖所示，數(shù)出輪廓范圍內(nèi)小方格的個(gè)數(shù)N，小方格的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)＝1cm。根據(jù)以上信息，回答下列問(wèn)題：(1)一滴油酸酒精溶液中含有油酸的體積為_(kāi)_______m3；油酸分子直徑為_(kāi)_________m。(以上結(jié)果均保留1位有效數(shù)字)(2)若75滴油酸酒精溶液的體積不足1mL，則最終的測(cè)量結(jié)果將偏______(選填“大”或“小”)。(3)若油酸酒精溶液長(zhǎng)時(shí)間靜置，則最終的測(cè)量結(jié)果將偏________(選填“大”或“小”)。4．油酸酒精溶液的濃度為每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.5mL，用滴管向量筒內(nèi)滴100滴上述溶液，量筒中的溶液體積增加1mL。若把一滴這樣的溶液滴入盛水的淺盤中，由于酒精溶于水，油酸在水面展開(kāi)，穩(wěn)定后形成單分子油膜的形狀如圖所示(以下計(jì)算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)。(1)若每一小方格的邊長(zhǎng)為10mm，則油膜的面積為_(kāi)___________m2。(2)每一滴油酸酒精溶液含有純油酸的體積為_(kāi)___________m3。(3)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估算出油酸分子的直徑為_(kāi)___________m。5．(1)在用油膜法估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)中，用移液管量取0.25mL油酸，倒入標(biāo)注250mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250mL的溶液。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(dá)到量筒中1mL的刻度，再用滴管取配好的油酸酒精溶液，向撒有痱子粉的盛水淺盤中滴下2滴溶液，在水面上形成油膜，待油膜穩(wěn)定后，放在帶有正方形坐標(biāo)格的玻璃板下觀察油膜，如圖甲所示。坐標(biāo)格的每個(gè)小正方形大小為2cm×2cm。由圖可以估算出油膜的面積是__________cm2，由此估算出油酸分子的直徑是________m(保留一位有效數(shù)字)。(2)為了盡可能準(zhǔn)確地估測(cè)出油酸分子的大小，下列哪些措施是可行的________。A．油酸濃度適當(dāng)大一些B．油酸濃度適當(dāng)小一些C．油酸擴(kuò)散后立即繪出輪廓圖D．油酸擴(kuò)散并待其收縮穩(wěn)定后再繪出輪廓圖(3)圖乙是用掃描隧道顯微鏡拍下的一個(gè)“量子圍欄”的照片：48個(gè)鐵原子在銅的表面排列成圓圈，構(gòu)成了“量子圍欄”。為了估算鐵原子直徑，查到以下數(shù)據(jù)：鐵的密度ρ＝7.8×103kg/m3，摩爾質(zhì)量M＝5.6×10－2kg·mol－1，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.0×1023mol－1。若將鐵原子簡(jiǎn)化為球體模型，鐵原子直徑的表達(dá)式d＝________，鐵原子直徑約為_(kāi)_________m(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。6．“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)步驟如下：A．將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，數(shù)出輪廓中的方格數(shù)(正方形小方格的邊長(zhǎng)為2cm)，求油膜面積S(如圖所示)B．將一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在盤上，用彩筆將油膜的形狀畫在玻璃板上C．向淺盤中裝入約2cm深的水，并撒上痱子粉或細(xì)石膏粉D．用所學(xué)公式求出油膜厚度，即油酸分子的直徑E．在1mL純油酸中加入酒精，至油酸酒精溶液總體積為1000mLF．用注射器或滴管將配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，測(cè)得60滴溶液體積為1mL(1)上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是：E_____________________________________________；(2)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是________________________mL；(保留2位有效數(shù)字)(3)根據(jù)上述數(shù)據(jù)及圖中的面積，估測(cè)出油酸分子的直徑是_______________________m；(保留2位有效數(shù)字)(4)在淺盤中的水面上撒上痱子粉，將1滴油酸酒精溶液滴入水中后，下列現(xiàn)象或判斷正確的是________；A．油膜的面積先擴(kuò)張后又稍微收縮了一些B．油膜的面積先快速擴(kuò)張后慢慢趨于穩(wěn)定(5)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)下列說(shuō)法正確的有________；A．選用油酸酒精溶液而不是純油酸，目的是讓油酸盡可能散開(kāi)，形成單分子油膜B．若油酸沒(méi)有充分散開(kāi)，油酸分子直徑的計(jì)算結(jié)果將偏小C．計(jì)算油膜面積時(shí)舍去了所有不足一格的方格，油酸分子直徑的計(jì)算結(jié)果將偏大D．在向量筒中滴入1mL油酸酒精溶液時(shí)，滴數(shù)少記了幾滴，油酸分子直徑的計(jì)算結(jié)果將偏小E．結(jié)束實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要將水從淺盤的一角倒出，在這個(gè)角的邊緣會(huì)遺留少許油酸。為了保持淺盤的清潔，不影響下次使用，可以用適量清水清洗，并用脫脂棉擦去。(6)該實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了理想化模型的思想，實(shí)驗(yàn)中我們的理想假設(shè)有________。A．把油酸分子視為球形B．油酸在水面上充分散開(kāi)形成單分子油膜C．油酸分子是緊挨著的沒(méi)有空隙D．油酸不溶于水第6講實(shí)驗(yàn)：探究氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系(基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn))一、實(shí)驗(yàn)知能/系統(tǒng)歸納一、理清原理與操作原理裝置圖保持環(huán)境溫度不變，緩慢改變活塞位置，讀出每次氣壓計(jì)的讀數(shù)和空氣柱的長(zhǎng)度(計(jì)算出氣體體積)操作要領(lǐng)(1)測(cè)量注射器活塞的直徑d，計(jì)算其橫截面積S＝eq\f(πd2,4)。(2)按實(shí)驗(yàn)原理圖安裝好儀器。(3)使活塞處于適當(dāng)?shù)奈恢?，安裝好橡膠套，密封一定質(zhì)量的空氣。(4)待活塞穩(wěn)定時(shí)，由氣壓計(jì)讀出注射器內(nèi)空氣的壓強(qiáng)p，從注射器的刻度上直接讀出注射器內(nèi)空氣柱的長(zhǎng)度L，計(jì)算出空氣柱的體積V＝SL，并記錄到設(shè)計(jì)好的表格內(nèi)。(5)保持溫度不變，把柱塞緩慢地向下壓或向上拉，讀取空氣柱的長(zhǎng)度(計(jì)算出空氣柱對(duì)應(yīng)的體積)與壓強(qiáng)的幾組數(shù)據(jù)，并記錄到設(shè)計(jì)好的表格內(nèi)。(6)實(shí)驗(yàn)完畢，整理實(shí)驗(yàn)儀器二、掌握數(shù)據(jù)處理方法以壓強(qiáng)p為縱坐標(biāo)、以體積V為橫坐標(biāo)作出p-V圖像，如圖甲所示，圖像呈現(xiàn)為雙曲線的一支；再以體積的倒數(shù)eq\f(1,V)為橫坐標(biāo)作出p-eq\f(1,V)圖像，如圖乙所示，把雙曲線變?yōu)橹本€，說(shuō)明p和V成反比。三、注意實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)1．為保證氣體密閉，應(yīng)在活塞與注射器壁間涂上潤(rùn)滑油。2．為保持氣體溫度不變，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要用手握住注射器有密閉氣體的部位；同時(shí)，應(yīng)緩慢改變氣體體積。3．注射器內(nèi)外氣體的壓強(qiáng)差不宜過(guò)大。4．在等溫過(guò)程中，氣體的p-V圖像呈現(xiàn)為雙曲線，不便確定p與V的關(guān)系，要通過(guò)坐標(biāo)變換，畫p-eq\f(1,V)圖像，把雙曲線變?yōu)橹本€，以方便判斷p和V成反比。四、做好誤差分析1．橡膠套密封不嚴(yán)會(huì)使空氣柱的質(zhì)量變化引起誤差。2．實(shí)驗(yàn)過(guò)程環(huán)境溫度變化、柱塞向下壓或向上拉得過(guò)快會(huì)使空氣柱的溫度變化引起誤差。3．活塞直徑的測(cè)量、空氣柱長(zhǎng)度的測(cè)量、氣壓計(jì)的讀數(shù)等引起的誤差。二、應(yīng)用發(fā)展/練中融通1．(2023·江蘇高考)在“探究氣體等溫變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。利用注射器選取一段空氣柱為研究對(duì)象。下列改變空氣柱體積的操作正確的是()A．把柱塞快速地向下壓B．把柱塞緩慢地向上拉C．在橡膠套處接另一注射器，快速推動(dòng)該注射器柱塞D．在橡膠套處接另一注射器，緩慢推動(dòng)該注射器柱塞2．(2023·山東高考)利用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置可探究等溫條件下氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺(tái)上，注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的空氣，下端通過(guò)塑料管與壓強(qiáng)傳感器相連?；钊隙斯潭ㄒ煌斜P，托盤中放入砝碼，待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄氣體壓強(qiáng)p和體積V(等于注射器示數(shù)V0與塑料管容積ΔV之和)。逐次增加砝碼質(zhì)量，采集多組數(shù)據(jù)并作出擬合曲線如圖乙所示?；卮鹨韵聠?wèn)題：(1)在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，圖乙中的擬合曲線為一條過(guò)原點(diǎn)的直線，說(shuō)明在等溫情況下，一定質(zhì)量的氣體________。A．p與V成正比 B．p與eq\f(1,V)成正比(2)若氣體被壓縮到V＝10.0mL，由圖乙可讀出封閉氣體壓強(qiáng)為_(kāi)_____Pa(保留3位有效數(shù)字)。(3)某組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時(shí)漏掉了ΔV，則在計(jì)算pV乘積時(shí)，他的計(jì)算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計(jì)算結(jié)果之差的絕對(duì)值會(huì)隨p的增大而_______(填“增大”或“減小”)。3．(2024·寧德模擬)在“探究氣體等溫變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。用注射器封閉一定質(zhì)量的空氣，連接到氣體壓強(qiáng)傳感器上，用傳感器測(cè)量封閉氣體的壓強(qiáng)，用注射器刻度讀出氣體體積。(1)多次改變封閉氣體的體積，測(cè)量出不同體積時(shí)氣體的壓強(qiáng)，用電腦記錄下來(lái)，并生成p-V圖像如圖乙所示，由圖可猜測(cè)p與V可能________。(選填“成正比”“成反比”或“不成比例”)(2)實(shí)驗(yàn)完成后，某同學(xué)作出的圖像如圖丙所示(其中實(shí)線為實(shí)驗(yàn)所得，虛線為參考雙曲線的一支)，造成這一現(xiàn)象的原因可能是________。A．操作實(shí)驗(yàn)時(shí)用手握住注射器B．實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度降低了C．注射器內(nèi)氣體向外泄漏D．有氣體進(jìn)入注射器內(nèi)4．(2024·石家莊高三調(diào)研)某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律，注射器中密封了一定質(zhì)量的氣體。(1)該同學(xué)測(cè)得封閉氣體的壓強(qiáng)p和體積V的多組數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描點(diǎn)作圖，作出的圖線如圖乙所示，由圖可知該同學(xué)選用的橫軸為_(kāi)_____________，圖線后半段向上彎曲可能的原因是________。(選填下列選項(xiàng)序號(hào))A．改變氣體體積時(shí)推拉活塞速度過(guò)快B．推拉活塞時(shí)，手握住注射器含有氣體的部分C．實(shí)驗(yàn)中有漏氣現(xiàn)象D．環(huán)境溫度降低(2)該小組改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)操作，避免了上述問(wèn)題，同時(shí)為能更準(zhǔn)確地測(cè)出氣體的壓強(qiáng)，直接用軟管連通注射器和壓強(qiáng)傳感器，測(cè)得多組封閉氣體的壓強(qiáng)p和體積V的數(shù)據(jù)后，作出eq\f(1,p)-V圖像如圖丙所示，圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因可能是__________________________________________________________________________