高考物理一輪復(fù)習(xí)講義專題15.4 本專題實(shí)驗(yàn)（解析版）

專題15.4本專題實(shí)驗(yàn)【講】【講核心素養(yǎng)】科學(xué)探究：1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)，估測(cè)油酸分子的大小。2、探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體能的關(guān)系。了解氣體實(shí)驗(yàn)定律。知道理想氣體模型。能用分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)解釋氣體壓強(qiáng)和氣體實(shí)驗(yàn)定律。【講考點(diǎn)題型】【知識(shí)一】會(huì)用油膜法估測(cè)油酸分子的大小1.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)采用使油酸在水面上形成一層單分子油膜的方法估測(cè)分子的大小。當(dāng)把一滴用酒精稀釋過(guò)的油酸滴在水面上時(shí)，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(shí)驗(yàn)器材盛水淺盤、注射器(或滴管)、容量瓶、坐標(biāo)紙、玻璃板、痱子粉(或細(xì)石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩筆。3.實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)帶來(lái)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?jī)?nèi)注入酒精，直到液面達(dá)到500mL刻度線為止，搖動(dòng)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(nèi)增加一定體積Vn時(shí)的滴數(shù)n。(4)根據(jù)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(xì)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(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積S(求面積時(shí)以坐標(biāo)紙上邊長(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)，不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一個(gè))。(9)根據(jù)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(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟，多測(cè)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(xiàng)(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(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，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水面受油酸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)分子的大小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)量級(jí)符合要求即可?！纠?】（2022·河北邢臺(tái)·模擬預(yù)測(cè)）在用油膜法估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)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(dá)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(biāo)格的玻璃板下觀察油膜，如圖所示。坐標(biāo)格的每個(gè)小正方形的邊長(zhǎng)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?yàn)橛退峋凭芤号浜煤鬀](méi)有使用，因?yàn)榇中臎](méi)有將容器密封，兩周后用此溶液做實(shí)驗(yàn)時(shí)，仍然以標(biāo)稱濃度處理數(shù)據(jù)，則測(cè)得的分子直徑______（“偏大”、“偏小”、“準(zhǔn)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(dǎo)致油酸實(shí)際濃度變大，一滴溶液中實(shí)際所含油酸的體積變大，所以仍然以標(biāo)稱濃度處理數(shù)據(jù)測(cè)得的分子直徑偏小?！舅仞B(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)探究。【變式訓(xùn)練1】（2022·海南?？凇ひ荒＃?）某同學(xué)用油膜法估測(cè)油酸分子的大小，下列說(shuō)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(cè)出它的體積B．實(shí)驗(yàn)時(shí)先將油酸酒精溶液滴入水中，然后再撒上痱子粉C．計(jì)算油膜面積時(shí)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(guò)多，分子直徑的測(cè)量值會(huì)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(biāo)紙上其形狀如圖所示，坐標(biāo)中正方形小方格的邊長(zhǎng)為2cm。估測(cè)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(cè)量一滴油酸酒精溶液的體積時(shí)，應(yīng)將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，當(dāng)量筒內(nèi)溶液體積達(dá)到一定量時(shí)，記下溶液體積Vn和滴數(shù)n，為便于計(jì)算，n可取整數(shù)滴（如100滴），由此計(jì)算出一滴油酸酒精溶液的體積，故A錯(cuò)誤；B．實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)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(cuò)誤；C．計(jì)算油膜面積時(shí)，超過(guò)半格的算一格，不足半格的舍去，故C錯(cuò)誤；D．痱子粉若撒得過(guò)多，則不利于油膜的散開，使油膜面積測(cè)量值偏小，從而使分子直徑的測(cè)量值會(huì)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(cè)出油酸分子的直徑是SKIPIF1<0【知識(shí)二】探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體能的關(guān)系1．實(shí)驗(yàn)器材：注射器、橡膠套、壓力表(如圖所示)2．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取空氣的壓強(qiáng)p可以從儀器上方的壓力表讀出，空氣柱的長(zhǎng)度l可以在玻璃管側(cè)的刻度尺上讀出，空氣柱的長(zhǎng)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(zhǎng)度與壓強(qiáng)的幾組數(shù)據(jù)．3．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理在等溫過(guò)程中，氣體的壓強(qiáng)和體積的關(guān)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，要通過(guò)變換，即畫p－eq\f(1,V)圖像，把雙曲線變?yōu)橹本€，說(shuō)明p和V成反比，如圖乙所示．這是科學(xué)研究中常用的數(shù)據(jù)處理的方法，因?yàn)橐淮魏瘮?shù)反映的物理規(guī)律比較直接，容易得出相關(guān)的對(duì)實(shí)驗(yàn)研究有用的參數(shù)．4．實(shí)驗(yàn)結(jié)論一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)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(zhì)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(xiàng)(1)本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用控制變量法，探究在氣體質(zhì)量和溫度不變的情況下(即等溫過(guò)程)，氣體的壓強(qiáng)和體積的關(guān)系．(2)為保證等溫變化，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要用手握住注射器有氣體的部位．同時(shí)，改變體積過(guò)程應(yīng)緩慢，以免影響密閉氣體的溫度．為保證氣體密閉，應(yīng)在活塞與注射器內(nèi)壁間涂上潤(rùn)滑油，注射器內(nèi)外氣體的壓強(qiáng)差不宜過(guò)大．【例2】（2022·上?！げ軛疃卸＃┰凇坝肈IS研究溫度不變時(shí)，一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)在環(huán)境溫度保持SKIPIF1<0不變的情況下，按實(shí)驗(yàn)步驟，規(guī)范操作。他緩慢壓縮注射器內(nèi)氣體的體積，采集數(shù)據(jù)并繪p-V圖線，如圖所示（其中實(shí)線是實(shí)驗(yàn)所得圖線，虛線為一條雙曲線）。①同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)所采集數(shù)據(jù)，描點(diǎn)繪制p-SKIPIF1<0圖像，得到的圖像可能是()A．B．C．D．②實(shí)驗(yàn)圖線所反映的p-V關(guān)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_________________。【答案】

D

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)了漏氣現(xiàn)象或記錄氣體體積時(shí)，漏記了連接注射器與壓強(qiáng)傳感器的軟管容積【解析】（1）由于推動(dòng)活塞的過(guò)程中，壓強(qiáng)增加，但實(shí)際增加偏小，所以p-SKIPIF1<0圖像的圖線應(yīng)向下彎曲，故選D。（2）由圖知壓縮氣體的過(guò)程中，壓強(qiáng)跟體積的乘積減小，造成這一現(xiàn)象的可能原因是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)了漏氣現(xiàn)象或記錄氣體體積時(shí)，漏記了連接注射器與壓強(qiáng)傳感器的軟管容積?！舅仞B(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)探究?！咀兪接?xùn)練2】（2022·上海金山區(qū)世界外國(guó)語(yǔ)學(xué)校高三階段練習(xí)）有同學(xué)在做“用DIS研究溫度不變時(shí)氣體的壓強(qiáng)跟體積的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，緩慢推動(dòng)活塞，在使注射器內(nèi)空氣體積逐漸減小。實(shí)驗(yàn)完成后，計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出如圖所示的p－V圖線（其中實(shí)線是實(shí)驗(yàn)所得圖線，虛線為一支參考雙曲線）。（1）開始實(shí)驗(yàn)后，壓強(qiáng)傳感器________（選填“需要”或“不需要”）調(diào)零；（2）仔細(xì)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(wú)法說(shuō)明p與V的確切關(guān)系，所以改畫p－SKIPIF1<0圖像。根據(jù)上述誤差的圖像畫出的p－SKIPIF1<0圖像應(yīng)當(dāng)與下列哪個(gè)圖像最接近________；A．B．C．D．（4）根據(jù)你在（2）中的判斷，說(shuō)明為了減小誤差，應(yīng)采取的措施是：______________?！敬鸢浮?/p>

不需要

實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度降低了或注射器內(nèi)的空氣向外泄漏

A

在恒溫環(huán)境下做實(shí)驗(yàn)或在注射器活塞上涂上潤(rùn)滑油增強(qiáng)密封性【解析】（1）“用DIS研究溫度不變時(shí)氣體的壓強(qiáng)跟體積的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，壓強(qiáng)傳感器需要校