高考物理一轮复习讲义专题15.4 本专题实验（原卷版）

专题15.4本专题实验【讲】【讲核心素养】科学探究：1、通过实验，估测油酸分子的大小。2、探究等温情况下一定质量气体压强与体能的关系。了解气体实验定律。知道理想气体模型。能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律。【讲考点题型】【知识一】会用油膜法估测油酸分子的大小1.实验原理实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小。当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸酒精溶液就在水面上散开，其中的酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成如图甲所示形状的一层纯油酸薄膜。如果算出一定体积的油酸酒精溶液在水面上形成的单分子油膜的面积，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纯油酸的体积，用S表示单分子油膜的面积，用d表示分子的直径，如图乙所示，则d＝eq\f(V,S)。2.实验器材盛水浅盘、注射器(或滴管)、容量瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或细石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。3.实验步骤(1)用稀酒精溶液及清水清洗浅盘，充分洗去油污、粉尘，以免给实验带来误差。(2)配制油酸酒精溶液，取纯油酸1mL，注入500mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500mL刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分溶解在酒精中，这样就得到了500mL含1mL纯油酸的油酸酒精溶液。(3)用注射器(或滴管)将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积Vn时的滴数n。(4)根据V0＝eq\f(Vn,n)算出每滴油酸酒精溶液的体积V0。(5)向浅盘里倒入约2cm深的水，并将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上。(6)用注射器(或滴管)将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。(7)待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上。(8)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S(求面积时以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)。(9)根据油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，并代入公式d＝eq\f(V,S)算出油酸薄膜的厚度d。(10)重复以上实验步骤，多测几次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子直径的大小。4.注意事项(1)注射器针头高出水面的高度应在1cm之内，当针头靠水面很近(油酸未滴下之前)时，会发现针头下方的粉层已被排开，这是针头中酒精挥发所致，不影响实验效果。(2)待测油酸薄膜扩散后又会收缩，要在油酸薄膜的形状稳定后再画轮廓。扩散后又收缩有两个原因：①水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；②酒精挥发后液面收缩。(3)当重做实验时，将水从浅盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样做可保持浅盘的清洁。(4)本实验只要求估测分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可。【例1】（2022·河北邢台·模拟预测）在用油膜法估测分子大小的实验中，将1mL油酸配制成2L的油酸酒精溶液。然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中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浅盘中滴下1滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图所示。坐标格的每个小正方形的边长为1cm。由以上信息可以估算出油酸分子的直径是______SKIPIF1<0（保留1位有效数字）。若因为油酸酒精溶液配好后没有使用，因为粗心没有将容器密封，两周后用此溶液做实验时，仍然以标称浓度处理数据，则测得的分子直径______（“偏大”、“偏小”、“准确”）。【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学探究。【变式训练1】（2022·海南海口·一模）（1）某同学用油膜法估测油酸分子的大小，下列说法或操作正确的是______。A．在量筒中只滴入一滴油酸酒精溶液，测出它的体积B．实验时先将油酸酒精溶液滴入水中，然后再撒上痱子粉C．计算油膜面积时只数完整的方格数，不是完整方格的不算D．痱子粉若撒得过多，分子直径的测量值会偏大（2）油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸1mL。用注射器抽得1mL上述溶液，共有液滴100滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上其形状如图所示，坐标中正方形小方格的边长为2cm。估测出油酸分子的直径是______m。（保留1位有效数字）【知识二】探究等温情况下一定质量气体压强与体能的关系1．实验器材：注射器、橡胶套、压力表(如图所示)2．实验数据的获取空气的压强p可以从仪器上方的压力表读出，空气柱的长度l可以在玻璃管侧的刻度尺上读出，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读出空气柱的长度与压强的几组数据．3．实验数据的处理在等温过程中，气体的压强和体积的关系在p－V图像中呈现为双曲线的一支，如图甲所示．处理实验数据时，要通过变换，即画p－eq\f(1,V)图像，把双曲线变为直线，说明p和V成反比，如图乙所示．这是科学研究中常用的数据处理的方法，因为一次函数反映的物理规律比较直接，容易得出相关的对实验研究有用的参数．4．实验结论一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比，所以p－V图线是双曲线的一支，但不同温度下的图线是不同的．如图是一定质量的气体分别在T1、T2温度下等温变化的p－V图线，其中温度较高的是T2.5．注意事项(1)本实验应用控制变量法，探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温过程)，气体的压强和体积的关系．(2)为保证等温变化，实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位．同时，改变体积过程应缓慢，以免影响密闭气体的温度．为保证气体密闭，应在活塞与注射器内壁间涂上润滑油，注射器内外气体的压强差不宜过大．【例2】（2022·上海·曹杨二中二模）在“用DIS研究温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”的实验中，某同学在环境温度保持SKIPIF1<0不变的情况下，按实验步骤，规范操作。他缓慢压缩注射器内气体的体积，采集数据并绘p-V图线，如图所示（其中实线是实验所得图线，虚线为一条双曲线）。①同学根据实验所采集数据，描点绘制p-SKIPIF1<0图像，得到的图像可能是()A．B．C．D．②实验图线所反映的p-V关系与玻意耳定律并不相符，出现这一现象的可能原因是_________________。【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学探究。【变式训练2】（2022·上海金山区世界外国语学校高三阶段练习）有同学在做“用DIS研究温度不变时气体的压强跟体积的关系”实验时，缓慢推动活塞，在使注射器内空气体积逐渐减小。实验完成后，计算机屏幕上显示出如图所示的p－V图线（其中实线是实验所得图线，虚线为一支参考双曲线）。（1）开始实验后，压强传感器________（选填“需要”或“不需要”）调零；（2）仔细观察不难发现，该图线与玻意耳定律不够吻合，造成这一现象的可能原因是：_________；（3）由于此图