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热学实验——高考物理二轮复习实验清单大全
实验十六：用油膜法估测油酸分子的大小
考查频次：低。
【知识梳理】
一、实验目的
1．了解本实验的实验原理及所需要的器材，了解实验的注意事项。
2．会正确测出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油膜的面积。
3．会计算分子的大小，正确处理实验数据。
二、实验原理
如图所示，测出一滴油酸酒精溶液在水面上形成的单分子油膜面积，将油酸分子看成球形，用d＝计算出油膜的厚度，其中V为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，S为油膜面积，这个厚度d就是油酸分子的直径。
三、实验器材
清水、酒精、油酸、量筒、浅盘(边长约30～40 cm)、注射器(或滴管)、玻璃板(或有机玻璃板)、彩笔、痱子粉(或石膏粉)、坐标纸、容量瓶(500 mL)。
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，取油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500 mL刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分在酒精中溶解，这样就得到了500 mL含1 mL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＝算出每滴油酸酒精溶液的体积V0。
5．向浅盘里倒入约2 cm深的水，并将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上。
6．用注射器或滴管在水面上滴一滴油酸酒精溶液。
7．待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板(或有机玻璃板)放在浅盘上，并用彩笔在玻璃板上描画出油酸薄膜的形状。
四、数据处理
1．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1 cm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)。
2．根据油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，并代入公式d＝算出油酸薄膜的厚度d。
3．重复实验，多测几次油酸薄膜的厚度，求平均值，即为油酸分子的直径大小。
五、误差分析
产生原因 减小办法
偶然误差： (1)油酸酒精溶液配制后长时间放置，溶液的浓度改变，会给实验带来较大误差 (2)利用小格子数计算油膜轮廓面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差 (3)测量量筒内溶液增加1 mL 的滴数时，体积观测不准确会带来误差 (4)油膜轮廓的画线不准会带来误差 (1)为减小浓度的变化，可将配好的溶液密封 (2)计算轮廓范围内小格子个数时，不足半个格子的舍去，大于等于半个格子的算一个。方格边长的单位越小，计算出的面积越精确 (3)选用内径小的量筒，读数时平视 (4)画图时图线轮廓边缘清晰
系统误差： 将油酸分子看成球形且紧密排列，忽略了分子间隙 —
六、注意事项
1．油酸酒精溶液配制后不要长时间放置，以免浓度改变，产生误差。
2．注射器针头高出水面的高度应在1 cm之内，当针头靠水面很近(油酸酒精溶液未滴下)时，会发现针头下方的粉层已被排开，这是由于针头中酒精挥发所致，不影响实验效果。
3．实验之前要训练好滴法。
4．待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓，扩散后又收缩有两个原因：一是水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复，二是酒精挥发后液面收缩。
5．当重做实验时，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，这样可保持浅盘的清洁。
6．从浅盘的中央加痱子粉，使粉自动扩散至均匀，这是由以下两种因素所致：第一，加粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开；第二，粉粒之间的排斥。这样做比粉撒在水面上的实验效果好。
7．本实验只要求估算分子大小，实验结果数量级符合要求即可。
8．实验中所用的油酸及酒精都应取较纯药品，否则会影响结果。另外，实验中所有的容器必须洁净，不能有油污。
9．计算时注意单位和数量级，以及有效数字要求，细心求解、计算。
【试题练习】
1．在“油膜法估测分子大小”的实验中，将的纯油酸配制成的油酸酒精溶液，用注射器测得溶液为80滴，再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中，描出的油膜轮廓如图所示，每格边长是，根据以上信息，回答下列问题：
（1）1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为______；
（2）油酸分子的直径约为______m；（此小题保留一位有效数字）
（3）甲、乙、丙三位同学分别在三个实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，但都发生了操作错误。其中会导致所测的分子直径d偏小的是______。
A.甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值大一些
B.乙在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的细，每滴油酸酒精溶液的体积比原来的小
C.丙在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些
1．答案：（1）
（2）
（3）A
解析：（1）根据题意可知一滴溶液中含纯油的体积为
（2）由图示油膜可知，油膜所占坐标纸的格数约140个，油膜的面积为
则酸分子的直径约为
（3）根据
A.甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸浓度比计算值大了一些，算出的一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积比实际值小，导致所测的分子直径d偏小，故A正确；
B.乙同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的细，每滴油酸酒精溶液的体积比原来的小，则一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积变小，对应的油膜面积S变小，但体积还是按原来的细的算的，导致所测的分子直径d偏大，故B错误；
C.丙在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，则计算的油膜面积S比实际面积小一些，导致所测的分子直径d偏大，故C错误。
故选A。
2．（1）如图1反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的4个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是_______（用符号表示）；
（2）在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每1000mL溶液中有0.6mL油酸。用注射器测得1mL上述溶液有75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，画出油膜的形状。如图2所示，坐标纸中正方形方格的边长为1cm，试求：
①油酸膜的面积是_______;
②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是_______;
③按以上实验数据估测出油酸分子的直径是_______m。（结果保留两位有效数字）
（3）若阿伏加德罗常数为NA，油酸的摩尔质量为M。油酸的密度为ρ。则下列说法正确的是_______。
A.1kg油酸所含有分子数为 B.油酸所含分子数为
C.1个油酸分子的质量为 D.油酸分子的直径约为
2．答案：（1）bcad（2）;;（3）B
解析：（1）用“用油膜法估测分子的大小”的实验步骤为：配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径。因此操作先后顺序排列应是bcad。
（2）①图中油膜中大约有131个小方格，则油酸膜的面积为
②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为
③油酸分子的直径为
（3）A.1kg油酸所含有分子数为
故A错误；
B.油酸所含分子数为
故B正确；
C.1个油酸分子的质量为
故C错误；
D.设油酸分子的直径为d，则有
解得
故D错误。
故选B。
实验十七：探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系（气体实验定律）
考点平均卷面分：9；考查频次：中。
【知识梳理】
一、实验目的
探究一定质量的气体在温度不变的条件下的压强与体积的关系。
二、实验器材
注射器、橡胶塞、压力表。如图所示。
三、数据收集
(1)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。
(2)用手把柱塞向下压或向上拉，读出体积与压强的几组数据。
四、数据处理
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。处理实验数据时，要通过变换．即画p 图像，把双曲线变为直线，说明p和V成反比，如图所示。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，容易得出对实验研究有用相关的参数。
五、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，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。
六、注意事项
1．为保证气体密闭，应在活塞与注射器壁间涂上润滑油。
2．为保持气体温度不变，实验过程中不要用手握住注射器有密闭气体的部位；同时，改变体积过程应缓慢，以免影响密闭气体的温度。
3．注射器内外气体的压强差不宜过大。
4．在等温过程中，气体的p V图像呈现为双曲线，不便确定p与V的关系，要通过坐标变换，画p 图。
像，把双曲线变为直线，以便判断p和V成反比。
七、误差分析
1．橡胶套密封不严会使空气柱的质量变化引起误差。
2．实验过程环境温度变化或柱塞向下压或向上拉的过快会使空气柱的温度变化引起误差。
3．活塞直径的测量、空气柱长度的测量、气压计的读数等引起的误差。
【试题练习】
3．用图所示装置完成“探究气体等温变化的规律”实验。
（1）下列说法正确的是________。
A.实验时需要用手扶住注射器外壁
B.实验时缓慢地向上拉或向下压柱塞，是为了尽量减小注射器与柱塞间的摩擦
C.封闭一定质量的气体时，先要摘除橡胶套，拉动柱塞使之移到适当位置后，再用橡胶套封闭注射器的注射孔
（2）某实验小组进行了两次规范的实验，并由记录的数据作出了图像，如图甲、乙图线所示。若两次实验气体的质量一定，则气体温度______；若两次实验气体的温度不变，则气体质量______(两空均选填“>”、“<”或“＝”)。
3．答案：（1）C（2）>；>
解析：（1）A.实验时为防止温度发生变化，不能用手握注射器推拉柱塞，故A错误；
B.实验时缓慢地向上拉或向下压柱塞，是为了防止温度发生变化，故B错误；
C.在封闭一定质量的气体时，要先摘除橡胶套，拉动柱塞使之移到适当位置后，再用橡胶套封闭注射器的注射孔，故C正确。
故选C。
（2）在图象中，根据
可得
即离坐标原点越远的等温线温度越高，故
由克拉珀龙方程
式中m是气体的质量，M是摩尔质量，R是摩尔气体常量，可知在相同情况下，当温度T不变时，所选气体的质量m越大，pV值越大，可知
4．用如图所示的实验装置探究“一定质量的气体发生等温变化时压强与体积的关系”。将注射器活塞移动到体积最大的位置，接上软管和压强传感器，推动活塞压缩气体，分别记录注射器上的体积刻度V和传感器的示数p作为气体的体积和压强。
（1）为保证注射器内封闭气体的温度不发生明显变化，以下说法正确的是（多选）______。
A.要尽可能保持环境温度不变
B.实验过程中应缓慢地推动活塞
C.实验过程中要用手握紧注射器并快速推拉活塞
（2）经过多次测量，将所测数据绘制在坐标图上，可能得到的是______。
A. B.
C. D.
4．答案：（1）BC
（2）D
解析：（1）A.为保证注射器内封闭气体的温度不发生明显变化，要尽可能保持环境温度不变，选项A正确；
B.实验过程中应缓慢地推动活塞，选项B正确；
C.实验过程中用手握紧注射器并快速推拉活塞，这样气体的温度会发生变化，选项C错误。
故选BC。
（2）设软管内气体体积为，则
可得
则图像D正确。

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