第66讲 热学实验（讲义）（解析版）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考）

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02、知识导图，思维引航 \l "_Tc59" PAGEREF _Tc59 \h 2
\l "_Tc5326" 03、考点突破，考法探究 PAGEREF _Tc5326 \h 2
\l "_Tc26846" 考点一.热力学第一定律的理解及应用 PAGEREF _Tc26846 \h 2
\l "_Tc32391" 知识点一、热力学第一定律 PAGEREF _Tc32391 \h 3
\l "_Tc29299" 知识点二、对热力学第一定律的理解 PAGEREF _Tc29299 \h 3
\l "_Tc30885" 知识点三、热力学第一定律的三种特殊情况 PAGEREF _Tc30885 \h 3
\l "_Tc32283" 考向1 对热力学第一定律的理解 PAGEREF _Tc32283 \h 3
\l "_Tc11207" 考向2 热力学第一定律的应用 PAGEREF _Tc11207 \h 4
\l "_Tc5645" 考点二.热力学第二定律的理解及应用 PAGEREF _Tc5645 \h 5
\l "_Tc13581" 知识点二、热力学第二定律的含义 PAGEREF _Tc13581 \h 5
\l "_Tc22409" 知识点三、热力学第二定律的实质 PAGEREF _Tc22409 \h 5
\l "_Tc26321" 考点三.热力学第一定律与气体图像的综合应用 PAGEREF _Tc26321 \h 6
\l "_Tc13617" 考向1 热力学第一定律与气体p-T图像的综合 PAGEREF _Tc13617 \h 7
\l "_Tc29721" 考向2 热力学第一定律与气体V-T图像的综合 PAGEREF _Tc29721 \h 7
\l "_Tc7480" 考向3 热力学第一定律与气体p-V图像的综合 PAGEREF _Tc7480 \h 8
\l "_Tc1157" 考点四.热力学定律与气体实验定律的综合应用 PAGEREF _Tc1157 \h 8
04、真题练习，命题洞见 \l "_Tc10768" PAGEREF _Tc10768 \h 11
考点一.实验：用油膜法估测油酸分子的大小
知识点一、理清原理与操作
知识点二、掌握数据处理方法
1．计算一滴溶液中油酸的体积：V＝eq \f(kV0,N)(mL)。V0为N滴油酸酒精溶液的体积，k为油酸的浓度。
2．计算油膜的面积S：以边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，大于半个的算一个，不足半个的舍去。
3．计算油酸分子的直径：d＝eq \f(V,S)(注意单位统一)。
知识点三、注意实验细节
1．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(溶液滴下之前)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水面受溶液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．本实验只要求估测油酸分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可。
知识点四、做好误差分析
1．纯油酸体积的计算引起误差。
2．油膜面积的计算造成误差。
3．油膜形状的边界画线造成误差。
4．油酸酒精溶液浓度的改变造成误差。
考向一 实验原理与操作
1.在“油膜法估测分子直径”的实验中，我们通过宏观量的测量间接计算微观量。
(1)本实验利用了油酸分子易在水面上形成________(选填“单层”或“多层”)分子油膜的特性。若将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，这滴溶液中含有纯油酸体积为V，形成面积为S的油酸薄膜，则由此可估测油酸分子的直径为________。
(2)某同学实验中先取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液，测量并计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积后，接着又进行了下列操作：
A.将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上自由地扩展为形状稳定的油酸薄膜
B.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算油酸薄膜的面积
C.将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上
D.向浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上
以上操作的合理顺序是________(填字母代号)。
(3)该同学做完实验后，发现自己所测的分子直径d明显偏大。出现这种情况的原因可能是________。
A.将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算
B.油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化
C.水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开
D.计算油膜面积时，将不完整的方格作为完整方格处理
【答案】 (1)单层 eq \f(V,S) (2)DACB (3)AC
【解析】 (1)本实验利用了油酸分子易在水面上形成单层分子油膜的特性。若将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，这滴溶液中含有纯油酸体积为V，形成面积为S的油酸薄膜，则由此可估测油酸分子的直径为d＝eq \f(V,S)。
(2)实验中先在浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上；然后将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上自由地扩展为形状稳定的油酸薄膜；将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上；将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算油酸薄膜的面积。则合理的顺序是DACB。
(3)该同学做完实验后，发现自己所测的分子直径d明显偏大。根据d＝eq \f(V,S)可知，将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，则V偏大，测得的分子直径d偏大，选项A正确；油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度变大，实验数据处理仍然按照挥发前的浓度计算，即算出的纯油酸的体积偏小，则测得的分子直径偏小，选项B错误；水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，则S的测量值偏小，分子直径测量值偏大，选项C正确；计算油膜面积时，将不完整的方格作为完整方格处理，则S测量值偏大，分子直径测量值偏小，选项D错误。
考向二 实验数据处理与误差分析
2.巴蜀中学高二年级某学习小组用油膜法估测油酸分子的大小，实验中他们向1 mL纯油酸中添加酒精，配得油酸酒精溶液总体积为500 mL，接着用注射器向量筒内滴加80滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1 mL，把1滴这样的溶液滴入盛水的浅盘里，把玻璃板盖在浅盘上并描出油膜的轮廓，如图所示。
(1)已知每一个小正方形的边长为20 mm，则该油酸薄膜的面积为________m2(结果保留2位有效数字)。
(2)油酸分子的直径是________m(结果保留2位有效数字)。
(3)用注射器测得80滴油酸酒精的溶液为1 mL，不小心错记录为81滴，导致最终估测出的油酸分子直径________(选填“偏大”或“偏小”)。
【答案】 (1)3.0×10－2 (2)8.3×10－10 (3)偏小
【解析】 (1)由题图可读出超过半格的格数约为75小格，则油膜面积为
S＝75×20×20×10－6 m2＝3.0×10－2 m2。
(2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积
V＝eq \f(1,500)×eq \f(1,80) mL＝2.5×10－5 mL
油酸分子的直径为
d＝eq \f(V,S)＝eq \f(2.5×10－11,3.0×10－2) m≈8.3×10－10 m。
(3)用注射器测得80滴油酸酒精的溶液为1 mL，不小心错记录为81滴，则所得一滴酒精油酸溶液的体积将偏小，从而使油酸的体积偏小，最终导致所测分子直径偏小。
3.某同学在实验室用油膜法测油酸分子直径。
(1)该实验的科学依据是________
A.将油膜看成单分子油膜
B.不考虑各个油酸分子间的间隙
C.考虑各个油酸分子间的间隙
D.将油酸分子看成球形
(2)实验主要步骤如下：
①向体积V油＝6 mL的油酸中加酒精，直至总量达到V总＝104 mL；
②用注射器吸取①中油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入n＝75滴时，测得其体积恰好是V0＝1 mL；一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为________m3；
③先往浅盘里倒入2 cm深的水，然后将爽身粉均匀地撒在水面上；
④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描下油酸膜的形状；
⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图所示，数出轮廓范围内小方格的个数N，小方格的边长为L＝1 cm。
(3)由图可知油膜面积为________m2；计算出油酸分子直径为________m(以上结果均保留2位有效数字)。
(4)若滴入75滴油酸酒精溶液的体积不足1 mL，则最终的测量结果将________(选填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
【答案】 (1)ABD (2)②8×10－12 (3)1.3×10－2 6.1×10－10 (4)偏大
【解析】 (1)将油膜看成单分子油膜，油膜是呈单分子分布的，单分子油膜的厚度等于分子的直径，A正确；不考虑各个油酸分子间的间隙，认为这些油酸分子是一个一个紧挨在一起的，分子之间没有间隙，B正确，C错误；将油酸分子看成球形，测出油酸的体积V和形成单分子油膜的面积S，单分子油膜的厚度d＝eq \f(V,S)，可以认为厚度等于分子的直径，D正确。
(2)②一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为
V＝eq \f(1,75)×eq \f(6,104) mL＝8×10－6 mL＝8×10－12 m3。
(3)由题图可知油膜面积为S＝1.3×10－2 m2
油酸分子的直径为
d＝eq \f(V,S)＝eq \f(8×10－12,1.3×10－2) m＝6.1×10－10 m。
(4)若滴入75滴油酸酒精溶液的体积不足1 mL，则代入计算的纯油酸的体积偏大，可知测量结果偏大。
考点二.实验：探究气体压强与体积的关系
知识点一、理清原理与操作
知识点二、掌握数据处理方法
以压强p为纵坐标、以体积V为横坐标作出p-V 图像，如图甲所示，图像呈现为双曲线的一支；再以体积的倒数eq \f(1,V)为横坐标作出p-eq \f(1,V)
图像，如图乙所示，把双曲线变为直线，说明p和V成反比。
知识点三、注意实验细节
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，应缓慢改变气体体积。
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 -eq \f(1,V) 图像，把双曲线变为直线，以方便判断p和V成反比。
知识点四、做好误差分析
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、柱塞向下压或向上拉得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。
考向一 教材原型实验
1.某实验小组用如图甲所示实验装置来“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”。
(1)关于该实验，下列说法正确的是________。
A.实验时应快速推拉活塞以避免气体与外界发生热交换
B.无需测出封闭气体的质量
C.推拉活塞时，应用手握住整个注射器以使装置更稳定
(2)为了探究气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律，他们进行了两次实验，得到的p－V图像如图乙所示，由图可知两次实验气体的温度大小关系为T1________T2(选填“＜”“＝”或“＞”)。
(3)为了能直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系，应作出________(选填“p－V”或“p－eq \f(1,V)”)图像，对图线进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条________，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。
【答案】 (1)B (2)＞ (3)p－eq \f(1,V) 过原点的倾斜直线
【解析】 (1)实验时应缓慢推拉活塞使气体与外界发生热交换保持气体温度不变，A错误；本实验，只需测出气体压强和对应体积，不需要测出封闭气体的质量，B正确；推拉活塞时，不能用手握住整个注射器，避免气体与外界发生热交换，C错误。
(2)在p－V图像中，根据eq \f(pV,T)＝C，可得pV＝CT，可知离坐标原点越远的等温线温度越高，则有T1>T2。
(3)根据eq \f(pV,T)＝C，可得p＝CT·eq \f(1,V)，为了能直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系，应作出p－eq \f(1,V)图像；对图线进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条过原点的倾斜直线，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。
2.某实验小组用如图甲所示装置探究气体做等温变化的规律。已知压力表通过细管与注射器内的空气柱相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。从压力表上读取空气柱的压强，从注射器旁的刻度尺上读取空气柱的长度。
(1)实验时，为判断气体压强与体积的关系，________(填“需要”或“不需要”)测出空气柱的横截面积。
(2)关于该实验，下列说法正确的是______。
A.为避免漏气，可在柱塞上涂抹适量润滑油
B.实验中应快速推拉柱塞，以免气体进入或漏出注射器
C.为方便推拉柱塞，应用手握紧注射器再推拉柱塞
D.柱塞移至某位置时，应快速记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值
(3)测得注射器内封闭气体的几组压强p和体积V的值后，以p为纵轴、eq \f(1,V)为横轴，作出图像如图乙所示。图像向下弯曲的可能原因有________。
A.实验过程中有进气现象
B.实验过程中有漏气现象
C.实验过程中气体温度降低
D.实验过程中气体温度升高
【答案】 (1)不需要 (2)A (3)BC
【解析】 (1)横截面积相同，每一次体积的改变，只需要比较空气柱长度的变化即可，故不需要测量空气柱的横截面积。
(2)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是注射器柱塞上涂上润滑油防止漏气，故A正确；若快速推拉柱塞，则有可能造成等温条件的不满足，所以应缓慢推拉柱塞，故B错误；手握紧注射器会导致温度的变化，故C错误；柱塞移至某位置时，应等状态稳定后，记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值，故D错误。
(3)图像发生了弯曲，则有可能是实验中温度发生了变化，因图像向下弯曲，有可能是温度降低了，故C正确，D错误；图线的斜率k＝pV，根据pV＝nRT可知，如果温度不变，则说明气体的质量变小了，发生了漏气现象，故B正确，A错误。
考向二 实验创新拓展
3.用DIS研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图4所示，实验步骤如下：
①把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接；
②移动活塞，记录注射器的刻度值V，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p；
③用V－eq \f(1,p)图像处理实验数据，得出如图5所示图线；
(1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是
___________________________________________________________________；
(2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是________________和_________________________________________________________________；
(3)如果实验操作规范正确，但如图所示的V－eq \f(1,p)图线不过原点，则V0代表
__________________________________________________________________。
(4)小明同学实验时缓慢推动活塞，并记录下每次测量的压强p与注射器刻度值V。在实验中出现压强传感器软管脱落，他重新接上后继续实验，其余操作无误。V－eq \f(1,p)关系图像应是________。
【答案】 (1)在注射器活塞上涂润滑油 (2)移动活塞要缓慢 不能用手握住注射器封闭气体部分 (3)注射器与压强传感器连接部位的气体体积
(4)B
【解析】 (1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是在注射器活塞上涂润滑油。
(2)为了保证温度不变，应减小外界做功以及外部热量影响，故在实验中移动活塞要缓慢；不能用手握住注射器封闭气体部分。
(3)根据理想气体状态方程eq \f(pV,T)＝C可知，实验数据画出的V－eq \f(1,p)图线是过坐标原点的直线。在实际的实验过程中实验操作规范正确，根据实验数据画出如图5所示的V－eq \f(1,p)图线不过坐标原点，该图线的方程为V＝k·eq \f(1,p)－b，说明试管中气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验的器材可知，截距V0代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积。
(4)根据pV＝C可知V＝eq \f(C,p)，当质量发生改变后(设质量变大)，V与eq \f(1,p)仍成正比，斜率比原来大，画出脱落后测得的实验数据的那部分V－eq \f(1,p)图线如图B所示，故B正确。
1．（2023·江苏·高考真题）在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是（ ）

A．把柱塞快速地向下压
B．把柱塞缓慢地向上拉
C．在橡胶套处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞
D．在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞
【答案】B
【详解】因为该实验是要探究气体等温变化的规律；实验中要缓慢推动或拉动活塞，目的是尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变；为了方便读取封闭气体的体积不需要在橡胶套处接另一注射器。
故选B。
2．（2023·山东·高考真题）利用图甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上，注射器内封闭一定质量的空气，下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘，托盘中放入砝码，待气体状态稳定后，记录气体压强和体积（等于注射器示数与塑料管容积之和），逐次增加砝码质量，采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。

回答以下问题：
（1）在实验误差允许范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况下，一定质量的气体 。
A．与成正比 B．与成正比
（2）若气体被压缩到，由图乙可读出封闭气体压强为 （保留3位有效数字）。
（3）某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了，则在计算乘积时，他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随的增大而 （填“增大”或“减小”）。
【答案】 B 增大
【详解】（1）[1]在实验误差允许范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况下，一定质量的气体，与成正比。
故选B。
（2）[2]若气体被压缩到，则有
由图乙可读出封闭气体压强为
（3）[3]某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了，则在计算乘积时，根据
可知他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随的增大而增大。
3．（上海·高考真题）在油膜实验中，均匀撒痱子粉有利于形成 ，便于记录数据。将一滴体积为V的油酸酒精溶液滴入水中油膜充分散开后面积为S，溶液的浓度为n，估算该油酸分子的直径为 。
【答案】 油酸分子层在水中边界清晰的轮廓
【详解】[1][2]在油膜实验中，均匀撒痱子粉有利于形成油酸分子层在水中边界清晰的轮廓，便于记录油酸分子层的面积。纯油酸的体积
油酸分子直径
4．（全国·高考真题）用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是 ．实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以 ．为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是 ．
【答案】 使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜 把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出1mL油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积 油膜稳定后得表面积S．
【详解】油膜法测量分子大小需要形成单分子油膜，故而需要减少油酸浓度；一滴油酸的体积非常微小不易准确测量，故而使用累积法，测出N滴油酸溶液的体积V，用V与N的比值计算一滴油酸的体积；由于形成单分子油膜，油膜的厚度h可以认为是分子直径，故而还需要测量出油膜的面积S，以计算厚度.
考情分析
2024·重庆·高考物理第1题
2024·北京·高考物理第2题
2024·山东 ·高考物理第3题
2024·海南 ·高考物理第8题
2024·河北 ·高考物理第9题
2024·新课标 ·高考物理第21题
2024·河北 ·高考物理第9题
2024·贵州 ·高考物理第14题
2024·浙江 ·高考物理第14题
复习目标
目标1.知道油膜法估测油酸分子的大小的原理。
目标2.掌握用油膜法估测油酸分子的大小的方法。
目标3.学会探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系。
目标4.会用图像法处理实验数据。
实验原理
操作要领
1.利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜
2.将油酸分子视为球形，测出一定体积油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积
3.用d＝eq \f(V,S)计算出油膜的厚度(V为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，S为油膜面积)，这个厚度就近似为油酸分子的直径
1.配制油酸酒精溶液
2.用注射器通过累积法得到1滴油酸酒精溶液的体积，再计算出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V
3.借助坐标纸测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S
原理装置图
保持环境温度不变，缓慢改变活塞位置，读出每次气压计的读数和空气柱的长度(计算出气体体积)
操作要领
(1)测量注射器活塞的直径d，计算其横截面积S＝eq \f(πd2,4)。
(2)按实验原理图安装好仪器。
(3)使活塞处于适当的位置，安装好橡胶套，密封一定质量的空气。
(4)待活塞稳定时，由气压计读出注射器内空气的压强p，从注射器的刻度上直接读出注射器内空气柱的长度L，计算出空气柱的体积V＝SL，并记录到设计好的表格内。
(5)保持温度不变，把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度(计算出空气柱对应的体积)与压强的几组数据，并记录到设计好的表格内。
(6)实验完毕，整理实验仪器