考向四 热学实验

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专题十七 实验
考向四 热学实验
2025年高考物理专题复习资料
考点切片
考点1 用油膜法估测油酸分子的大小
1.（2024北京模拟）做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。
（1） 下列实验步骤的正确顺序是_______（填写实验步骤前的序号）。
.往边长约为的浅盘里倒入约 深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地
撒在水面上
.用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定
.将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积，根据油酸的体积
和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小
.用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定
体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再根据油酸酒精溶液的浓度计算
出油酸的体积
.将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上
【解析】 实验过程应先用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记
下量筒内每增加一定体积时的滴数,由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积,再根据油酸酒
精溶液的浓度计算出油酸的体积,后往边长约为的浅盘里倒入约 深的水,待水
面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上,再用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴
一滴在水面上,待薄膜形状稳定,随后将玻璃板放在浅盘上,然后将油酸膜的形状用彩笔描
绘在玻璃板上,最后将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上,计算出油酸膜的面积,根
据油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小。即实验步骤的正确顺序是
。（2）根据数格子的办法,多于半格算一格,少于半格舍去,油膜的总格数为71格,则
油膜总面积为。由于所用油酸酒精溶液每体积溶液中有纯油酸体积 ,则油
酸的体积分数为,用注射器和量筒测得体积为的上述溶液有 滴,则一滴溶液中纯
油酸的体积为,油酸分子直径为,联立解得 。
（2） 实验中，所用油酸酒精溶液每体积溶液中有纯油酸体积 ，用注射器和量筒测得
体积的上述溶液有 滴，把一滴该溶液滴入盛水的撒有痱子粉的浅盘中，待水面稳定后，
得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中每个小正方形格的边长为 ，则油酸薄膜
的面积______；可求得油酸分子的直径为_ ____（用、、、、 表示）。
（3） 某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大，可能是因为____（多选，填标
号）。
BC
A.油膜中含有大量未溶解的酒精
B.计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
C.水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开
D.用注射器和量筒测 体积溶液滴数时多记录了几滴
【解析】
油膜中含有大量未溶解的酒精,导致油膜面积测量值偏大,则油酸分子 直径测量值偏小 A（ ）
计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格,导致油膜面积测量值偏 小,则油酸分子直径测量值偏大 B（√）
水面上痱子粉撒得太多,油膜没有充分展开,导致油膜面积测量值偏小, 则油酸分子直径测量值偏大 C（√）
用注射器和量筒测 体积溶液滴数时多记录了几滴,导致油酸体积测量 值偏小,则油酸分子直径测量值偏小 D（ ）
考点2 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
2.（2023山东卷）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___。
B
A.与成正比 B.与 成正比
【解析】 在实验误差允许范围内,题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。
（2） 若气体被压缩到,由图乙可读出封闭气体压强为___________
（结果保留3位有效数字）。
【解析】 若气体被压缩到,则有 ,由题图乙
可读出封闭气体的压强为 。
（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______
（选填“增大”或“减小”）。
增大
【解析】 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。
觉醒集训
1.（2024湖北华中师大一附中模拟）某同学探究“在小车质量不变的情况下，小车的加
速度与合外力 的关系”。
（1） 如图甲所示，实验中利用位移传感器间接测
量加速度 ，其方法是由静止释放小车，通过位移传
感器发射红外线脉冲和超声波脉冲的传播速度不同
来测量小车距离，从而得到发射端到接收端的距离
随时间变化的图像如图乙所示，则 时，小
车的速度大小为_____ ，小车的加速度大小为
_____ 。（结果均保留2位有效数字）
0.10
0.10
【解析】 题图乙中,图像的斜率表示速度,则
时,小车的速度大小为,根据速度公式有 ,解
得 。
（2） 图丙表示发射红外线脉冲和超声波脉冲时刻，图丁表示接收红外线脉冲和超声波
脉冲时刻，图中脉冲2表示____________（选填“红外线脉冲”或“超声波脉冲”）。已知
脉冲1和2在空气中的传播速度分别为和，结合图中时刻和 ，计算机利用公式
___________运算即可得到发射端到接收端的距离。
超声波脉冲
【解析】 红外线脉冲的传播速度等于光速,超声波是一种机械波,光速 远远大于超声波
的传播速度,即红外线在短距离内从发射到接收的时间近似为0,相对于红外线而言,超声
波在短距离内从发射到接收的时间较长,可知,脉冲2表示超声波脉冲。结合上述,根据题
图丙、丁可知,超声波传播的时间为,发射端到接收端的距离 ,解得
。
（3） 实验前需要补偿小车运动的阻力，其具体操作是________，
轻推小车，得到 图像为一条倾斜直线。
见解析
【解析】 补偿小车运动的阻力,即构建斜面,使小车重力沿斜面的分力与阻力平衡,其具
体操作是将轨道有位移传感器的一端适当垫高,不挂钩码,轻推小车,得到 图像为一条
倾斜直线。
2.（2025广西河池模拟）小华同学利用图甲所示实验装置来验证机械能守恒定律。所用
器材包括:装有声音传感器的智能手机、铁球、刻度尺、钢尺等。实验操作步骤如下:
.将钢尺伸出水平桌面少许，用刻度尺测出钢尺上表面与地板间的高度差
.将质量为 的铁球放在钢尺末端，保持静止状态
.将手机位于桌面上方，运行手机中的声音“振幅”（声音传感器）项目
.迅速敲击钢尺侧面，铁球自由下落
.传感器记录声音振幅随时间的变化曲线
（1） 声音振幅随时间的变化曲线如图乙所示，第一、第二个尖峰的横坐标分别对应敲
击钢尺和铁球落地的时刻，则铁球下落的时间间隔_____ 。
0.40
【解析】 由题图乙可知,时间间隔为 。
（2） 若铁球下落过程中机械能守恒，则应满足等式:_ ____（用、、 表示）。
【解析】 铁球下落过程中,设下落时间为,落地速度为 ,根据匀变速直线运动中间时刻
的速度等于平均速度可得,则,铁球增加的动能为 ,下落
过程中铁球减小的重力势能为 ,若铁球下落过程中机械能守恒,则应满足等式
。
（3） 若敲击钢尺侧面时铁球获得一个较小的水平速度，对实验测量结果______
（选填“有”或“没有”）影响。
没有
【解析】 铁球在竖直方向上做自由落体运动,铁球下落的时间由高度决定,若敲击钢尺侧
面时铁球获得一个较小的水平速度,不会影响铁球的落地时间,故对实验测量结果没有影响。
（4） 小明同学认为应将手机放在钢尺与地板间的中点附近测量时间。你认为哪位同学
的时间测量结果更准确，请简要说明理由________________。
小明,理由见解析
【解析】 小明,因为将手机放在钢尺与地板间的中点附近测量时间,两次手机接收声音滞
后的时间几乎相等,时间间隔测量更准确。
（5） 若已知铁球质量为， ，则下落过程中铁球减小的重力势能
______，增加的动能______ （结果均保留3位有效数字）。据此可以得到
的实验结论:在误差允许的范围内，铁球在自由下落过程中机械能守恒。
0.760
0.722
【解析】 下落过程中铁球减小的重力势能为
,下落过程中铁球增加的动能为
。
3.（2024山西太原模拟）某研究小组对铭牌如图甲所示的移动电源进行研究，设计的实
验电路如图乙，电源内阻不超过 ，除开关和导线外，可选用的其他实验器材有:
A.电压表（量程，内阻 未知）
B.毫安表（量程，内阻 ）
C.定值电阻（阻值 ）
D.定值电阻（阻值 ）
E.滑动变阻器（阻值范围 ）
F.滑动变阻器（阻值范围 ）
（1） 为准确、方便地测出该移动电源的内阻，定值电阻应该选择___，保护电阻
应该选择___，滑动变阻器 应该选择___（填相应器材前的字母标号）。
C
D
【解析】 根据题图甲可知,移动电源的最大输出电压为,最大输出电流为 ,为了确保
毫安表的精度与安全,需要将毫安表改装成大量程电流表,若定值电阻选择 ,则改
装电流表的量程为,若定值电阻选择 ,此时改装电流表的
量程约为,题表电流可取到,达不到要求,定值电阻选择C,保护电阻 适当
大一些,选择D。为了使得测量数据的连续性强及操作方便,滑动变阻器总阻值选择与保
护电阻、电源内阻的阻值相差不太大的,即滑动变阻器选择 的 。
（2） 根据实验室提供的器材，电压表应接在___（选填“”或“ ”）处。该组同学实验
前进行了理论分析，电压表接在、点对应的电压表示数与改装电流表的示数 的
图像应如图丙所示，图像的延长线与坐标轴交于、、、 ，电动势可表示
为___，内阻可表示为_ ______________________（结果选用、、、、、 、
中的字母表示）。
或
【解析】 电流表内阻已知,为了精确测量,电压表应接在处,电压表接在 处时的系统误
差在于电压表的分流,测量的是保护电阻与电源串联后再与电压表并联等效新电源的电
动势与内阻,电动势与内阻的测量值均小于真实值,电压表接在 处时的系统误差在于电流
表的分压,测量的是电流表与保护电阻、电源串联等效新电源的电动势与内阻,电动势的
测量值等于真实值,内阻的测量值均大于真实值,可知,电压表接在处时的图线为 ,电
压表接在处时的图线为,可知电源电动势为 ,根据闭合电路欧姆定律有
,结合上述,电压表接在 处时测量的是电流表与保护电阻、电源串联等效新
电源的内阻,结合图线有,解得 ,由于电压
表接在处时的系统误差在于电压表的分流,分流值为,当时, ,即当电
流表与滑动变阻器整体被短路时,测量数据点与真实数据点相同。
电压表接在处时的系统误差在于电流表的分压,分压值为,当电流 时,
,即当断路时,测量数据点与真实数据点相同。可知,题图丙中, 坐标测
量值等于真实值,则这两点
连线为理论的图像,该连线的斜率等于电源与串联的总电阻,则有 ,解得
,综合上述可知或 。
图丁
（3） 该组同学实际操作完成实验后，用计
算机处理数据如图丁，发现理论上 图
像的、 点几乎就要重合，出现这种现象
可能的原因是____________。
0.20 3.90 0.20 3.91
0.26 3.50 0.26 3.59
0.32 3.25 0.32 3.30
0.38 2.95 0.38 3.01
0.44 2.55 0.44 2.69
0.50 2.21 0.50 2.40
0.56 1.87 0.56 2.05
【解析】 结合上述,等于电源电动势,若实验中发现理论上图像的、 点几乎
就要重合,表明电压表接在 处时的系统误差很小,即电压表的分流影响很小,可知,原因在
于电压表的内阻远远大于电源内阻与串联的总电阻,即有 。
跳跳学长有话说
伏安法中电流表内、外接法的选择及误差分析
电流表内接法（相对电源） 电流表外接法（相对电源）
电路图 ____________________________________ ______________________________________
适用条件 , 是大电阻 , 是小电阻
误差原因 电流表的分压, 电压表的分流,
图像 ______________________________________ （①真实值在测量值上方;②________ 无系统误差,图像近似A。） __________________________________
（①真实值在测量值上方;
②________无系统误差,图像近似 。）
口诀：真值在上,图近似表 误差结论 , ,
觉醒原创
1.某物理实验小组用图甲的装置验证机械能守恒定律，在气垫导轨上安装有一个光电门，
滑块上固定一竖直遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连。调整气垫导轨水平，并
使细线与导轨平行。测出滑块和遮光条的总质量为，钩码质量为 ，遮光条的宽度为
，遮光条到光电门之间的距离为 。现将滑块从图示位置由静止释放，滑块经过光电
门时钩码未着地，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间为 ，已知重力加速度大
小为 。
（1） 用螺旋测微器测得遮光条的宽度如图乙所示，则遮光条的宽度______ 。
1.880
【解析】 螺旋测微器的读数为 。
（2） 改变光电门的位置，重复实验，测出多组和值，作出 图像，作出的图像
为一条过坐标原点的直线，如果图线的斜率为_ _______（用题中测量物理量符号表示），
则验证了机械能守恒定律。
【解析】 滑块经过光电门的速度为,钩码下落高度 ,根据系统机械能守恒定律
可得 （【易错】本题在分析实验原理时常会忽略钩码的动能,误认
为钩码减小的重力势能等于滑块增加的动能,其实应将滑块和钩码整体为研究对象,根据
系统的机械能守恒定律列方程。）,数学变换为,则 图像的斜率为
时,可验证机械能守恒定律。
. .
. .
（3） 如果得出的图像不通过坐标原点，如图丙所示，则导致这一误差的原因是___。
B
A.滑块和遮光条的总质量和钩码质量不满足
B. 测量的是从光电门到滑块左端的距离
C.滑块与气垫导轨之间有微小的滑动摩擦力
D.钩码和滑块在运动过程中受到空气阻力
【解析】 本题是验证机械能守恒定律的实验,不用钩码的重力代替拉力,所以不需
要满足 。
测量的是光电门到滑块左端的距离,则的测量值偏小,作出 图像可能如图丙
所示。
滑块与气垫导轨之间有微小的滑动摩擦力和钩码、滑块在运动过程中受到空
气阻力时,设受到的阻力大小为,根据动能定理有 ,数学变换
为, 图像仍过坐标原点。
2.某物理实验兴趣小组用测量金属丝的电阻率的实验装置来精确测定电源的电动势和内
阻，现有下列器材:
A.待测电源电动势约为，内阻约为
B.灵敏电流计（量程为 ，内阻未知）
C.电流表A（量程为，内阻约为 ）
D.金属丝的总电阻为
E.变阻箱
F.定值电阻
G.定值电阻
.定值电阻
.开关、导线若干
（1） 按如图甲所示的电路图连接好电路，先将变阻箱 的
阻值调到最大，闭合开关，断开开关，调节变阻箱 ，
使灵敏电流计的示数大于量程的，读出灵敏电流计 的示
数为，变阻箱的示数为；保持开关 闭合，再闭合开关
，调节变阻箱，使灵敏电流计的示数仍为 ，读出变
阻箱的示数为；电流表A内阻的表达式为 ________
（用、 表示）。
【解析】 第一次和第二次灵敏电流计示数相同,说明两次测量的电路中电阻相等,闭合开
关 后将电流表A短路,则变阻箱的阻值要增大,变阻箱增大的阻值即为电流表A的内阻,
即 。
（2） 根据以上方法正确测量出电流表A的内阻为 ，该同学又设计了如图乙所
示的电路测量电源的电动势和内阻。电路中的定值电阻 为保护电阻，要完成实验，
要求无论线夹 夹在金属丝上任何位置电流表A示数都不会超过电流表的量程，且电流表
A示数能达到三分之一量程以上，则保护电阻应该选择___（填器材前的选项字母）。
【解析】 设电路中的保护电阻最小值为,要使无论线夹 夹在金属丝上任何位置,电
流表示数都不会超过电流表的量程,则有, ；设电路中的保
护电阻最大值为,电流表A示数能达到三分之一量程以上,则有 ,
,所以保护电阻只能选 。
（3） 按图乙连接电路，金属丝接在接线柱
、之间，线夹 夹在金属丝上，与金属
丝接触良好，闭合开关前将线夹 夹在靠
近___（选填“或“”）端一侧，闭合开关 ，
通过多次改变线夹的位置，读出线夹在不同
【解析】 闭合开关前将线夹夹在靠近 端一侧,以使闭合开关后电路中的电阻最大,电
路中的电流最小。
位置时电流表的示数、段金属线的长度，作出 图像如图丙所示（图中各量均
已知）。
（4） 该同学通过查资料得出了该金属丝电阻率，用 表示，用螺旋测微器测出了金属
丝的直径为，已知电流表的内阻为，结合图丙中的数据，可求得电源的电动势为
_ _______，内阻为 __________________（用已知量符号和测得的物理量符号表示）。
【解析】 金属丝接入电路的电阻为段；由闭合电路的欧姆定律 ,又根
据电阻定律,导体横截面积,以上三式联立解得 ,结
合题图丙中图线得,,解得电源电动势 ,电源内阻
。