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第50 讲 热学实验
目录
01 课标达标
练.................................................................................................................................................................................1
题型01 油膜法原理与操作.....................................................................................................................................2
题型02 油膜法数据处理与误差分析.....................................................................................................................5
题型03 气体实验基本原理与操作.........................................................................................................................7
题型04 气体实验数据处理与误差分析..............................................................................................................9
02 核心突破练.....................................................................................................................................................12
03 真题溯源练.....................................................................................................................................................15
1
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01 油膜法原理与操作
1.（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1 mL 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 cm2：
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
。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
2
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C．1 个油酸分子的质量为
D．油酸分子的直径约为
【答案】 bcad
B
【详解】（1）[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[2]图中油膜中大约有
个小方格，则油酸膜的面积为
②[3]每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为
③[4]油酸分子的直径为
（3）[5]
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
，则有
3
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解得
故D 错误。
故选B。
2.（24-25 高三下·四川攀枝花·三统）物体是由大量分子组成的，分子非常微小。在“在用油膜法估测分子
的大小”的实验中，实验步骤如下：
（i）将体积为a 的油酸溶液配制成体积为b 的油酸酒精溶液；
（ii）取油酸酒精溶液用滴定管滴出体积为c 的溶液，记录滴出的油酸酒精溶液的滴数n；
（iii）用滴定管往浅盘内的水面上滴1 滴油酸酒精溶液；
（iv）撒痱子粉或细石膏粉在水面上；
（v）待油膜稳定后，拿出玻璃板盖上描出油膜的边界；
（vi）将玻璃板放置在小方格坐标纸上，计算油膜的面积S；
（vii）计算油酸分子直径。
(1)请指出实验步骤中的一处错误： 。
(2)如图所示为实验中把玻璃板盖在浅盘上描出1 滴油酸酒精溶液滴入水中形成的油酸膜的轮廓，图中正方
形小方格的边长为1cm，则油酸膜的面积是
。（格数不足半格记为0，超过半格记为1，保留
整数位）
(3)根据实验步骤，油酸分子直径D 可表示为 。（用题中字母表示）
【答案】(1)步骤（i）中体积为a 的油酸溶液应为体积为a 的油酸，步骤（iii）（iv）顺序颠倒
(2)62
4
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(3)
【详解】（1）步骤（i）中体积为a 的油酸溶液应为体积为a 的油酸，步骤（iii）（iv）顺序颠倒了。
（2）正方形小方格面积
，通过计算发现小格子有62 个，则油酸膜的面积是
油酸膜的面积是
（3）题意可得一滴油酸酒精溶液中纯油酸体积
则油酸分子直径
02 油膜法数据处理与误差分析
3.（24-25 高三下·安徽九师联考·模拟）在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验过程中。
（1）单分子油膜：油酸分子式为
，它的一个分子可以看成由两部分组成，一部分是
，
另一部分是
，
对水有很强的亲和力。当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸
就在水面上散开，其中酒精溶于水中，并很快挥发。油酸中
一部分冒出水面，而
部分留在
水中，油酸分子就直立在水面上，形成一个单分子层油膜。
（2）配制溶液：将1mL 纯油酸配制成2000mL 的油酸酒精溶液。
（3）测量体积：用量筒测出1mL 溶液共有80 滴。
（4）平静水面：在边长为30~40cm 浅盘里倒入2~3cm 深清水，待水面稳定后将爽身粉均匀地撒在水面上。
（5）滴入溶液：用清洁滴管将配制好的1 滴溶液轻轻滴入浅盘中。
（6）描线：待油膜散开稳定后，用描线笔描出油膜轮廓。
（7）数格，每格边长是0.5cm，油膜轮廓如图所示。
5
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①油膜的面积为
（结果保留两位有效数字）；
②油酸分子的直径约为 m（结果保留两位有效数字）；
③在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，实验小组测得油酸分子直径的结果明显偏小，原因可能是
。
A．油酸在水面未完全散开时即描线
B．计算油膜面积时把所有不足一格的方格计算在内
C．用量筒测出1mL 溶液的滴数时，多数了滴数
【答案】
BC
【详解】[1]根据题意可知，油膜所占坐标纸格数约140 格，故油膜面积为
[2]一滴油酸酒精混合溶液纯油酸的体积为
油酸分子的直径约为
[3]A．油酸在水面未完全散开时即描线会导致面积S 偏小，故直径偏大，A 错误；
B．计算油膜面积时把所有不足一格的方格计算在内，会导致面积S 偏大，故直径偏小，B 正确；
C．用量筒测出1mL 溶液的滴数时，多数了滴数，会导致计算的油酸体积偏小，故直径偏小，C 正确。
故选BC。
4.在“用油膜法估测分子的大小”实验中，将体积为V1的纯油酸配成总体积为V2的油酸酒精溶液，用注射
器取体积为V0的上述溶液，再把它一滴一滴地全部滴入烧杯，滴数为
。
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(1)此后，图甲中操作正确的顺序可以是B （用字母符号表示）。
(2)把一滴油酸酒精溶液滴入浅盘中，待稳定后得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图乙所示。图中每个小正
方形格的边长为
，则油酸薄膜的面积
；可估算出油酸分子的直径为 （用
、
、
、
、表示）。
【答案】(1)DAC
(2) 90a²
【详解】（1）实验过程正确操作步骤如下：
（1）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；
（2）往浅盘里倒入约2cm 深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上；
（3）用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上；
（4）待薄膜形状稳定后，将玻璃板平放在浅盘上，将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上；
（5）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。
据此可知，实验步骤的正确操作顺序是BDAC。
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（2）[1] 由图乙可知，油膜轮廓包围方格数约为90 个
故油酸薄膜的面积为
[2]每滴油酸溶液中含有纯油酸的体积为
则油酸分子的直径为
03 气体实验基本原理与操作
5．（2025·安徽蚌埠·适应性）图甲为“探究气体等温变化的规律”的实验装置，用细软管将注射器的小孔
与压强传感器连接，管内密封一定质量的气体，用数据采集器连接计算机测量气体压强。
(1)实验时，采集多组数据并绘出图乙所示的
图像。实验过程中，若气体温度保持不变，对应的图像
是曲线 ；若气体温度逐渐升高，则对应的图像是曲线 。（均选填“①”“②”或“③”）
(2)某同学用不同质量的同种气体在相同温度条件下完成上述实验，绘制出的
图像如图丙，若图线
a、b 的斜率之比为2 1∶，则图线a、b 对应的气体质量之比
。
【答案】(1) ③ ②
(2)2 1∶
【详解】（1）[1]根据玻意耳定律
化简可得
故实验过程中，若气体温度保持不变，对应的图像是曲线③；
[2]根据理想气体状态方程
化简可得
则若气体温度逐渐升高，
图像的斜率逐渐增大，则对应的图像是曲线②。
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（2）根据
化简可得
则由题意可知
故图线a、b 对应的气体质量之比
6.（2025·甘肃白银八中·三模）某实验小组使用如图所示装置探究等温条件下一定质量气体的压强与体积的
关系。圆筒内通过可移动的柱塞密封一定质量的气体，柱塞下使用细绳悬挂重物，圆筒导热性良好，通过
改变重物质量读取多组重物质量m、气体体积V 的数值，并通过作图探究两者之间的关系。
(1)柱塞处涂抹润滑油的目的是________。（多选）
A．增加导热性
B．增加气密性
C．减小柱塞与圆筒之间的摩擦
(2)该实验小组按照规范操作，通过作图探究两者之间的关系，为使图像呈直线，应描绘的是________。
A．V-m
B．
C．
(3)该实验小组逐步增大重物质量，得到（2）中的图像的斜率为k、纵截距为b，不考虑柱塞与圆筒间的摩
擦，已知柱塞的横截面积为S，当地的重力加速度为g，测得当地的大气压强为
，则柱塞的质量为
（使用题中所给字母表示）。若当地的大气压强
测量值偏小，则测得的柱塞的质量 （填“大
于”“小于”或“等于”）真实的柱塞的质量。
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【答案】(1)BC
(2)B
(3)
小于
【详解】（1）柱塞处涂抹润滑油的目的是为了密封气体，保证空气柱密闭性良好，同时减小柱塞与圆筒
之间的摩擦，故BC 正确。
（2）设开始时圆筒内气体体积为
，有
整理得
为使图像呈直线，应描绘
图像。
故选B。
（3）[1]由上述分析
结合
图像的斜率
和截距
，可得
，
解得
[2]若当地的大气压强
测量值偏小，则
测得的结果偏小。
04 气体实验数据处理与误差分析
7.学校物理小组的同学们利用如图甲所示的实验装置探究一定质量的气体等压变化规律。注射器竖直固定
在铁架台上，其中密封了一定质量的气体，柱塞上固定一重物，被密封的空气柱浸没在烧杯的液体中，液
体中放置有温度计（图中未标出）。忽略柱塞与注射器之间的摩擦，通过改变烧杯内液体温度读取多组温
度、体积数值，并作体积-温度图像。
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(1)下列说法正确的是___________（填选项字母）。
A．温度计位置应尽量远离空气柱
B．柱塞上应涂上润滑油
C．每次改变烧杯中液体的温度时，应立即读出空气柱的体积
(2)某同学作出体积-热力学温标
图像如图乙所示，图像不过原点的原因可能是 。
(3)保持密封空气柱质量不变，改变重物质量，通过两次实验作出体积-热力学温标
图像得到两条直
线如图丙所示。若两条直线斜率分别为
、
，两次重物及柱塞的总质量分别为
、
，柱塞横截面积
为S，重力加速度为g，则大气压强可表示为 （使用题中所给字母表示）。
【答案】(1)B
(2)未考虑橡胶套内注射器细管的气体体积
(3)
【详解】（1）A．温度计尽量靠近注射器空气柱位置，以免温度计和空气柱存在温差，A 项错误；
B．柱塞上涂上润滑油减小摩擦增强密封性，B 项正确；
C．应该等充分热交换后温度计示数才能表示空气柱温度，C 项错误。
故选B。
（2）设橡胶塞内气体体积为
，则有
即
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所以图像不过原点的原因是未考虑橡胶塞内注射器细管的气体体积。
（3）由（2）知
对柱塞及重物受力分析
解得
8.（24-25 高三下·河南豫南高中联盟·5 月联考）某同学做探究气体等温变化的规律实验的装置如图甲所示。
(1)关于该实验，下列说法正确的是________。（填正确答案标号）
A．实验时注射器内留有适量的空气，不能完全排出
B．向下压或向上拉柱塞时，动作要快，以免气体进入或漏出
C．向下压或向上拉柱塞时，手要紧紧握住整个注射器，以免晃动
D．柱塞移至某位置时，应迅速记录此时注射器内气柱的长度和压力表的示数
E．为了避免漏气，柱塞应均匀涂上润滑油
F．作出
的图像可以直观反映出p 与V 的关系
(2)该同学测出了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、
为横轴，画出图像如图
乙所示，则可能原因是________。（填正确答案标号）
A．实验过程中有漏气现象
B．实验过程中气体温度降低
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C．实验过程中气体温度升高
(3)为了探究气体在不同温度时发生等温度变化是否遵循相同的规律，他进行了两次实验，得到的
图
像如图丙所示，由图可知两次实验气体的温度大小关系为
（选填“
”、“
”或“
”）。
【答案】(1)AEF
(2)C
(3)
【详解】（1）A．实验是以注射器内的空气为研究对象，所以实验前注射器内的空气不能完全排出，故A
正确；
B．空气柱的体积变化不能太快，要缓慢移动柱塞保证气体温度不变，故B 错误；
C．手握注射器会使温度变化，所以向下压或向上拉柱塞时，手不可以握住整个注射器，故C 错误；
D．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示数，故D 错误；
E．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示数，故E 正确；
F．
图像是一条倾斜的直线，作出
图像可以直观反映出p 与V 的关系，故F 正确。
故选AEF。
（2）因图像向上弯曲，说明在确定的体积下，压强比正常偏大，一定是温度升高了。
故选C。
（3）在
图像中，根据
，即
，离坐标原点越远的等温线温度越高，故
。
1．在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：
A．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形状稳定；
B．将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积；
C．往浅盘里倒入约2cm 深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上；
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D．将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上；
E．根据一滴溶液中纯油酸的体积和油膜的面积计算出油酸分子直径。
（1）以上各实验步骤中正确的顺序是 （填写步骤前面的字母）。
（2）实验中所用的油酸酒精溶液的体积百分比浓度为0.05%，每滴溶液的体积为0.02mL，描出油酸膜边缘
轮廓，正确数出约有100 个小方格。已知玻璃板上正方形小方格的边长为1cm，则油酸膜的面积约为
m2。由以上数据，可估算出油酸分子的直径为 m。
（3）某同学在该实验中最终得到的油酸分子的直径和其他大多数同学的比较，数据偏大。出现这种结果
的原因，可能是 。
A．计算油酸膜面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理
B．水面上爽身粉撒的较多，油酸膜没有充分展开
C．求每滴溶液体积时，1mL 的溶液的滴数多记了10 滴
【答案】 CADBE
B
【详解】（1）[1]根据实验步骤的合理性顺序应为CADBE
（2）[2]油酸膜的面积
[3]油酸体积
（3）[4]A．计算油酸膜面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理，增大了油膜的面积，只能导
致分子直径偏小，而实际偏大，故选项A 错误；
B．水面上爽身粉撒的较多，油酸膜没有充分展开，致使油膜的面积偏小，所以计算分子直径偏大，故选
项B 正确；
C．求每滴溶液体积时，1mL 的溶液的滴数多记了10 滴，导致一滴油酸体积偏小，导致分子直径计算值偏
小，而实际值偏大，故选项C 错误。
故选B。
2.（24-25 高三下·安徽师大附中·质检）用图示装置探究玻意耳定律，将一定质量的空气封闭在导热性能良
好的注射器内，注射器与压强传感器相连．
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(1)实验时，为判断气体压强与体积的关系， （填“需要”或“不需要”）测出针筒内空气柱的横截
面积；
(2)操作过程中，下列说法正确的是______（填字母）；
A．活塞涂润滑油可减小摩擦，便于气体压强的测量
B．若实验过程中不慎将活塞拉出针筒，将活塞塞回针筒后即可继续实验
C．要用手握住注射器主管以保持其稳定
D．外界大气压强发生变化，不会影响实验结论
(3)实验中通过针筒上的刻度读取了多组气体体积V 和压强传感器采集的压强p，为了得到一条过原点的直
线，应建立
（填“V”或“
”）图像．
【答案】(1)不需要
(2)D
(3)
【详解】（1）因注射器的截面积处处相等，则只需要测出气体的长度即可知道体积关系，则实验时，为
判断气体压强与体积的关系不需要测出针筒内空气柱的横截面积；
（2）A．活塞涂润滑油可减小摩擦增加气密性，但对气体压强的测量没有影响，选项A 错误；
B．若实验过程中不慎将活塞拉出针筒，则气体的质量已经发生了变化，则不可以再将活塞塞回针筒继续
实验了，选项B 错误；
C．用手握住注射器可能或导致气体温度变化，则实验时不能用手握住注射器主管，选项C 错误；
D．外界大气压强发生变化对内部气体无影响，不会影响实验结论，选项D 正确。
故选D。
（3）实验中通过针筒上的刻度读取了多组气体体积V 和压强传感器采集的压强p，为了得到一条过原点的
直线，根据
即
可知应建立
。
3.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
将含有纯油酸体积为V 的一滴油酸酒精溶液滴到水面上，形成面积为S 的油酸薄膜，则由此可估测油酸分
子的直径d= 。
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（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：
①向浅盘中倒入约2cm 深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上；
②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；
③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；
④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。若图中正方形小方格的边长为2cm，
则油酸薄膜的面积为
（计算结果保留2 位有效数字）。
（3）若实验时痱子粉撒得太厚，则所测的分子直径会 （选填“偏大”或“偏小”）。
【答案】 单层
偏大
【详解】（1）[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；
[2] 油酸分子的直径d=
（2）[3] 根据图中信息，不足一半的方格舍去，超过一半的当作整体，则小方格的总数为103 个，则油膜
的面积为S=103×2×2cm2=412cm2=
m2
（3）[4] 实验过程中，若油膜没有完全散开，则油酸溶液在水面上形成的油膜面积偏小，由d=
可知，
实验测量的油酸分子的直径偏大。
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1.（2025·广西·高考真题）在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中（ ）
A．估测油酸分子大小时，油酸分子可以视为球形
B．油膜的形状稳定后，油酸分子仍然在做热运动
C．计算油膜面积时，忽略所有不完整的小正方形
D．与油酸酒精溶液相比，纯油酸更容易在水面形成单分子油膜
【答案】AB
【详解】A．在油膜法测分子直径的实验中，把油膜看成单分子油膜，且分子紧密排列。由于分子形状复
杂，为简化计算，通常将其视为球形模型，油膜的厚度可以近似看成是球形分子的直径，故A 正确；
B．分子在永不停息地做无规则热运动，与宏观物体是否处于稳定状态无关。油膜稳定时，油酸分子仍然
在做热运动，故B 正确；
C．在计算油膜面积时，为了更准确地估算油膜的面积，对于周边不完整的格子，大于半格记为一个单位
面积，小于半格的不计面积，而不是不完整的格子不计面积，故C 错误；
D．酒精可以溶解油酸，使油酸更容易在水面上展开形成单分子油膜，所以实验时加酒精比不加酒精更好
地展开油膜，故D 错误。
故选AB。
2.（2024·上海·高考真题）物质性质
实验是人类认识物质世界的宏观性质与微观结构的重要手段之一，也是物理学研究的重要方法。
4．通过“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验可推测油酸分子的直径约为（ ）
A．
B．
C．
D．
5．验证气体体积随温度变化关系的实验装置如图所示，用支架将封有一定质量气体的注射器和温度传感
器固定在盛有热水的烧杯中。实验过程中，随着水温的缓慢下降，记录多组气体温度和体积的数据。
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（1）不考虑漏气因素，符合理论预期的图线是
A．
B．
C．
D．
（2）下列有助于减小实验误差的操作是
A．实验前测量并记录环境温度 B．实验前测量并记录大气压强
C．待温度读数完全稳定后才记录数据 D．测量过程中保持水面高于活塞下端
【答案】4．C 5． A D
【解析】4．通过“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验可推测油酸分子的直径约为
或
，故
选C。
5．（1）[1]实验过程中压强不变，根据
可得
可知，在压强不变的情况下，气体体积与热力学温度成正比，与摄氏温度成一次函数关系。
故选A。
（2）[2]A．环境温度不影响实验数据，实验前测量并记录环境温度并不能减小实验误差，故A 错误；
B．本实验压强不变，实验前测量并记录大气压强不能减小实验误差，故B 错误；
C．水温的缓慢下降，则温度的读数会一直缓慢变化，只有水温度和室温相同时，才会完全稳定，故C 错
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误；
D．测量过程中保持水面高于活塞下端，则活塞的中气体的温度和水的温度基本一致，可以减少误差，故
D 正确。
故选D。
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