内容正文:
专题六:热学和含传感器电学实验
【巩固训练】
1.
答案避免油酸分子重叠在一起,可以形成单分子油膜 体积 面积
解析首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是避免油酸分子重叠在一起,可以形成单分子油膜;根据d=可知,需测量的物理量是1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和它散成油膜的面积。
2.
答案(1)71a2(69a2~73a2均可)
(2)
(3)BD
3.
答案(1)不需要
(2)成反比
(3)BC
4.
答案 C
5..
答案 (1)串联 (2)0.42 (3)小
6.
答案 B
【综合训练】
1.
答案 (1)B (2)2.0×10-5 (3)C
2
答案 (1)C (2)B (3)B (4)7×10-10 (5)BD
3.
答案 (1)D (2)偏小 (3)
4.
答案 (1)B (2)保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变 (3)C
5.
答案 (1)B (2)2.04×105 (3)增大
6.答案 D
7.
答案 D
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专题六:热学和含传感器电学实验
目录
【知识梳理】····························································································1
知识点 1 功和功率···········································································1
知识点 2 机车启动的两类问题··········································································2
知识点 3 应用动能定理解决往复运动问题题·································3
【方法技巧】····························································································4
方法技巧 1 应用动能定理求变力做功·······················································5
方法技巧 2动能定理在图像问题中的应用······························································6
方法技巧3 几种典型的功能关系······························································6
【巩固训练】····························································································8
【综合训练】····························································································11
【知识梳理】
知识点 1 用油膜法估测油酸分子的大小
装置图
操作要点
数据处理
1.取适量纯油酸配制油酸酒精溶液。
2.用量筒测出体积Vn的溶液的滴数n。
3.将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上,将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。
4.油膜形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上描出油膜轮廓
1.算出每滴油酸酒精溶液的体积V0=。
2.算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。
3.利用坐标纸估算油膜面积S。
数格时不足半个的舍去,多于半个的算一个
4.算出薄膜的厚度d=(分子直径)
深化拓展
用油膜法估测分子的大小实验注意点
(1)理想化:认为油酸薄膜是由单层的油酸分子紧密排列组成。
(2)模型化:在估测油酸分子大小的数量级时,把每个油酸分子简化为球体。
(3)厚度直径化:认为油膜的厚度等于油酸分子的直径。
知识点 2 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
装置图
操作要点
数据处理
1.柱塞涂抹润滑油减小摩擦、防止漏气,保证气体质量不变。
2.缓慢改变气体体积,保证气体温度不变。实验中手不能握住注射器
3.改变气柱长度,测气柱长度(表示体积)与压强
画出气体等温变化的p-图像,图像是过原点的倾斜直线,说明压强与体积成反比
特别提醒作p-图像时,应使尽可能多的点落在直线上,不在直线上的点应均匀分布于直线两侧,偏离太大的点应舍弃掉。
【方法技巧】
方法技巧 1 实验:用油膜法估测油酸分子的大小 实验步骤
1.用注射器吸取一定体积(如1 mL)事先配制好的油酸酒精溶液,再均匀地滴入烧杯中,记下滴出的总滴数,即可算出一滴油酸酒精溶液的体积V0=。
2.在边长30~40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水,然后将爽身粉均匀地撒在水面上,再用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待其散开。
3.当油酸薄膜的形状稳定后,将带有坐标方格的玻璃板轻放在浅盘上,用细彩笔仔细地把油酸薄膜边缘的形状画在玻璃板上。
4.根据画有油酸薄膜轮廓的玻璃板上的坐标方格,计算轮廓范围内正方形的个数(不足半个的舍去,多于半个的算一个),算出油膜的面积S。
5.根据油酸酒精溶液的浓度和已测出的一滴油酸酒精溶液的体积V0,算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。
6.用公式d=(d为油酸分子直径),计算得到油酸分子的大小。
注意事项
1.油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置,以免浓度改变,造成较大的实验误差。
2.实验前应注意检查浅盘是否干净,爽身粉应均匀撒在水面上。
3.向水面滴油酸酒精溶液时,应靠近水面,不能离水面太高,否则油膜难以形成。
4.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描轮廓。
例1 “利用油膜法估测分子直径”实验体现了构建分子模型的物理思想,应用了通过对宏观量的测量来间接测量微观量的方法。
(1)某同学进行了下列操作:
A.向浅盘中倒入约2 cm深的水,将痱子粉均匀地撒在水面上
B.将一滴油酸酒精溶液滴到水面上,在水面上扩展为形状稳定的油酸薄膜
C.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。测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V
D.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算出油酸膜的面积S
E.将玻璃板盖到浅水盘上,用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上。
正确操作的合理顺序是 (填字母代号);
(2)已知实验室中使用的油酸酒精溶液每2 000 mL溶液中含有1 mL油酸,又用滴管测得每50滴这种油酸酒精溶液的总体积为1 mL,将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上,在玻璃板上描出油膜的边界线,再把玻璃板放在画有边长为1 cm的正方形小格的纸上(如图)。
①油膜占有的面积约为 cm2。
②油酸分子的直径大小d≈ m(结果保留一位有效数字) 。
(3)为减小误差,该实验并未直接测量1滴油酸酒精溶液体积,而是用滴管测得n滴这种酒精油酸溶液的总体积为l mL,下列实验采用了类似方法的有 。
A.“测定玻璃的折射率”实验中折射角的测量
B.“用双缝干涉测光的波长”实验中的测量相邻亮条纹间的距离
C.“用单摆测重力加速度”实验中单摆的周期的测量
答案 (1)CABED (2)117 9×10-10 (3)BC
解析 (1)本实验首先要制备油酸酒精溶液,并明确一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积,同时通过量筒测出N滴油酸酒精溶液的体积;再向浅盘中倒入约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在浅盘里的水面上,等待形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔描绘出油酸膜的形状;接着将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,按不足半格舍去,多于半格的算一格,统计出油酸薄膜的面积。最后用一滴溶液里纯油酸的体积除以其面积,恰好就是油酸分子的直径。故正确的步骤为CABED。
(2)由题图得油膜占有的面积约为117 cm2。
一滴溶液里纯油酸的体积为V=× mL=1×10-5 mL
油酸分子的直径大小d=≈9×10-10 m
(3)为减小误差,该实验并未直接测量1滴油酸酒精溶液体积,而是用滴管测得n滴这种酒精油酸溶液的总体积为1 mL。该方法为累积法。
“测定玻璃的折射率”实验中折射角的测量不是用累积法,故A错误;“用双缝干涉实验测量光的波长”实验中相邻亮条纹间的距离的测量,也是测量多个亮条纹间距,然后求解相邻亮纹间距,采用的是累积法,故B正确;“用单摆测量重力加速度的大小”实验中,单摆的周期的测量是测量至少30次全振动的时间,然后用T=求解周期,采用的是累积法,故C正确。
方法技巧 2 实验:探究气体等温变化的规律 注意事项
1.改变气体体积时,要缓慢进行,等稳定后再读出气体压强的数值,以防止气体体积变化太快,气体的温度发生变化。
2.实验过程中,不要用手接触注射器的玻璃管,以防止玻璃管从手上吸收热量,引起内部气体温度变化。
3.实验中应保持气体的质量不变,故实验前应在柱塞上涂好润滑油,以免漏气。
4.在这个实验中,由于气体体积与长度成正比,因此研究气体的体积与压强的关系时,不需要测量空气柱的横截面积。
例2 某实验小组用注射器和压强传感器探究一定质量的气体发生等温变化时遵循的规律,实验装置如图所示。用活塞和注射器外筒封闭一定的气体,其压强可由左侧的压强传感器测得。
(1)关于该实验,下列说法正确的是 。
A.该实验用控制变量法研究气体的变化规律
B.实验时注射器必须水平放置
C.注射器内部的横截面积没必要测量
D.注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可,可以不标注单位
(2)进行实验操作时,不能推拉活塞过快,其原因是 。
(3)该实验小组首先在甲实验室进行了实验,下表为记录的实验数据,其中有一次记录的实验数据错误,记录错误的是 (填错误数据对应的实验序号)。
实验序号
1
2
3
4
5
封闭气柱长度L/cm
12.00
11.00
10.00
9.00
8.00
封闭气柱压强p/(×105 Pa)
1.00
1.09
1.19
1.33
1.90
(4)该实验小组又利用同一装置对同一封闭气体在另一温度稍高的乙实验室进行了实验,根据甲、乙实验室记录的数据用正确的方法画出的p-图像如图所示,根据乙实验室记录数据画出的图像应为 (填图线代号)。
答案 (1)ACD (2)防止封闭气体温度发生改变 (3)5 (4)①
解析 (1)该实验过程中控制气体的温度不变,即运用了控制变量法;实验时注射器如何放置对实验结果没有影响;实验中要探究的是压强与体积之间的比例关系,体积与气体柱长度成正比,故注射器内部的横截面积没有必要测量;注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可,可以不标注单位。故选A、C、D。
(2)如果推拉活塞过快,气体的温度将产生显著的变化,不满足气体发生等温变化的条件。
(3)由实验数据可知气柱长度与气柱压强的乘积基本恒定,前四组数据符合的很好,乘积在11.9~12.0之间,第5组数据的乘积较大,为15.2,说明第5组数据记录错误。
(4)气体压强与气体的温度有关,一定量的气体,在相同体积下,温度升高,气体分子的平均速率增大,与器壁碰撞时平均作用力变大,又气体分子数密度不变,故压强变大,故图像①是在温度稍高的乙实验室中测量获得的。
【巩固训练】
1.在“用油膜法估测油酸分子的大小”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 ;需测量的物理量是1滴油酸酒精溶液中纯油酸的 和它散成油膜的 。
答案避免油酸分子重叠在一起,可以形成单分子油膜 体积 面积
解析首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是避免油酸分子重叠在一起,可以形成单分子油膜;根据d=可知,需测量的物理量是1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和它散成油膜的面积。
2.在用油膜法估测分子大小的实验中,所用油酸酒精溶液的浓度为每V1体积溶液中有体积V2的纯油酸,用注射器和量筒测得V0体积的上述溶液有n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a,则可求得:
(1)油酸薄膜的面积S= 。
(2)油酸分子的直径是 。(用V1、V2、V0、n、S表示)
(3)某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大,可能是由于 。
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.用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴
D.水面上痱子粉撒得太多,油膜没有充分展开
答案(1)71a2(69a2~73a2均可)
(2)
(3)BD
解析(1)轮廓包围方格约为71个,故油酸薄膜的面积为S=71a2。
(2)每滴溶液中含有纯油酸的体积为Vn=,油酸分子的直径为d=。
(3)如果油膜中含有大量未溶解的酒精,导致油酸的实际面积比统计面积小,计算时采用统计的油酸面积S偏大,由d=可知,油酸分子直径d的计算值将比真实值偏小,故A错误;如果计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格,导致统计的油膜面积偏小,计算结果将偏大,故B正确;用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴,则每一滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积的测量值偏小,计算结果将偏小,故C错误;如果水面上痱子粉撒得较多,油酸没有充分展开,导致统计的油酸面积比充分展开的油酸面积小,计算结果将偏大,故D正确。
3.在“探究气体等温变化的规律”实验中,实验装置如图甲所示。用注射器封闭一定质量的空气,连接到气体压强传感器上,用传感器测量封闭气体的压强,用注射器刻度读出气体体积。
甲
乙
(1)实验中,为找到体积与压强的关系, (选填“需要”或“不需要”)测空气柱的横截面积。
(2)多次改变封闭气体的体积,测量出不同体积时气体的压强,用电脑记录下来,并生成p-V图像如图乙所示,由图乙可猜测p与V可能 (选填“成正比”“成反比”或“不成比例”)。
(3)实验完成后,某同学作出的图像如图丙所示(其中实线为实验所得,虚线为参考双曲线的一支),造成这一现象的原因可能是 。
丙
A.操作实验时用手握住注射器
B.实验时环境温度降低了
C.注射器内气体向外泄漏
D.有外部气体进入注射器内
答案(1)不需要
(2)成反比
(3)BC
解析(1)实验中,为找到体积与压强的关系,不需要测空气柱的横截面积,只需要测量气柱的长度即可。
(2)多次改变封闭气体的体积,测量出不同体积时气体的压强,用电脑记录下来,并生成p-V图像如图乙所示,由图乙可猜测p与V可能成反比。
(3)由图像可知,在同一体积下,实验测得的压强比理想值偏小,则根据pV=CT可知原因可能是环境温度降低,也可能是注射器内气体向外泄漏,质量减小。故选B、C。
4.用某热敏电阻RT作为传感器制作的自动报警器原理如图所示,其中左侧为控制电路,右侧为工作电路,热敏电阻RT的阻值随温度升高而减小。在某次调试时,报警器达到报警温度后,无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使小灯泡发光。排除了其他因素后,造成这一现象的原因可能是下列选项中的( )
A.控制电路中电源E1的内阻太小
B.工作电路中电源E2的内阻太小
C.继电器中的线圈匝数太少
D.继电器中弹簧劲度系数太小
答案 C
解析 小灯泡发光的条件是控制电路中的电流大于或等于临界值,若控制电路中电源E1的内阻过小,则电路中的电流更大,更容易达到临界值,故A错误;
工作电路中的电源不影响控制电路的电流,即与工作电路无关,故B错误;
继电器中线圈匝数过少,电磁铁磁性较弱,电磁铁在到达临界条件的电流时,引力无法将衔铁吸引下来,故C正确;
继电器中弹簧劲度系数太小时,电磁铁更容易将衔铁吸引下来,更容易使小灯泡发光,故D错误。
5..某实验小组设计了一个灯光控制系统。声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求。其示意图如图甲所示。
(1)声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是 (填“并联”或“串联”)关系。
(2)其中光控继电器的电路结构如图乙所示。已知环境光亮度越大,光敏电阻阻值越小,当电路电流小于某阈值I0时,继电器开始工作。在设定的光亮度条件下调节滑动变阻器,使继电器恰好开始工作,此时电流表示数如图丙所示,此时I0= A。
(3)为了节约用电,需要降低光亮度阈值,应该把滑动变阻器阻值调 。
答案 (1)串联 (2)0.42 (3)小
解析 (1)由于声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求,可知声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是串联关系。
(2)题图丙中电流表的量程为0.6 A,精度为0.02 A,根据电流表的读数规则,可知,该电流表读数为0.42 A。
(3)由于环境光亮度越大,光敏电阻阻值越小,则当降低光亮度阈值时,对应光敏电阻的阻值增大,由于电路电流小于某阈值I0时,继电器开始工作,可知此时应把滑动变阻器阻值调小。
6.把光敏电阻(光照越强,阻值越小)接入如图所示电路,制成光电报警装置。闭合开关,当光照达到一定强度时,报警器的蜂鸣器发声,则( )
A.干簧管应用了电磁感应原理
B.增大了电阻箱R的阻值,报警器在光照更强时才可能报警
C.增大了电源B的电动势,报警器在光照更强时才可能报警
D.增大了电源A的电动势,报警器在光照更强时才可能报警
答案 B
解析 干簧管上的线圈通电形成的磁场使簧片磁化时,两簧片相吸而接通蜂鸣器线路,则干簧管是利用磁极间的相互作用来控制电路的通断,A错误;报警时线圈中需通过的电流大小不变,总电阻不变,若增大电阻箱R的阻值,则光敏电阻应变小,光照更强,所以报警器在光照更强时才会报警,B正确;报警时线圈中需通过的电流大小不变,若增加电源B的电动势,则电路中总电阻应变大,光敏电阻变大,所以报警器在光照更弱时就会报警,C错误;增加电源A的电动势,不影响线圈中电流,报警器在原光照强度时会报警,D错误。
【综合训练】
1.如图是“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的部分操作步骤:
(1)下列有关该实验的说法正确的是 。
A.图中的操作步骤顺序是:丙→丁→乙→甲
B.油酸酒精溶液配制好后,不能搁置很久才做实验
C.往浅盘中滴入油酸酒精溶液后应立即描绘油膜轮廓
(2)若实验时油酸酒精溶液中纯油酸占总体积的0.2%,用注射器测得100滴这样的油酸溶液为1 mL,取1滴这样的溶液滴入浅盘中,即滴入浅盘中的油酸体积为 cm3。
(3)不同实验小组向水面滴入一滴油酸酒精溶液时得到以下油膜形状,做该实验最理想的是 。
答案 (1)B (2)2.0×10-5 (3)C
解析 (1)根据题意,由实验原理可知,用油膜法估测油酸分子的大小的实验步骤为丙→乙→丁→甲,故A错误;油酸酒精溶液配制好后,为了避免酒精挥发,浓度发生变化,使实验有误差,不能搁置很久才做实验,故B正确;应等油酸完全散开稳定后才开始描绘油膜轮廓,故C错误。
(2)根据题意可知,1滴这样的溶液中的油酸体积为V=×0.2% mL=2.0×10-5 cm3
(3)最理想的情况是爽身粉很薄,容易被油酸酒精溶液冲开,近似圆形,故选C。
2某实验小组完成“用油膜法测油酸分子的大小”的实验。
(1)实验中要让油酸在水面尽可能散开,形成单分子油膜,并将油膜分子看成球形且紧密排列。本实验体现的物理思想方法为 ;
A.控制变量法 B.等效替代法
C.理想化模型法 D.归纳法
(2)实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精的作用是 ;
A.可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓
B.对油酸溶液起到稀释作用,便于提取少量的油酸
C.有助于油酸的颜色更透明便于识别
(3)完成本实验需要几点假设,以下假设与本实验无关的是 ;
A.将油酸分子视为球形
B.油膜中分子沿直线排列
C.将油膜看成单分子层
D.油酸分子紧密排列无间隙
(4)在实验中,将1 mL的纯油酸配制成5 000 mL的油酸酒精溶液,用注射器测得1 mL混合溶液为80滴,取1滴这样的溶液到准备好的浅盘中,在玻璃盖板上描出的油膜轮廓如图所示,方格纸每格边长是0.5 cm,根据以上信息估测油酸分子的直径大小d≈ m(结果保留一位有效数字)。
(5)某同学在用油膜法估测油酸分子直径实验中,计算结果明显偏大,可能是由于 。
A.粉末太薄使油酸边界不清,导致油膜面积测量值偏大
B.粉末太厚导致油酸未完全散开
C.计算每滴溶液的体积时,1 mL的溶液滴数多记了几滴
D.计算油膜面积时,只数了完整的方格数
答案 (1)C (2)B (3)B (4)7×10-10 (5)BD
解析 (1)实验中要让油酸在水面尽可能散开,形成单分子层油膜,并将油膜分子看成球形且紧密排列。本实验体现的物理思想方法为理想化模型法。故选C。
(2)实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精溶液的作用是对油酸起到稀释作用,酒精稀释油酸是使油酸分子尽可能少在竖直方向上重叠,更能保证其形成单层分子油膜。故选B。
(3)计算分子直径是根据油酸的体积与油膜的面积之比,故需将油膜看成单分子层油膜,不考虑各油酸分子间的间隙,将油酸分子看成球形,故与本实验无关的假设为油膜中分子沿直线排列。故选B。
(4)根据题意1滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸体积为V=× mL=2.5×10-6 cm3
数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去,多于半个的计一个),约为140格,油膜轮廓的面积为S=0.5×0.5×140 cm2=35 cm2
油酸分子的大小为d== cm≈7×10-8 cm=7×10-10 m。
(5)计算油酸分子直径时是根据d=。粉末太薄使油酸边界不清,导致油膜面积S的测量值偏大,所以导致直径测量值偏小,故A错误;粉末太厚导致油酸未完全散开,S偏小,则导致直径的测量值偏大,故B正确;计算每滴溶液的体积时,1 mL的溶液的滴数多记了几滴,导致V偏小,则直径测量值偏小,故C错误;计算油膜面积时,只数了完整的方格数,则S取值偏小,导致d偏大,故D正确。
3.在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中
(1)下列说法正确的是 。
A.测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时,可以用注射器挤出一滴油酸滴入烧杯中,观察注射器上的体积变化
B.测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时,如果不使用爽身粉,也可以在水中加入红墨水后混合均匀,再滴入一滴油酸酒精溶液
C.用酒精制作混合液,是因为酒精价格低,容易获得
D.计算油酸分子的大小时,认为水面油酸为单分子层且认为分子间紧密排布
(2)若实验中使用的油酸酒精溶液是经久置的,则计算得到的油酸分子直径将 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(3)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N。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面积为S,可估算出油酸分子的直径为 (用V1、V2、V0、N、S表示)。
答案 (1)D (2)偏小 (3)
解析 (1)测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时,至少要测量50滴到100滴油酸酒精溶液的体积,然后计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积,故A错误;测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时,使用爽身粉才能看出油膜的轮廓,在水中加入红墨水后混合均匀不能看出油膜的轮廓,故B错误;用酒精制作混合液,是因为油酸酒精溶液中的酒精可以溶于水中,可以帮助油酸在水面上形成单分子层油膜,故C错误;计算油酸分子的大小时,认为水面油酸为单分子层且认为分子间紧密排布,故D正确。
(2)根据d=,若实验中使用的油酸酒精溶液是经久置的,由于酒精的挥发,使得油酸酒精溶液浓度变大,则代入计算的浓度偏小,一滴油酸酒精溶液中纯油酸体积测量值偏小,则计算得到的油酸分子直径将偏小。
(3)由题意可知一滴油酸酒精溶液中纯油酸体积为V=·,油酸分子的直径为d=,联立可得d=。
4.某同学用如图所示装置探究气体做等温变化的规律。
(1)(4分)在实验中,下列哪些操作不是必需的 。
A.用橡胶套密封注射器的下端
B.用游标卡尺测量柱塞的直径
C.读取压力表上显示的压强值
D.读取刻度尺上显示的空气柱长度
(2)(4分)实验装置用铁架台固定,而不是用手握住玻璃管(或注射器),并且在实验中要缓慢推动活塞,这些要求的目的是 。
(3)(4分)下列图像中,最能直观反映气体做等温变化的规律的是 。
答案 (1)B (2)保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变 (3)C
解析 (1)为了保证气密性,应用橡胶套密封注射器的下端,A需要;由于注射器的直径均匀恒定,根据V=LS可知体积和空气柱长度成正比,所以只需读取刻度尺上显示的空气柱长度,无需测量直径,B不需要,D需要;为了得知压强的变化情况,需要读取压力表上显示的压强值,C需要。
(2)用手握住玻璃管(或注射器)会影响气体的温度;若实验过程中气体压缩太快,气体温度会升高,所以这些要求的目的是保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变。
(3)当气体做等温变化时,p与V成反比,即p∝,故p-图像为直线,所以为了能直观反映p与V成反比的关系,应作p-图像,C正确。
5.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p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV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)(4分)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,对于一定质量的气体 。
A.p与V成正比
B.p与成正比
(2)(4分)若气体被压缩到V=10.0 mL,由图乙可读出封闭气体压强为 Pa(保留3位有效数字)。
(3)(4分)某组同学进行实验时,一同学在记录数据时漏掉了ΔV,则在计算pV乘积时,他的计算结果与同组正确记录数据同学相比,计算结果之差的绝对值会随p的增大而 (填“增大”或“减小”)。
答案 (1)B (2)2.04×105 (3)增大
解析 (1)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p与成正比。故选B。
(2)若气体被压缩到V=10.0 mL,则有= mL-1=100×10-3 mL-1
由题图乙可读出封闭气体压强为p=2.04×105 Pa
(3)某组同学进行实验时,一同学在记录数据时漏掉了ΔV,则在计算pV乘积时,根据
p(V0+ΔV)-pV0=pΔV
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p的增大而增大。
6.电容器是一种常用的电学元件,在电工、电子技术中有着广泛的应用。以下有关电容式传感器在生活中的应用说法正确的是( )
A.甲图中,手指作为电容器一个电极,如果改用绝缘笔在电容式触摸屏上仍能正常操作
B.乙图中,力F增大过程中,电流计中的电流从a流向b
C.丙图中,油箱液位上升时,电容变小
D.丁图中,当传感器由静止突然向左加速,电容器处于充电状态
答案 D
解析 题图甲中,绝缘笔不能作为电容器的一个电极,所以不能在电容式触摸屏上进行触控操作,故A错误;题图乙中,力F增大过程中,电容器极板间距减小,电容变大,电容器充电,电流计中的电流从b流向a,故B错误;题图丙中,油箱液位上升时,相当于电介质的介电常数变大,电容变大,故C错误;题图丁中,当传感器由静止突然向左加速,电介质插入电容器的部分变长,电容变大,电容器处于充电状态,故D正确。
7.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。某同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置,如图(a)。现将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上,中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中,电流表的示数如图(b)。下列说法正确的是( )
A.在时间t1至t2内,小车做匀速直线运动
B.在时间t1至t2内,小车做匀加速直线运动
C.在时间t2至t3内,小车做匀速直线运动
D.在时间t2至t3内,小车做匀加速直线运动
答案 D
解析 在时间t1至t2内,由I-t图像知电流均匀增大,说明压敏电阻的阻值逐渐变小,可知压敏电阻所受的压力逐渐变大,由牛顿第三定律知,绝缘重球受到向右的弹力变大,重球的水平方向合外力变大,小车向右做加速度变大的加速直线运动,故A、B错误;在时间t2至t3内,由I-t图像知电流不变,压敏电阻阻值不变,可知其所受压力不变,由牛顿第三定律知绝缘重球受的向右的弹力不变,此过程电流最大,压敏电阻的阻值应该最小,弹力应该最大,重球的水平方向合外力最大且不变,小车向右做匀加速直线运动,故C错误,D正确。
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专题六:热学和含传感器电学实验
目录
【知识梳理】····························································································1
知识点 1 功和功率···········································································1
知识点 2 机车启动的两类问题··········································································2
知识点 3 应用动能定理解决往复运动问题题·································3
【方法技巧】····························································································4
方法技巧 1 应用动能定理求变力做功·······················································5
方法技巧 2动能定理在图像问题中的应用······························································6
方法技巧3 几种典型的功能关系······························································6
【巩固训练】····························································································8
【综合训练】····························································································11
【知识梳理】
知识点 1 用油膜法估测油酸分子的大小
装置图
操作要点
数据处理
1.取适量纯油酸配制油酸酒精溶液。
2.用量筒测出体积Vn的溶液的滴数n。
3.将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上,将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。
4.油膜形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上描出油膜轮廓
1.算出每滴油酸酒精溶液的体积V0=。
2.算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。
3.利用坐标纸估算油膜面积S。
数格时不足半个的舍去,多于半个的算一个
4.算出薄膜的厚度d=(分子直径)
深化拓展
用油膜法估测分子的大小实验注意点
(1)理想化:认为油酸薄膜是由单层的油酸分子紧密排列组成。
(2)模型化:在估测油酸分子大小的数量级时,把每个油酸分子简化为球体。
(3)厚度直径化:认为油膜的厚度等于油酸分子的直径。
知识点 2 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
装置图
操作要点
数据处理
1.柱塞涂抹润滑油减小摩擦、防止漏气,保证气体质量不变。
2.缓慢改变气体体积,保证气体温度不变。实验中手不能握住注射器
3.改变气柱长度,测气柱长度(表示体积)与压强
画出气体等温变化的p-图像,图像是过原点的倾斜直线,说明压强与体积成反比
特别提醒作p-图像时,应使尽可能多的点落在直线上,不在直线上的点应均匀分布于直线两侧,偏离太大的点应舍弃掉。
【方法技巧】
方法技巧 1 实验:用油膜法估测油酸分子的大小 实验步骤
1.用注射器吸取一定体积(如1 mL)事先配制好的油酸酒精溶液,再均匀地滴入烧杯中,记下滴出的总滴数,即可算出一滴油酸酒精溶液的体积V0=。
2.在边长30~40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水,然后将爽身粉均匀地撒在水面上,再用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待其散开。
3.当油酸薄膜的形状稳定后,将带有坐标方格的玻璃板轻放在浅盘上,用细彩笔仔细地把油酸薄膜边缘的形状画在玻璃板上。
4.根据画有油酸薄膜轮廓的玻璃板上的坐标方格,计算轮廓范围内正方形的个数(不足半个的舍去,多于半个的算一个),算出油膜的面积S。
5.根据油酸酒精溶液的浓度和已测出的一滴油酸酒精溶液的体积V0,算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。
6.用公式d=(d为油酸分子直径),计算得到油酸分子的大小。
注意事项
1.油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置,以免浓度改变,造成较大的实验误差。
2.实验前应注意检查浅盘是否干净,爽身粉应均匀撒在水面上。
3.向水面滴油酸酒精溶液时,应靠近水面,不能离水面太高,否则油膜难以形成。
4.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描轮廓。
例1 “利用油膜法估测分子直径”实验体现了构建分子模型的物理思想,应用了通过对宏观量的测量来间接测量微观量的方法。
(1)某同学进行了下列操作:
A.向浅盘中倒入约2 cm深的水,将痱子粉均匀地撒在水面上
B.将一滴油酸酒精溶液滴到水面上,在水面上扩展为形状稳定的油酸薄膜
C.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。测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V
D.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算出油酸膜的面积S
E.将玻璃板盖到浅水盘上,用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上。
正确操作的合理顺序是 (填字母代号);
(2)已知实验室中使用的油酸酒精溶液每2 000 mL溶液中含有1 mL油酸,又用滴管测得每50滴这种油酸酒精溶液的总体积为1 mL,将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上,在玻璃板上描出油膜的边界线,再把玻璃板放在画有边长为1 cm的正方形小格的纸上(如图)。
①油膜占有的面积约为 cm2。
②油酸分子的直径大小d≈ m(结果保留一位有效数字) 。
(3)为减小误差,该实验并未直接测量1滴油酸酒精溶液体积,而是用滴管测得n滴这种酒精油酸溶液的总体积为l mL,下列实验采用了类似方法的有 。
A.“测定玻璃的折射率”实验中折射角的测量
B.“用双缝干涉测光的波长”实验中的测量相邻亮条纹间的距离
C.“用单摆测重力加速度”实验中单摆的周期的测量
答案 (1)CABED (2)117 9×10-10 (3)BC
解析 (1)本实验首先要制备油酸酒精溶液,并明确一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积,同时通过量筒测出N滴油酸酒精溶液的体积;再向浅盘中倒入约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在浅盘里的水面上,等待形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔描绘出油酸膜的形状;接着将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,按不足半格舍去,多于半格的算一格,统计出油酸薄膜的面积。最后用一滴溶液里纯油酸的体积除以其面积,恰好就是油酸分子的直径。故正确的步骤为CABED。
(2)由题图得油膜占有的面积约为117 cm2。
一滴溶液里纯油酸的体积为V=× mL=1×10-5 mL
油酸分子的直径大小d=≈9×10-10 m
(3)为减小误差,该实验并未直接测量1滴油酸酒精溶液体积,而是用滴管测得n滴这种酒精油酸溶液的总体积为1 mL。该方法为累积法。
“测定玻璃的折射率”实验中折射角的测量不是用累积法,故A错误;“用双缝干涉实验测量光的波长”实验中相邻亮条纹间的距离的测量,也是测量多个亮条纹间距,然后求解相邻亮纹间距,采用的是累积法,故B正确;“用单摆测量重力加速度的大小”实验中,单摆的周期的测量是测量至少30次全振动的时间,然后用T=求解周期,采用的是累积法,故C正确。
方法技巧 2 实验:探究气体等温变化的规律 注意事项
1.改变气体体积时,要缓慢进行,等稳定后再读出气体压强的数值,以防止气体体积变化太快,气体的温度发生变化。
2.实验过程中,不要用手接触注射器的玻璃管,以防止玻璃管从手上吸收热量,引起内部气体温度变化。
3.实验中应保持气体的质量不变,故实验前应在柱塞上涂好润滑油,以免漏气。
4.在这个实验中,由于气体体积与长度成正比,因此研究气体的体积与压强的关系时,不需要测量空气柱的横截面积。
例2 某实验小组用注射器和压强传感器探究一定质量的气体发生等温变化时遵循的规律,实验装置如图所示。用活塞和注射器外筒封闭一定的气体,其压强可由左侧的压强传感器测得。
(1)关于该实验,下列说法正确的是 。
A.该实验用控制变量法研究气体的变化规律
B.实验时注射器必须水平放置
C.注射器内部的横截面积没必要测量
D.注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可,可以不标注单位
(2)进行实验操作时,不能推拉活塞过快,其原因是 。
(3)该实验小组首先在甲实验室进行了实验,下表为记录的实验数据,其中有一次记录的实验数据错误,记录错误的是 (填错误数据对应的实验序号)。
实验序号
1
2
3
4
5
封闭气柱长度L/cm
12.00
11.00
10.00
9.00
8.00
封闭气柱压强p/(×105 Pa)
1.00
1.09
1.19
1.33
1.90
(4)该实验小组又利用同一装置对同一封闭气体在另一温度稍高的乙实验室进行了实验,根据甲、乙实验室记录的数据用正确的方法画出的p-图像如图所示,根据乙实验室记录数据画出的图像应为 (填图线代号)。
答案 (1)ACD (2)防止封闭气体温度发生改变 (3)5 (4)①
解析 (1)该实验过程中控制气体的温度不变,即运用了控制变量法;实验时注射器如何放置对实验结果没有影响;实验中要探究的是压强与体积之间的比例关系,体积与气体柱长度成正比,故注射器内部的横截面积没有必要测量;注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可,可以不标注单位。故选A、C、D。
(2)如果推拉活塞过快,气体的温度将产生显著的变化,不满足气体发生等温变化的条件。
(3)由实验数据可知气柱长度与气柱压强的乘积基本恒定,前四组数据符合的很好,乘积在11.9~12.0之间,第5组数据的乘积较大,为15.2,说明第5组数据记录错误。
(4)气体压强与气体的温度有关,一定量的气体,在相同体积下,温度升高,气体分子的平均速率增大,与器壁碰撞时平均作用力变大,又气体分子数密度不变,故压强变大,故图像①是在温度稍高的乙实验室中测量获得的。
【巩固训练】
1.在“用油膜法估测油酸分子的大小”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 ;需测量的物理量是1滴油酸酒精溶液中纯油酸的 和它散成油膜的 。
2.在用油膜法估测分子大小的实验中,所用油酸酒精溶液的浓度为每V1体积溶液中有体积V2的纯油酸,用注射器和量筒测得V0体积的上述溶液有n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a,则可求得:
(1)油酸薄膜的面积S= 。
(2)油酸分子的直径是 。(用V1、V2、V0、n、S表示)
(3)某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大,可能是由于 。
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.用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴
D.水面上痱子粉撒得太多,油膜没有充分展开
3.在“探究气体等温变化的规律”实验中,实验装置如图甲所示。用注射器封闭一定质量的空气,连接到气体压强传感器上,用传感器测量封闭气体的压强,用注射器刻度读出气体体积。
甲
乙
(1)实验中,为找到体积与压强的关系, (选填“需要”或“不需要”)测空气柱的横截面积。
(2)多次改变封闭气体的体积,测量出不同体积时气体的压强,用电脑记录下来,并生成p-V图像如图乙所示,由图乙可猜测p与V可能 (选填“成正比”“成反比”或“不成比例”)。
(3)实验完成后,某同学作出的图像如图丙所示(其中实线为实验所得,虚线为参考双曲线的一支),造成这一现象的原因可能是 。
丙
A.操作实验时用手握住注射器
B.实验时环境温度降低了
C.注射器内气体向外泄漏
D.有外部气体进入注射器内
4.用某热敏电阻RT作为传感器制作的自动报警器原理如图所示,其中左侧为控制电路,右侧为工作电路,热敏电阻RT的阻值随温度升高而减小。在某次调试时,报警器达到报警温度后,无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使小灯泡发光。排除了其他因素后,造成这一现象的原因可能是下列选项中的( )
A.控制电路中电源E1的内阻太小
B.工作电路中电源E2的内阻太小
C.继电器中的线圈匝数太少
D.继电器中弹簧劲度系数太小
5..某实验小组设计了一个灯光控制系统。声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求。其示意图如图甲所示。
(1)声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是 (填“并联”或“串联”)关系。
(2)其中光控继电器的电路结构如图乙所示。已知环境光亮度越大,光敏电阻阻值越小,当电路电流小于某阈值I0时,继电器开始工作。在设定的光亮度条件下调节滑动变阻器,使继电器恰好开始工作,此时电流表示数如图丙所示,此时I0= A。
(3)为了节约用电,需要降低光亮度阈值,应该把滑动变阻器阻值调 。
6.把光敏电阻(光照越强,阻值越小)接入如图所示电路,制成光电报警装置。闭合开关,当光照达到一定强度时,报警器的蜂鸣器发声,则( )
A.干簧管应用了电磁感应原理
B.增大了电阻箱R的阻值,报警器在光照更强时才可能报警
C.增大了电源B的电动势,报警器在光照更强时才可能报警
D.增大了电源A的电动势,报警器在光照更强时才可能报警
【综合训练】
1.如图是“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的部分操作步骤:
(1)下列有关该实验的说法正确的是 。
A.图中的操作步骤顺序是:丙→丁→乙→甲
B.油酸酒精溶液配制好后,不能搁置很久才做实验
C.往浅盘中滴入油酸酒精溶液后应立即描绘油膜轮廓
(2)若实验时油酸酒精溶液中纯油酸占总体积的0.2%,用注射器测得100滴这样的油酸溶液为1 mL,取1滴这样的溶液滴入浅盘中,即滴入浅盘中的油酸体积为 cm3。
(3)不同实验小组向水面滴入一滴油酸酒精溶液时得到以下油膜形状,做该实验最理想的是 。
2某实验小组完成“用油膜法测油酸分子的大小”的实验。
(1)实验中要让油酸在水面尽可能散开,形成单分子油膜,并将油膜分子看成球形且紧密排列。本实验体现的物理思想方法为 ;
A.控制变量法 B.等效替代法
C.理想化模型法 D.归纳法
(2)实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精的作用是 ;
A.可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓
B.对油酸溶液起到稀释作用,便于提取少量的油酸
C.有助于油酸的颜色更透明便于识别
(3)完成本实验需要几点假设,以下假设与本实验无关的是 ;
A.将油酸分子视为球形
B.油膜中分子沿直线排列
C.将油膜看成单分子层
D.油酸分子紧密排列无间隙
(4)在实验中,将1 mL的纯油酸配制成5 000 mL的油酸酒精溶液,用注射器测得1 mL混合溶液为80滴,取1滴这样的溶液到准备好的浅盘中,在玻璃盖板上描出的油膜轮廓如图所示,方格纸每格边长是0.5 cm,根据以上信息估测油酸分子的直径大小d≈ m(结果保留一位有效数字)。
(5)某同学在用油膜法估测油酸分子直径实验中,计算结果明显偏大,可能是由于 。
A.粉末太薄使油酸边界不清,导致油膜面积测量值偏大
B.粉末太厚导致油酸未完全散开
C.计算每滴溶液的体积时,1 mL的溶液滴数多记了几滴
D.计算油膜面积时,只数了完整的方格数
3.在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中
(1)下列说法正确的是 。
A.测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时,可以用注射器挤出一滴油酸滴入烧杯中,观察注射器上的体积变化
B.测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时,如果不使用爽身粉,也可以在水中加入红墨水后混合均匀,再滴入一滴油酸酒精溶液
C.用酒精制作混合液,是因为酒精价格低,容易获得
D.计算油酸分子的大小时,认为水面油酸为单分子层且认为分子间紧密排布
(2)若实验中使用的油酸酒精溶液是经久置的,则计算得到的油酸分子直径将 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(3)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N。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面积为S,可估算出油酸分子的直径为 (用V1、V2、V0、N、S表示)。
4.某同学用如图所示装置探究气体做等温变化的规律。
(1)(4分)在实验中,下列哪些操作不是必需的 。
A.用橡胶套密封注射器的下端
B.用游标卡尺测量柱塞的直径
C.读取压力表上显示的压强值
D.读取刻度尺上显示的空气柱长度
(2)(4分)实验装置用铁架台固定,而不是用手握住玻璃管(或注射器),并且在实验中要缓慢推动活塞,这些要求的目的是 。
(3)(4分)下列图像中,最能直观反映气体做等温变化的规律的是 。
5.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p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV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)(4分)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,对于一定质量的气体 。
A.p与V成正比
B.p与成正比
(2)(4分)若气体被压缩到V=10.0 mL,由图乙可读出封闭气体压强为 Pa(保留3位有效数字)。
(3)(4分)某组同学进行实验时,一同学在记录数据时漏掉了ΔV,则在计算pV乘积时,他的计算结果与同组正确记录数据同学相比,计算结果之差的绝对值会随p的增大而 (填“增大”或“减小”)。
6.电容器是一种常用的电学元件,在电工、电子技术中有着广泛的应用。以下有关电容式传感器在生活中的应用说法正确的是( )
A.甲图中,手指作为电容器一个电极,如果改用绝缘笔在电容式触摸屏上仍能正常操作
B.乙图中,力F增大过程中,电流计中的电流从a流向b
C.丙图中,油箱液位上升时,电容变小
D.丁图中,当传感器由静止突然向左加速,电容器处于充电状态
7.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。某同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置,如图(a)。现将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上,中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中,电流表的示数如图(b)。下列说法正确的是( )
A.在时间t1至t2内,小车做匀速直线运动
B.在时间t1至t2内,小车做匀加速直线运动
C.在时间t2至t3内,小车做匀速直线运动
D.在时间t2至t3内,小车做匀加速直线运动
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