22微专题15热学和光学实验

微专题15热学和光学实验用油膜法估测油酸分子的大小①配制：纯油酸1mL中注入酒精，至500mL线②计算：据n滴体积，求每滴油酸酒精溶液体积V0③操作：爽身粉均匀撒在水面中心；用滴管将一滴油酸酒精溶液滴在水面上④描轮廓：油酸薄膜形状稳定后，复制到玻璃板上①考计算：准确计算1滴油酸酒精溶液中纯油酸体积②考估算：正确估算油膜面积，估算分子大小③误差分析：爽身粉撒太多厚度不均，致油酸散不开等④考细节：再次实验时，应保持浅盘清洁，可用酒精清洗，用脱脂棉擦，用清水冲探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系①涂抹：减小摩擦、防止漏气，保证气体质量不变②缓慢：缓慢改变气体体积③记录：6～8组数据④作图：绘制p－eq\f(1,V)图像，通过实验结果，分析得出结论①考装置：竖直②考操作：抹润滑油、装橡胶套③考读数：读取气柱长③结论：如何得出结论测量玻璃的折射率①准备：画aa′，取O点作法线MM′；画AO，插P1、P2两根大头针②插针：放玻璃砖，画bb′，观察，插P3、P4，注意：玻璃砖与白纸的相对位置不能改变③作折射线：由P3、P4的位置确定出射光线O′B及出射点O′，连接O、O′得到折射线段OO′①考操作：插P3要使P3挡住P1、P2的像，插P4要使P4挡住P1、P2的像和P3②考处理：连OO′，测θ1和θ2计算、作图或单位圆法即可求得折射率③考注意点：大头针间距离要稍大一些，θ1不宜太大或太小；手不能触摸光学面；也不能把玻璃砖界面当尺子画界线等用双缝干涉实验测量光的波长①操作：调共轴，安装单缝和双缝，放滤光片，观察单色光的干涉条纹②测波长：使分划板中心刻线对齐第1和n条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数①考操作：调各器件的高度要使光沿遮光筒轴线到达光屏，使单缝与双缝平行、二者间距约为5～10cm②考读数：考测量头读数③考计算：会计算相邻条纹间距，根据公式求出波长考向一探究气体等温变化的规律1．(2023·江苏卷)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中，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B解析：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；封闭气体的体积可以直接通过装置上的刻度尺直接读出，因此不需要在橡胶套处接另一注射器，故B正确．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．甲乙回答以下问题：(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．p与V成正比B．p与eq\f(1,V)成正比(2)若气体被压缩到V＝10.0mL，由图乙可读出封闭气体压强为____Pa(保留三位有效数字).(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的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，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eq\f(1,V)成正比，故B正确．(2)若气体被压缩到V＝10.0mL，则有eq\f(1,V)＝eq\f(1,10.0)mL1＝100×103mL1，由图乙可读出封闭气体压强为p＝2.04×105Pa.(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．考向二测量玻璃的折射率3．(2023·广东卷)某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率，实验过程如下：(1)将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界.(2)①激光笔发出的激光从玻璃砖上的M点水平入射，到达ef面上的O点后反射到N点射出．用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出光孔Q的位置.②移走玻璃砖．在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作QM连线的延长线与ef面的边界交于P点，如图甲所示.甲乙③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2.PM的示数如图乙所示，d1为____cm．测得d2为3.40cm.(3)利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式n＝____．由测得的数据可得折射率n为____(结果保留三位有效数字).(4)相对误差的计算式为δ＝eq\f(测量值－真实值,真实值)×100%.为了减小d1、d2测量的相对误差，实验中激光在M点入射时应尽量使入射角____.答案：(2)③2.25(3)eq\f(d2,d1)1.51(4)较小解析：(2)③图乙刻度尺的读数为2.25cm.(3)作出法线，入射光线、折射光线与法线的夹角如图所示Mf长度为d，由几何关系可知sinβ＝eq\f(d,d1)，sinα＝eq\f(d,d2)，所以玻璃砖的折射率n＝eq\f(sinβ,sinα)＝eq\f(d2,d1)，代人数据解得n＝eq\f(3.40,2.25)＝1.51.(4)要使d1和d2测量的相对误差减小，d1和d2应当更大一点，所以入射角应当较小．考向1用油膜法估测油酸分子的大小(2023·苏锡常镇调研二)关于实验“用油膜法估测油酸分子的大小”，下列说法中正确的是(D)A．水面痱子粉撒得越多，形成的油膜轮廓越清晰，实验误差越小B．配制的油酸酒精溶液中有大量的酒精，会使实验结果偏小C．在数一定量油酸溶液的滴数时，如果少数滴数，会使实验结果偏小D．计算油膜面积时将所有不完整的方格当作完整方格计入，会使实验结果偏小解析：水面痱子粉撒得过多，形成的油膜将不能完全散开形成单分子层，从而使油膜面积偏小，根据油酸分子直径的计算公式d＝eq\f(V,S)，可知油酸分子直径的测量值将偏大，故A错误；配制好的油酸酒精溶液滴入水面，油酸酒精溶液中的酒精将溶于水，只有油酸浮于水面形成油膜，因此配制的油酸酒精溶液中有大量的酒精并不会影响实验结果，故B错误；在数一定量油酸溶液的滴数时，如果少数滴数，将会使每一滴油酸溶液的体积偏大，从而使一滴油酸溶液中所含油酸的体积偏大，最终将导致所测油酸分子直径偏大，故C错误；计算油膜面积时将所有不完整的方格当作完整方格计入，将会使油膜面积偏大，从而导致所测油酸分子直径偏小，故D正确．(2023·南京六校联考)在“用油膜法估测分子大小”的实验中，所用的油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸0.5mL，用注射器测得1mL上述溶液有80滴，把1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甲所示，图中正方形格的边长为1cm，则可求得：甲乙(1)本实验体现的物理思想方法为________．A．控制变量法B．理想化模型C．极限思想法D．整体法与隔离法(2)油酸分子的直径是________m(结果保留两位有效数字).(3)某次实验时，滴下油酸溶液后，痱子粉迅速散开形成如图乙所示的“锯齿”边沿图案，出现该图样的可能原因是________．A．盆中装的水量太多B．盆太小，导致油酸无法形成单分子层C．痱子粉撒得太多，且厚度不均匀(4)某次实验时，该小组四个同学都发生了一个操作错误，导致最后所测分子直径偏大的是________．A．甲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取一溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的粗B．乙同学用注射器测得80滴油酸酒精的溶液为1mL，不小心错记录为81滴C．丙同学计算油膜面积时，把凡是半格左右的油膜都算成了一格D．丁同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小了(5)利用单分子油膜法可以粗测分子大小和阿伏加德罗常数．如果已知体积为V的一滴油在水面上散开形成的单分子油膜________.答案：(1)B(2)8.8×1010(3)C(4)D(5)eq\f(6MS3,πρV3)解析：(1)本实验中，需要将在水面上形成的油膜看成单分子油膜，并将油酸分子理想化为紧密排列的球体，从而所计算的油膜的厚度即为油酸分子的直径，因此，本实验体现的物理思想方法为理想化模型．(2)根据题中已知条件可得油酸的体积分数为η＝eq\f(V0,V)＝eq\f(0.5,1000)＝5×104，则一滴该油酸酒精溶液中油酸的体积为V′0＝eq\f(1,80)×5×104mL＝6.25×106mL＝6.25×1012m3，对形成的油膜面积进行估算，不足半格的舍去，大于等于半格的记为一格，估算可得油膜面积为S＝71×1×104m2＝7.1×103m2，则油膜分子的直径为d＝eq\f(V′0,S)＝eq\f(6.25×1012,7.1×103)m＝8.8×1010m.(3)装水太多和盆太小都不会导致油膜形成如图乙所示的“锯齿”边沿图案，只有痱子粉撒得太多，且厚度不均匀，油膜在水面散开的过程中各处所受阻力差别很大才能形成图示形状，故C正确．(4)拿错的注射器的针管比原来的粗，则滴出的一滴酒精油酸溶液的体积将偏大，即所含油酸的体积偏大，而计算过程中所用体积的数值比实际小，因此测量得到的油酸分子的直径将偏小，故A不符合题意；乙同学用注射器测得80滴油酸酒精的溶液为1mL，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，故B不符合题意；丙同学计算油膜面积时，把凡是半格左右的油膜都算成了一格，则油膜面积偏大，从而导致所测油酸分子直径偏小，故C不符合题意；不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小了，则计算得到油酸的体积将偏大，从而导致所测油酸分子直径偏大，故D符合题意．(5)球状分子的体积V′＝eq\f(1,6)πd3，而根据已知条件可得d＝eq\f(V,S)，分子的质量m′＝ρV′，阿伏加德罗常数为NA＝eq\f(M,m′)，联立以上各式解得NA＝eq\f(6MS3,πρV3).考向2探究等温条件下一定质量气体压强与体积的关系(2023·南通第一次调研)用图示装置探究气体做等温变化的规律，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．实验中(C)A．活塞涂润滑油只是为了减小摩擦，便于气体压强的测量B．注射器内装入少量空气进行实验，可以减小实验误差C．0℃和20℃环境下完成实验，对实验结论没有影响D．外界大气压强发生变化，会影响实验结论解析：实验之前，在注射器的内壁和活塞之间涂一些润滑油，除了可以减小两者之间的摩擦之外，主要作用是提高活塞密封性，防止漏气，A错误；被封气体体积越小，压缩气体时体积的变化量越小，会造成更大的测量误差，B错误；实验探究气体做等温变化的规律，在温度一定时，气体的压强和体积成反比，与环境温度的高低无关，C正确；压强传感器测量的是被封气体的压强，与外界大气压强无关，故外界大气压强发生变化，不会影响实验结论，D错误．(2023·淮安期末)某实验小组用如图1所示的实验装置，探究一定质量的气体在温度不变时，其压强p和体积V的关系．推动注射器的活塞改变气体的体积V，利用压强传感器直接在计算机上获取对应的压强数据p.图1(1)为测量气体体积，还需利用图2中游标卡尺的________(填“甲”“乙”或“丙”)测量大直径注射器内径．图2(2)实验时在柱塞处涂抹润滑油的目的除减小摩擦外，还有____________，缓慢推动柱塞的主要目的是______.(3)为更直观地描述压强p与体积V的关系，请在图3表格中选择恰当的数据，完善图4中的横坐标并作图．实验序号12345p/(×105Pa)1.111.231.381.571.83V/mL4036322824eq\f(1,V)/(×102mL1)2.52.83.13.64.2图3(4)若环境温度保持不变，操作规范，分析数据时发现pV的乘积逐渐减小，产生该现象的主要原因是________.实验序号12345pV/(Pa·mL)44404428441643964392答案：(1)甲(2)封闭气体，防止漏气尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变(3)见解析(4)气体在漏气解析：(1)测量大直径注射器内径用游标卡尺内测量爪测量，即利用图2中游标卡尺的甲测量．(2)在活塞上涂润滑油既可以减小摩擦，又可以封闭气体，防止漏气；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柱塞，这些要求的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．(3)根据温度一定时，压强与体积成反比，作图选取横坐标为eq\f(1,V)，作图如图所示(4)根据pV＝nRT，pV的乘积减小，说明气体物质的量减小，气体在漏气．考向3测量玻璃的折射率(2023·南京、盐城二模)如图所示，某同学用“插针法”测量两面平行的玻璃砖的折射率，他先在纸上紧贴玻璃砖画出参考线aa′和bb′，钉上大头针P1、P2，然后继续实验，并画出光路图．则下列说法中正确的是(D)A．入射角i尽量小一些，可以减小误差B．P1、P2及P3、P4之间的距离取得小一些，可以减小误差C．若同学在钉大头针P3时不小心使玻璃砖平移到了虚线框位置，则最终测得的折射率偏大D．若同学把bb′误画在了cc′(cc′∥bb′)，其他操作均正确，则该同学测得的折射率偏小解析：入射角如果小一些，折射角也会小些，折射现象不明显，角度的测量相对误差会大些，故A错误；两点确定一条直线，折射光线是通过隔着玻璃观察成一条直线确定的，大头针间的距离太小，引起的角度误差会较大，故P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以减小实验误差，故B错误；不小心把玻璃砖平移到了虚线框位置，则入射角和折射角都不会改变，不会影响折射率的测量，故C错误；若把bb′误画在了cc′，导致折射角变大，所以测得的折射率就会偏小，故D正确．(2023·宿迁期末)某同学用“插针法”测量平行玻璃砖的折射率．如图所示，直线MN与PQ之间的距离等于玻璃砖的厚度，a、b、c、d为大头针的位置，下列说法中正确的是(B)A．该同学在插大头针c时，只要使其挡住b的像即可B．若实验时玻璃砖向上平移微小距离，结果不受影响C．入射角较大时，光可能会在玻璃砖下表面发生全反射D．“插针法”实验只能用来测量平行玻璃砖的折射率解析：由于实验中要确定的是通过a、b两点的光线的光路图，因此该同学在插大头针c时，要使其挡住a、b的像，A错误；作出光路如图中实线abDCcd所示若实验时玻璃砖向上平移微小距离，则作出的实验光路图沿图中虚线abABcd，由于MN与PQ、玻璃砖上下表面均平行，可知ABCD为平行四边形，则实际光路图与实验光路图的入射角和折射角相等，即若实验时玻璃砖向上平移微小距离，结果不受影响，B正确；根据上述可知，下表面的入射角等于上表面的折射角，可知，下表面的入射角小于临界角，即入射角较大时，光不可能会在玻璃砖下表面发生全反射，C错误；“插针法