2025年高考二轮复习物理专题分层突破练18　光学与热学实验4

专题分层突破练18光学与热学实验1.(6分)(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解析把柱塞快速地向下压,外界对气体做功,气体和外界没有热量交换,气体的内能增加,温度升高,不是等温变化,选项A错误;把柱塞缓慢地向上拉,气体温度总和大气温度相同,发生等温变化,选项B正确;在橡胶套处接另一注射器,推动注射器时,原注射器内气体的质量变化,选项C、D错误。2.(10分)(2024湖北卷)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率,具体步骤如下:①平铺白纸,用铅笔画两条互相垂直的直线AA'和BB',交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA',并使其圆心位于O点,画出玻璃砖的半圆弧轮廓线,如图甲所示。甲②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖,记录折射光线与半圆弧的交点M。③拿走玻璃砖,标记CO光线与半圆弧的交点P。乙④分别过M、P作BB'的垂线MM'、PP',M'、P'是垂足,并用刻度尺分别测量MM'、PP'的长度x和y。⑤改变入射角,重复步骤②③④,得到多组x和y的数据。根据这些数据作出yx图像,如图乙所示。(1)关于该实验,下列说法正确的是(单选,填标号)。

A.入射角越小,误差越小B.激光的平行度好,比用插针法测量更有利于减小误差C.选择圆心O点作为入射点,是因为此处的折射现象最明显(2)根据yx图像,可得玻璃砖的折射率为(保留三位有效数字)。

(3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径,则折射率的测量结果(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

答案(1)B(2)1.58(3)不变解析本题考查测介质折射率的数据处理和误差分析。(1)入射角适当即可,不能太小,入射角太小,导致折射角太小,测量的误差会变大,故A错误;激光的平行度好,比用插针法测量更有利于减小误差,故B正确;相同的材料在各点的折射效果都一样,故C错误。(2)设玻璃砖的半径为R,根据几何关系可得入射角的正弦值为sini=y折射角的正弦值为sinr=xR,折射率n=sinisinr=yx,可知yx图像的斜率大小等于折射率,即(3)根据(2)中数据处理可知,若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径,则折射率的测量结果不变。3.(12分)(2024广东梅州模拟)如图甲所示,在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,将实验仪器按要求安装在光具座上,并选用缝间距d=0.20mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知,像屏与双缝屏间的距离L=700mm。然后,接通电源使光源正常工作。甲乙丙(1)已知测量头上主尺的最小刻度是毫米,游标尺为20分度,某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,使分划板中心刻度线与某条纹A中心对齐,如图乙所示,此时测量头上主尺和游标尺的示数如图丙所示,此示数为mm;接着再转动手轮,使分划板中心刻度线与某条纹B中心对齐,测得A、B条纹间的距离x=8.40mm。则经滤光片射向双缝的色光的波长λ=(用题目中所给字母写出表达式),利用上述测量结果,经计算可得波长λ=m(保留2位有效数字)。

(2)另一同学按实验要求安装好仪器后,观察到光的干涉现象效果很好,若他对实验装置进行了调整后,在像屏上仍能观察到清晰的条纹,且条纹数目有所增加,则该调整可能是。

A.仅增加光源与滤光片间的距离B.仅增加单缝与双缝间的距离C.仅将单缝与双缝的位置互换D.仅将红色滤光片换成绿色滤光片答案(1)0.35dx5L4.8×107解析(1)图丙中游标卡尺的最小分度值为0.05mm,主尺示数为0,游标尺的第7刻度线与主尺刻度线对齐,则示数为0+7×0.05mm=0.35mm;A、B条纹间的距离为5倍相邻亮(暗)条纹间的距离,故Δx=x5;根据相邻亮(暗)条纹间的间距公式有Δx=Ldλ,解得λ=dx5L,代入数据可得λ=4.8×10(2)该同学对实验装置调节后,在像屏上仍能观察到清晰的条纹,且条纹数目有所增加,可知相邻条纹间的宽度减小,由公式Δx=Ldλ可知,该调节可能是更换波长更短的光做实验,即将红色滤光片换成绿色滤光片,其他选项的调节都达不到该实验效果,故D4.(10分)(2024浙湘豫三省高中名校联考)“油膜法估测油酸分子的大小”的实验。(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,如果不使用痱子粉,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.实际的油酸分子是球形的,因此通过计算得到的油酸分子直径即是球的直径D.计算油酸分子的大小时,认为水面油酸为单分子层且分子间紧密排布(2)若实验中使用的油酸酒精溶液是久置的,则计算得到的油酸分子直径将(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

(3)某次实验中将1mL的纯油酸配制成5000mL的油酸酒精溶液,用注射器测得1mL油酸酒精溶液为80滴,再滴入1滴这样的油酸酒精溶液到准备好的浅盘中,描出的油膜轮廓如图所示,每格边长是0.5cm,根据以上信息,可估算出油酸分子的直径约为m(计算结果保留1位有效数字)。

答案(1)D(2)偏小(3)7×1010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,选项A错误;测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时,使用痱子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,选项B错误;实验时只是把油酸分子看作是球形的理想模型,实际的油酸分子不是球形的,因此通过计算得到的只是将油酸分子看作是球形时的油酸分子直径,选项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分子间紧密排布,选项D正确。(2)若实验中使用的油酸酒精溶液是久置的,在溶液中的油酸浓度会偏大,实际计算时仍按原来的浓度计算,则计算得到的油酸分子直径将偏小。(3)一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为V=15000×180mL=2.5×106mL,油膜的面积为S=140×0.5×0.5cm2=35cm2,分子直径d=VS=5.(12分)(2024湖北黄冈模拟)做“用双缝干涉测光的波长”实验中,使用的双缝间距d=0.20mm,双缝到光屏的距离L=600mm,观察到的干涉条纹如图甲所示。甲(1)在测量头上的是一个螺旋测微器(又叫“千分尺”),分划板上的刻度线处于x1、x2位置时,对应的示数如图乙所示,则相邻亮条纹的间距Δx=mm(结果保留2位小数)。

乙(2)计算单色光的波长的公式λ=(用L、d、x1、x2表示)。

(3)代入数据计算单色光的波长λ=m(结果保留2位有效数字)。

(4)图丙为实验装置示意图,S为单缝,S1、S2为双缝,屏上O点处为一亮条纹。若实验时单缝偏离光轴,向右微微移动,则可以观察到O点处的干涉条纹。

丙A.向左移动 B.向右移动C.间距变大 D.间距变小答案(1)1.42(2)d(3)4.7×107(4)A解析(1)螺旋测微器读数为x1=2mm+19.0×0.01mm=2.190mm,x2=7.5mm+36.5×0.01mm=7.865mm,则相邻亮条纹的间距Δx=x2-x14=1(2)根据干涉条纹公式Δx=Ldλ可得λ=dLΔx=(3)代入数据可得λ=0.20×10-3×1.(4)根据Δx=Ldλ可知,实验时单缝偏离光轴,向右微微移动,因双缝间距、双缝到光屏的距离、波长都不变,所以条纹间距不变,由于主光轴变得倾斜,可以观察到O点处的干涉条纹向左移动,故A6.(10分)(2024山东菏泽二模)实验室有一块一侧有反光涂层的矩形玻璃砖,它的长宽比为2∶1,某同学用激光笔测量该玻璃砖的折射率。由于缺少标准测量工具,该同学将纸张裁成和玻璃砖一样大,通过对折产生折痕对纸张进行等分,将纸张变为测量工具。(1)用纸张折痕确定法线,调整激光笔的位置如图所示,AO为入射光线,光线通过玻璃砖从B点射出,可知玻璃砖的折射率为n=(可用分数、小数及根号表示)。

(2)激光在这种玻璃砖中发生全反射临界角的正弦值sinC=。

(3)在本实验中,下列方法最能有效减小实验误差的是(单选,填选项序号)。

A.仅适当增大光线的入射角B.仅适当减小光线的入