2025 选考专题高考 物理 （川陕青宁蒙新晋豫）第三部分热学和光学实验 含答案

2025选考专题高考物理（川陕青宁蒙新晋豫）第三部分第16讲热学和光学实验【网络构建】【关键能力】关注这些实验中有关仪器的选择、实验的操作注意事项、有关实验现象特征的记录及分析,会进行简单计算,新高考下,注意原选考模块实验也成为必考实验的内容.尤其是要关注新教材新增实验.题型1用油膜法估测油酸分子的大小1.装置和器材2.数据处理(1)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积S.方法是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,用正方形的个数乘单个正方形的面积就是油膜的面积.(2)根据油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积V,利用一滴溶液中纯油酸的体积V和薄膜的面积S,算出油酸薄膜的厚度d=VS,即为油酸分子的直径.看分子直径数量级(单位为m)是否为10-10,若不是10-10则需重做实验3.误差分析(1)纯油酸体积的计算引起误差.(2)油膜面积的计算造成误差:①油膜形状的边界画线造成误差;②数格子的个数造成误差.例1[2024·河北邯郸模拟]某实验小组完成“用油膜法估测油酸分子的大小”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(填选项前的字母).

A.控制变量法B.理想化模型法C.等效替代法(2)实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精的作用是(填选项前的字母).

A.可使油酸和爽身粉之间形成清晰的边界轮廓B.有助于油酸的颜色更透明便于识别C.有助于测量一滴油酸的体积D.对油酸溶液起到稀释作用(3)该小组进行下列实验操作,请将它们按操作先后顺序排列:(填选项前的字母).

A.B.C. D.E.(4)已知实验室中使用的油酸酒精溶液每104mL溶液中含有2mL油酸,又用滴管测得每50滴这种油酸酒精溶液的总体积为1mL,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1cm的正方形小格的纸上(如图).该油酸分子的直径大小d=m(结果保留2位有效数字).

(5)某同学在该实验中,计算结果明显偏小,可能是由于(填选项前的字母).

A.油酸酒精溶液配制的时间较长,酒精挥发较多B.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格C.求每滴体积时,1mL的溶液的滴数少记了10滴D.油酸未完全散开题型2探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系1.装置器材用注射器探究用传感器探究2.数据处理及结论(1)空气柱的体积V等于空气柱长度L与柱塞的横截面积S的乘积.(2)以压强p为纵坐标,以体积的倒数1V为横坐标,作出p-1V(3)在误差允许的范围内,一定质量的气体在温度不变的条件下,压强跟体积的倒数成正比,即压强与体积成反比.例2[2024·福建福安模拟]某同学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,实验装置如图甲所示.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)在注射器活塞上涂上润滑油,其主要目的是;

(2)该同学在一次实验中,计算机屏幕显示如图乙所示,其纵坐标表示封闭气体的体积,则横坐标表示的物理量是封闭气体的;

A.热力学温度TB.摄氏温度tC.压强p D.压强的倒数1(3)若该实验的误差仅由注射器与传感器之间细管中的气体体积V0导致的,由图乙可得V0大小为mL(结果保留1位有效数字).

题型3测量玻璃的折射率1.插针法示意图2.数据处理(1)计算法:用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2,算出不同入射角时的sinθ(2)图像法改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作sinθ1-sinθ2图像,由n=sinθ(3)单位圆法以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO'于E'点,过E作NN'的垂线EH,过E'作NN'的垂线E'H'.如图所示,sinθ1=EHOE,sinθ2=E'H'OE',OE=OE'=R,则n=sinθ13.误差分析(1)确定入射光线、出射光线时造成误差,故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些.(2)入射角和折射角的测量造成误差,故入射角应适当大些,以减小测量的相对误差.例3[2024·安徽卷]某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验.(1)为测量玻璃的折射率,按如图所示进行实验,以下表述正确的一项是(填正确答案标号).

A.用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a'B.在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2,眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针,使P2把P1挡住,这样就可以确定入射光线和入射点O1.在眼睛这一侧,插上大头针P3,使它把P1、P2都挡住,再插上大头针P4,使它把P1、P2、P3都挡住,这样就可以确定出射光线和出射点O2C.实验时入射角θ1应尽量小一些,以减小实验误差(2)为探究介质折射率与光的频率的关系,分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面.保持相同的入射角,根据实验结果作出光路图,并标记红光和绿光,如图乙所示.此实验初步表明:对于同一种介质,折射率与光的频率有关,频率越大,折射率越(选填“大”或“小”).

(3)为探究折射率与介质材料的关系,用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质,如图丙、丁所示.保持相同的入射角α1,测得折射角分别为α2、α3(α2<α3),则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃(选填“>”或“<”)n介质.此实验初步表明:对于一定频率的光,折射率与介质材料有关.

题型4用双缝干涉测量光的波长1.装置及器材2.数据处理(1)条纹间距Δx=a2(2)波长λ=dlΔ(3)计算多组数据,求λ的平均值.3.误差分析(1)双缝到屏的距离l的测量存在误差.(2)测条纹间距Δx带来的误差.①干涉条纹没有调整到最清晰的程度.②分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心.③测量多条亮条纹间的距离时读数不准确,此间距中的条纹数未数清.例4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,如图甲所示.(1)关于该实验,下列说法正确的是;

A.单缝及双缝必须平行放置B.干涉条纹与双缝垂直C.干涉条纹疏密程度与单、双缝间的距离有关D.若用绿色滤光片替换红色滤光片,干涉条纹间距会变小(2)某同学在做该实验时,第一次分划板中心刻线对齐A条纹中心时(图乙),游标卡尺的示数如图丙所示;第二次分划板中心刻线对齐B条纹中心时(图丁),游标卡尺的示数如图戊所示.已知双缝间距为0.50mm,双缝到屏的距离为1.00m,则图丙游标卡尺的示数为mm,两个相邻明纹(或暗纹)间的距离为mm.实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是.所测单色光波长为m.

例5[2024·广东中山模拟]在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上,如图甲所示.已知双缝间的距离为d,屏距双缝的距离为L,用测量头测量条纹间距.(1)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图乙(a)所示;然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,此时如图乙(b)所示的手轮上的示数为mm,求得相邻亮纹的间距Δy为mm.

(2)波长的表达式为λ=(用Δx、L、d表示).

(3)若改用频率较高的单色光照射,得到的干涉条纹间距将(选填“变大”“不变”或“变小”).

(4)图丙为上述实验装置部分示意图.S为单缝,S1、S2为双缝,屏上O点处为一条亮条纹.若实验时单缝偏离光轴,向下微微移动,则可以观察到O点处的干涉条纹.

A.向上移动B.向下移动C.间距变大D.间距变小第16讲热学和光学实验题型1例1(1)B(2)D(3)CAEDB(4)6.6×10-10(5)A[解析](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理想化模型法,故选B.(2)实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精的作用是对油酸溶液起到稀释作用,故选D.(3)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤为: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;往浅盘里倒入约2cm深的水,水面稳定后将适量爽身粉均匀撒在水面上,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,将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上,然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上,计算出油膜的面积,根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小.则实验操作顺序为CAEDB.(4)一滴酒精油酸溶液纯油酸的体积为V=2104×150mL=4×10-6mL,正方形小格的面积为1cm2,根据超过半格算一格,不足半格舍掉,由图可知,大约有61个小格,则油酸的面积为61cm2,则油酸分子的直径为d=VS=4×10-661cm(5)某同学在该实验中,计算结果明显偏小,根据d=VS,油酸酒精溶液配制的时间较长,酒精挥发较多,导致油酸浓度增大,则代入计算的浓度偏小,一滴油酸酒精溶液纯油酸体积测量值偏小,则直径的测量值偏小,故A正确;计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格,则油酸面积测量值偏小,直径的测量值偏大,故B错误;求每滴体积时,1mL的溶液的滴数少记了10滴,则一滴油酸酒精溶液纯油酸体积测量值偏大,直径的测量值偏大,故C错误;油酸未完全散开,则油酸面积测量值偏小,直径的测量值偏大,故D错误题型2例2(1)防止漏气(2)D(3)1[解析](1)在注射器活塞上涂上润滑油,其主要目的是防止漏气,使被封闭气体的质量不发生变化.(2)理想气体发生等温变化时遵循玻意耳定律pV=C,故V=C1p,则V-1p图像是一条直线.故选(3)图乙所示的V-1p图线不过原点,是由于计算体积时没考虑注射器与传感器之间细管中的气体体积,纵截距大小即为V0,由图像可知V0=1mL题型3例3(1)B(2)大(3)>[解析](1)在白纸上画出一条直线a作为界面,把长方体玻璃砖放在白纸上,使它的一个长边与a对齐,用直尺或者三角板轻靠在玻璃砖的另一长边,按住直尺或三角板不动,将玻璃砖取下,画出直线a'代表玻璃砖的另一边,而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a',故A错误;在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2,眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针,使P2把P1挡住,这样就可以确定入射光线和入射点O1.在眼睛这一侧,插上大头针P3,使它把P1、P2都挡住,再插上大头针P4,使它把P1、P2、P3都挡住,这样就可以确定出射光线和出射点O2,故B正确;实验时入射角θ1应尽量大一些,但也不能太大(接近90°),以减小实验误差,故C错误.(2)由图乙可知,入射角相同,绿光的折射角小于红光的折射角,根据光的折射定律n=sinαsinβ,可知玻璃砖对绿光的折射率大于对红光的折射率,又因为绿光的频率大于红光的频率,所以频率越大(3)根据折射定律可知,玻璃的折射率为n玻璃=sinα1sinα2,该介质的折射率为n介质=sinα1sinα3,题型4例4(1)AD(2)11.51.3减小测量的误差6.5×10-7[解析](1)为使屏上的干涉条纹清晰,单缝和双缝必须平行放置,所得到的干涉条纹与双缝平行,故B错误,A正确;由Δx=λld可知,干涉条纹疏密程度与双缝间距离、双缝到屏的距离和光的波长有关,绿光的波长小于红光的波长,则若用绿色滤光片替换红色滤光片,干涉条纹间距会变小,故C错误,D正确(2)由图丙可知,游标尺为10分度,且第5个小格对齐,则游标卡尺的读数为x1=11mm+5×0.1mm=11.5mm;由图戊可知,游标卡尺为10分度,且第7个小格对齐,则游标卡尺的读数为x2=16mm+7×0.1mm=16.7mm;由图乙和图丁可知,A、B两条条纹间有4个间距,则两个相邻明纹(或暗纹)间的距离为Δx=x2-x14=1.3mm.实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是减小测量的误差.根据公式Δx=λld代入数据解得所测单色光波长为λ=dΔxl=例5(1)13.8702.310(2)dΔxL(3)[解析](1)如图乙(a)所示的手轮上的示数为2mm+0.320mm=2.320mm,如图乙(b)所示的手轮上的示数为13.5mm+0.370mm=13.870mm;相邻亮纹的间距为Δy=13.870-2.3205(2)根据双缝干涉条纹间距公式Δy=Ldλ得λ=d(3)改用频率较高的单色光照射,光的波长变短,根据Δy=Ldλ知,得到的干涉条纹间距变小(4)实验时单缝偏离光轴,向下微微移动,通过双缝S1、S2的光仍是相干光,仍可产生干涉条纹,对于中央亮纹来说,从单缝S经过S1、S2到中央亮纹的路程差仍等于0,则中央亮纹O的位置略向上移动,故A正确,B错误;由于λ、d、L均不变,则双缝干涉条纹间距Δy不变,故C、D错误.乙位移区间ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30v(cm/s)66.073.0v87.394.6(1)已知打出图乙中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1s.以打出A点时小车位置为初始位置,将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中,得到对应时间段的小车的平均速度v,表中vAD=cm/s(2)根据表中数据得到小车平均速度v随时间t的变化关系,如图丙所示.从实验结果可知,小车运动的v-Δt图线可视为一条直线,此直线用方程v=kΔt+b表示,其中k=cm/s2,b=cm/s.(结果均保留3位有效数字)

(3)根据(2)中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动,得到打出A点时小车速度大小vA=,小车的加速度大小a=.(结果用字母k、b表示)

2.[2024·山东青岛模拟]某实验小组同时测量A、B两个箱子质量的装置图如图甲所示,其中D为铁架台,E为固定在铁架台上的轻质滑轮(质量和摩擦可忽略不计),F为光电门,C为固定在A上、宽度为d的细遮光条(质量不计),另外,该实验小组还准备了一套总质量m0=0.5kg的砝码和刻度尺.(1)在铁架台上标记一位置O,并测得该位置与光电门F之间的距离为h.取出质量为m的砝码放在A箱子中,剩余砝码全部放在B箱子中,让A从位置O由静止开始下降,则A从O下落到F处的过程中,A箱与A箱中砝码的整体机械能是(选填“增加”“减少”或“守恒”)的.

(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图乙所示,其读数为mm,测得遮光条通过光电门的时间为Δt,下落过程中A的加速度大小a=(用d、Δt、h表示).

(3)改变m,测得相应遮光条通过光电门的时间,算出加速度a,得到多组m与a的数据,作出a-m图像如图丙所示,可得A的质量mA=kg.(重力加速度大小g取10m/s2,计算结果保留三位有效数字)

3.[2024·湖北卷]某同学设计了一个测量重力加速度大小g的实验方案,所用器材有:2g砝码若干、托盘1个、轻质弹簧1根、米尺1把、光电门1个、数字计时器1台等.具体步骤如下:①将弹簧竖直悬挂在固定支架上,弹簧下面挂上装有遮光片的托盘,在托盘内放入一个砝码,如图甲所示.②用米尺测量平衡时弹簧的长度l,并安装光电门.③将弹簧在弹性限度内拉伸一定长度后释放,使其在竖直方向振动.④用数字计时器记录30次全振动所用时间t.⑤逐次增加托盘内砝码的数量,重复②③④的操作.该同学将振动系统理想化为弹簧振子.已知弹簧振子的振动周期T=2πMk,其中k为弹簧的劲度系数,M为振子的质量(1)由步骤④,可知振动周期T=.

(2)设弹簧的原长为l0,则l与g、l0、T的关系式为l=.

(3)由实验数据作出的l-T2图线如图乙所示,可得g=m/s2(保留三位有效数字,π2取9.87).

(4)本实验的误差来源包括.

A.空气阻力B.弹簧质量不为零C.光电门的位置稍微偏离托盘的平衡位置4.[2024·山东卷]在第四次“天宫课堂”中,航天员演示了动量守恒实验.受此启发,某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实验,气垫导轨两端分别安装a、b两个位移传感器,a测量滑块A与它的距离xA,b测量滑块B与它的距离xB.部分实验步骤如下:①测量两个滑块的质量,分别为200.0g和400.0g;②接通气源,调整气垫导轨水平;③拨动两滑块,使A、B均向右运动;④导出传感器记录的数据,绘制xA、xB随时间变化的图像,分别如图乙、图丙所示.回答以下问题:(1)从图像可知两滑块在t=s时发生碰撞.

(2)滑块B碰撞前的速度大小v=m/s(保留2位有效数字).

(3)通过分析,得出质量为200.0g的滑块是(选填“A”或“B”).

5.某同学用图甲所示的装置测量滑块和水平台面间的动摩擦因数.水平转台用齿轮传动,绕竖直的轴匀速转动,不可伸长的细线一端连接小滑块,另一端连到固定在转轴上的力传感器上,计算机通过传感器能显示细线拉力F的情况,实验步骤如下:①数出主动齿轮和从动齿轮的齿数分别为n1和n2;②用天平称量小滑块的质量m;③将滑块放置在转台上,使细线刚好伸直;④控制主动齿轮以某一角速度ω主匀速转动,记录力传感器的示数F,改变主动齿轮的角速度,并保证主动齿轮每次都做匀速转动,记录对应的力传感器示数,滑块与水平台面始终保持相对静止.回答下面的问题:(1)滑块随平台一起匀速转动的角速度大小可由ω=计算得出.(用题中给定的符号表示)

(2)处理数据时,该同学以力传感器的示数F为纵轴,对应的主动齿轮角速度大小的平方ω主2为横轴,建立直角坐标系,描点后拟合为一条直线,如图乙所示(图中a、b为已知量),设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g,则滑块和台面间的动摩擦因数μ=(3)该同学仅换用相同材料的质量更大的滑块再次做了该实验,作出F-ω主2图像,与图乙中直线斜率比较,发现其斜率第15讲电学实验时间|40min1.[2024·福建厦门模拟]某同学正在探究影响感应电流方向的因素,已知当电流从灵敏电流计的正接线柱流入时,灵敏电流计的指针向右偏转.第14讲力学实验1.(1)80.0(2)70.059.0(3)b2k[解析](1)由题图乙中纸带的相关数据可知ΔxAD=6.60cm+8.00cm+9.40cm=24.00cm,由平均速度的定义可知vAD=ΔxAD3t=(2)由题图丙可知斜率k=101.0-59.00.6cm/s2=70(3)小车做匀变速直线运动,有x=v0t+12at2,变形可得xt=v=v0+12at,故小车在t=0时,即打出A点时小车的速度大小vA=b,小车的加速度大小a满足12a=k2.(1)减少(2)11.3d(3)2.50[解析](1)A与B是由绳子相连的连接体,当A下降时B上升,它们具有相同的速率,可知当A从O下落至F处的过程中,B的重力势能增加,动能增加,而机械能为动能与势能之和,则可知B的机械能增加,整个系统的机械能守恒,故A的机械能减少.(2)游标卡尺的分度值为0.1mm,则遮光条的宽度d的读数为d=1.1cm+3×0.1mm=11.3mm,遮光条通过光电门的速度为v=dΔt,由运动学公式v2=2ah,可知下落过程中A的加速度大小为a=(3)对A、B及砝码组成的系统由牛顿第二定律有[(mA+m)-(mB+m0-m)]g=(mA+mB+m0)a,整理可得a=2gmA+mB+m0m+(mA-mB-m0)gmA+mB3.(1)t30(2)l0+gT24π2(3)9.59(9.56[解析](1)30次全振动所用时间为t,则振动周期T=t30(