2025 选考专题高考 物理 （川陕青宁蒙新晋豫）第16讲　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16讲热学和光学实验含答案第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.可使油酸和痱子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:(填字母顺序).

ABCDE(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(如图所示).该油酸分子的大小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.求每滴油酸酒精溶液的体积时,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·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”).

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sinθ1(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=sinθ1(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'.如图乙所示,sinθ1=EHOE,sinθ2=E'H'OE',OE=OE'=R,则n=sinθ1sin3.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,按如图甲所示进行实验,以下表述正确的一项是(填选项前的字母).

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[2024·湖南衡阳模拟]现用如图甲所示的双缝干涉实验装置来测量光的波长.(1)在组装仪器时单缝和双缝应该相互(选填“垂直”或“平行”)放置.

(2)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,游标尺为50分度.某同学调整手轮使测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐,并将该亮纹定为第1条亮纹,此时测量头上游标卡尺的读数为1.16mm;接着同方向转动手轮,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,此时测量头上游标卡尺的示数如图乙所示,则读数为mm,已知双缝间距d=2.00×10-4m,测得双缝到毛玻璃屏的距离L=0.800m,所测光的波长λ=nm.(保留3位有效数字)

(3)该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离Δx,而是先测量n个条纹的间距再求出Δx,这样做的理由是.

(4)洛埃镜实验的基本装置如图丙所示,S为单色光源.S发出的光直接照在光屏上,同时S发出的光还通过平面镜反射在光屏上.从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的,这样就形成了两个一样的相干光源.设光源S到平面镜的距离和到光屏的距离分别为a和L,光的波长为λ.写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx的表达式为.

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B正确.(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D正确.(3)“用油膜法测油酸分子的大小”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,水面稳定后将适量痱子粉均匀撒在水面上,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.因此实验操作顺序为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(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,一滴酒精油酸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;求每滴油酸酒精溶液的体积时,1mL的溶液的滴数少记了10滴,则一滴酒精油酸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)1.0(2)0.20(3)B[解析](1)x-t图像的斜率表示速度,由题图乙和题图丙可知,两滑块的速度在t=1.0s时发生突变,即发生了碰撞.(2)x-t图像斜率的绝对值表示速度大小,由题图丙可知,碰撞前瞬间B的速度大小v=90−1101.0cm/s=0.20m/s(3)由题图乙可知,碰撞前A的速度大小vA=0.50m/s,碰撞后A的速度大小vA'≈0.36m/s,由题图丙可知,碰撞后B的速度大小v'=0.50m/s,对A和B碰撞过程,由动量守恒定律有mAvA+mBv=mAvA'+mBv',解得mAmB≈2,所以质量为200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=sinαsin(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,其中α2题型4例4(1)平行(2)15.02693(3)利用累积法求平均值的方法减小偶然误差(4)Δx=L2[解析](1)在组装仪器时单缝和双缝应该相互平行放置.(2)50分度游标卡尺的精确值为0.02mm,由图乙可知读数为15mm+1×0.02mm=15.02mm,相邻亮条纹间距为Δx=(15.02-1.16)×10-36−1m=2.772×10-3m,根据Δx=Ldλ,可得所测光的波长为λ=ΔxdL=2.772×1(3)该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离Δx,而是先测量n个条纹的间距再求出Δx,这样做的理由是:利用累积法求平均值的方法减小偶然误差.(4)从S发出的光经过平面镜反射后射到屏上的光,相当于从S关于平面镜的像点S'发出的光射到屏上,也就相当于一个间距为2a的双缝,则在光屏上形成的相邻两条亮纹(或暗纹)间距离为Δx=L2第16讲热学和光学实验时间|40min1.[2024·山西晋中模拟]油酸可以在水面扩展成单分子油膜.实验小组利用这一原理测定油酸的分子直径(将油酸分子视为球状模型).(1)实验步骤:①向体积为V1的纯油酸中加入酒精,直到油酸酒精溶液总量为V2;②用注射器吸取油酸酒精溶液,一滴一滴地滴入小量筒,当滴入n滴时体积为V0;③往方口浅盘里倒入适当深度的水;④往水面上均匀撒上薄薄的一层爽身粉,然后用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,等油酸薄膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描出油酸薄膜的轮廓;⑤将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板,放在画有边长为a的正方形小方格的坐标纸上;⑥数出轮廓范围内小方格的总数为N.(2)实验误差分析:油膜未充分散开时描下轮廓,则所测分子直径(选填“偏大”或“偏小”).测量油酸溶液体积时,量筒读数造成的误差属于(选填“偶然误差”或“系统误差”).

(3)原理:由上述实验步骤测得的数据(V1、V2、n、V0、a、N)可得油酸分子直径的表达式为d=.

(4)估算:实验室的方形浅盘规格为40cm×40cm,用注射器滴出的一滴油酸酒精溶液的体积约为0.02mL,油酸分子的直径按6×10-10m估算,为使实验尽可能精确,配制的油酸酒精溶液浓度V1V2应选(A.1200 B.2.[2024·河北邯郸模拟]某同学用如图甲所示实验装置探究一定质量的气体发生等温变化时压强与体积的关系.将注射器活塞移动到最右侧,接上软管和压强传感器,记录此时注射器内被封闭气体的压强p和体积V;推动活塞压缩气体,记录多组气体的压强和体积.(1)为使实验结果尽量准确,下列操作正确的是(填选项前的字母).

A.要尽可能保持环境温度不变B.实验前要在活塞与注射器壁间涂适量的润滑油C.实验过程中要用手握紧注射器并快速推拉活塞D.实验过程中应缓慢地推动活塞(2)分别在环境温度为T1、T2(T1<T2)时完成上述探究活动.下列各图最能正确且直观地反映实验过程中,气体压强p随体积V变化规律的是(填选项字母).

ABCD(3)该同学用此装置测量一小石子的密度.他先用天平测出其质量为m,再将其装入注射器内,重复上述实验操作,记录注射器上的体积刻度V和压强传感器读数p,根据实验测量数据,作出如图乙所示的V-1p图像,则石子密度为.(用题及图中相关物理量的字母符号表示(4)求出石子的密度比真实值(选填“偏大”“偏小”或“相等”).

3.[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.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.④分别过M、P作BB'的垂线MM'、PP',M'、P'是垂足,并用米尺分别测量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y-x图像,如图乙所示.(1)关于该实验,下列说法正确的是(填选项前的字母).

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y-x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”).

4.[2024·河北卷]某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长,实验装置如图所示,其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等.该同学调整好实验装置后,分别用红色、绿色滤光片,对干涉条纹进行测量,并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数,如下表所示:单色光类别x1/mmx6/mm单色光110.6018.64单色光28.4418.08根据表中数据,判断单色光1为(选填“红光”或“绿光”).

5.[2024·山东济南模拟]泉城某物理实验小组的同学利用玻意耳定律测量室温(23℃)下的大气压p0,实验装置如图甲所示.主要实验步骤如下:甲①将一导热圆柱形汽缸开口向上并固定在水平桌面上,用质量为m0=50g的活塞封闭一定质量的气体;②测量汽缸的底面面积,记为S0=150mm2;③在活塞上放置一质量为m的重物,待稳定后利用刻度尺测量出活塞距离汽缸底部的高度h;④逐渐增加重物的质量,重复③中的步骤,分别记录重物的质量以及相应的活塞距离汽缸底部的高度并记录在表格中;⑤以重物的质量m为纵坐标,活塞距离汽缸底部高度h的倒数为横坐标,绘制m-1h图像.实验中可忽略一切摩擦和外界温度变化,g取9.8m/s2m/kg0.000.200.400.600.801.00h/m0.1000.0900.0810.0750.0680.0641h/m10.011.112.313.414.615.7(1)根据表格中的数据,请在图乙中描点作图,绘制m-1h图像(2)根据图像测得的大气压强为Pa.(计算结果保留两位有效数字)

(3)若该小组同学在处理实验数据时忘记考虑活塞质量,则他们测量的大气压强(选填“大于”“小于”或“等于”)大气压强的实际值.

(4)若使用该实验装置在37℃下进行实验,得到的m-1h图像的斜率(选填“大于”“小于”或“等于”)23℃下得到的m-1h第16讲热学和光学实验1.(2)偏大偶然误差(3)V1V[解析](2)油膜未充分散开时描下轮廓,导致面积的测量值偏小,所以直径测量值偏大.读数误差为偶然误差.(3)根据d=VS,又V=V0n×V1V2,S=Na2(4)由题给数据计算轮廓面积,若选B,则S=0.02×10-6×15006×10-10=667cm2,若选A,则S=16672.(1)ABD(2)C(3)mV0[解析](1)保证注射器内封闭气体的温度不发生明显变化,要尽可能保持环境温度不变,故A正确;为防止漏气,实验前要在活塞与注射器壁间涂适量的润滑油,故B正确;实验过程中要用手握紧注射器并快速推拉活塞,气体温度将升高,故C错误;实验过程中应缓慢地推动活塞,使气体温度始终与环境温度相同,故D正确.(2)根据理想气体