专题25-热学及光学实验部分(2019人教版)(解析版)

【专题25】热学及光学实验部分【题型命题点】一、用油膜法估测分子的大小探究气体压强与体积的关系【考点一】用油膜法估测分子的大小【典型例题1】(2022届双鸭山市第一中学高三(下)开学考试)某实验小组在做“油膜法估测油酸分子大小”的实验中，需使油酸在水面上形成______层油膜，为使油酸尽可能地散开，将纯油酸用酒精稀释，若稀释后的油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.5mL，用滴管向量筒内滴50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加1mL，油酸未完全散开就开始测量油酸膜的面积，会导致油酸分子直径的计算结果______(填“偏大”“偏小”或“不变”)。若一滴油酸酒精溶液形成的油膜面积为，则可测出油酸分子的直径为______m。(结果保留一位有效数字)【解析】[1]油膜法估测油酸分子直径时，，需使油酸在水面上形成单分子层油膜。[2]油酸分子直径，油酸未完全散开就开始测量油酸膜的面积,所测S偏小，会导致油酸分子直径的计算结果偏大。[3]一滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸体积，油膜面积为，则可测出油酸分子的直径为【答案】①单分子(说明：填“一”不能得分)②偏大③6×10－10(对应训练)(2022届成都石室中学一模)将m毫升的油酸配制成n毫升的油酸酒精溶液，将其滴入撒有石膏粉的自来水中，测得其面积与滴入的溶液滴数图象的斜率为k。已知1毫升时的总滴数为P，则1滴油酸酒精溶液中的油酸含量为______，油酸分子的半径为______。【解析】[1][2]油酸酒精溶液中的油酸浓度为；1滴油酸酒精溶液中的油酸含量为，由题知面积与滴入的溶液滴数图象的斜率为k，即滴入一滴时，有，可解得油酸分子的半径【答案】①②【考点二】探究气体压强与体积的关系【典型例题2】(2022届福建师范大学附属中学高三(下)开学考试)在“探究气体等温变化的规律”实验中，封闭的空气如图所示，形管粗细均匀，右端开口，已知外界大气压为水银柱高，图中给出了气体的两个不同的状态。(1)实验时甲图气体的压强为___________；乙图气体压强为___________。(2)实验时某同学认为形管的横截面积可不用测量，这一观点正确吗？___________(选填“正确”或“错误”)。(3)数据测量完后在用图像法处理数据时，某同学以压强为纵坐标，以体积(或空气柱长度)为横坐标来作图，你认为他这样做能方便地看出与间的反比关系吗？___________(选填“能”或“不能”)。【解析】(1)[1][2]题图甲中气体压强为，图乙中气体压强为；(2)[3]由玻意耳定律，即，(、为空气柱长度)知，形管的横截面积可不用测量；(3)[4]以为纵坐标，以为横坐标，作出图线是一条曲线，但曲线未必表示反比关系，所以应作出图线，看是否为过原点的直线，才能最终确定与是否成反比。【答案】①76②80③正确④不能(对应训练1)(2022届上海市奉贤区一模)“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”实验：(1)封闭气体的压强p用________传感器测量，体积V由________读出。(2)除了保持注射器内封闭气体的质量不变之外，还应该保持封闭气体的_________不变，采取的主要措施是缓慢推动活塞和________。(3)图线a、b、c是三位同学根据实验数据分别得到的p-V图像。若a、b是不重合的两条双曲线，c与b相交，则()A.a、b不重合是由于b气体质量大B.a、b不重合是由于b气体温度高C.产生c图线可能是容器密闭性不好D.产生c图线可能是推动活塞过于快速【解析】(1)[1][2]封闭气体的压强p用压强传感器测量，体积V由注射器上的刻度读出。(2)[3][4]除了保持注射器内封闭气体的质量不变之外，还应该保持封闭气体的温度不变，采取的主要措施是缓慢推动活塞和手不要握住注射器封闭有气体的部分。(3)[5]AB．根据，质量越大，则pV乘积越大，图像离原点越远；温度越高，pV乘积越大，图像离原点越远，则AB错误；C．若压缩气体时，注射器密闭性不好，则质量减小，则pV乘积减小，则出现图像c的情况，选项C正确；D．若推动活塞过于快速，则气体的温度升高，则pV乘积会变大，不会出现图像c的情况，选项D错误。故选C。【答案】①压强②注射器上的刻度③温度④手不要握住注射器封闭有气体的部分⑤C(对应训练2)现用“探究气体压强与体积的关系”的实验来测量大气压强p。注射器针筒已被固定在竖直方向上，针筒上所标刻度是注射器的容积，最大刻度Vm＝10mL。注射器活塞已装上钩码框架，如图所示。此外，还有一架托盘天平、若干钩码、一把米尺、一个针孔橡皮帽和少许润滑油。(1)下面是实验步骤，试填写所缺的②和⑤。①用米尺测出注射器针筒上全部刻度的长度L。②_____________________________________________________________。③把适量的润滑油抹在注射器的活塞上，将活塞插入外筒中，上下拉动活塞，使活塞与针筒的间隙内均匀地涂上润滑油。④将活塞拉到适当的位置。⑤________________________________________________________。⑥在钩码框架两侧挂上钩码，记下挂上的钩码的质量m1，在达到平衡后，记下注射器中空气柱的体积V1。在这个过程中不要用手接触注射器以保证空气柱温度不变。⑦增加钩码的个数，使钩码的质量增大为m2，达到平衡后，记下空气柱的体积V2。(2)计算大气压强p的公式是_____________________________________________。(用已给的和测得的物理量表示，重力加速度为g)【解析】(1)实验步骤②和⑤是：②称出活塞和钩码框架的总质量M。⑤将注射器针筒上的小孔用橡皮帽堵住。(2)活塞的横截面积为S＝eq\f(Vm,L)①由力学平衡条件得p1＝p＋eq\f(M＋m1,S)g②p2＝p＋eq\f(M＋m2,S)g③由玻意耳定律得p1V1＝p2V2④【答案】(1)②称出活塞和钩码框架的总质量M⑤将注射器针筒上的小孔用橡皮帽堵住(2)p＝eq\f(Lg,Vm)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(m2V2－m1V1,V1－V2)－M))【题型命题点】二、用单摆测量重力加速度的大小【典型例题】(2022届·上海市奉贤区高三(上)一模)在“用单摆测量重力加速度”的实验中，(1)提供如图所示的甲、乙、丙三个装置，你认为应选用图_____(选填“甲”、“乙”或“丙”)来做实验较好，理由是___________。(2)实验过程中，如图所示的A和B两种方式悬挂小球，A是摆线缠绕悬挂，B是摆线被夹住悬挂。你认为_____(选填“A”或“B”)悬挂方式较好，理由是___________。(3)甲组同学现用摆长为90.0cm的单摆做实验，为使单摆做简谐振动，则开始时将摆球拉离平衡位置的距离应不超过_________cm。在实验数据交流时，乙组同学发现他们测得的48次摆动时间与甲组测得的50次摆动时间相等，实验操作都正确，可知乙组摆长为_________cm。【解析】(1)[1][2]铁球的尺寸相比摆线长度小得多、摆线的质量相比铁球的质量可忽略、铁球摆动过程中受空气阻力的影响小得多，摆长不能过小，一般取1m左右的细线，故选乙；(2)[3][4]如果选A装置，摆动过程中，摆长在不断变化，无法准确测量；B装置摆动过程中摆长可以保持不变，故选B装置；(3)[5]当摆动的角度为5°时，摆球拉离平衡位置的距离最大，设为s，则根据题意得，故开始时摆球拉离平衡位置的距离应不超过7.8cm；[6]单摆的周期公式，设甲单摆的周期为T，乙单摆的周期为T′，根据题意知25T=24T′，则，可得【答案】①.乙②.铁球的尺寸相比摆线长度小得多、摆线的质量相比铁球的质量可忽略、铁球摆动过程中受空气阻力的影响小得多③.B④.摆动过程中摆长可以保持不变⑤.7.8⑥.97.7(对应训练)(1)在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中，两位同学用游标卡尺测量小球的直径的操作如图甲、乙所示。测量方法正确的是________(选填“甲”或“乙”)。(2)实验时，若摆球在垂直纸面的平面内摆动，为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数，在摆球运动的最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻，如图丙所示。光敏电阻与某一自动记录仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t的变化图线如图丁所示，则该单摆的振动周期为________。若保持悬点到小球顶点的绳长不变，改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验，则该单摆的周期将________(选填“变大”“不变”或“变小”)，图丁中的Δt将________(选填“变大”“不变”或“变小”)。【解析】(1)游标卡尺应该用两外测量爪对齐的地方测量，正确的是题图乙。(2)一个周期内小球应该两次经过最低点，使光敏电阻的阻值发生变化，故周期为t1＋2t0－t1＝2t0；小球的直径变大后，摆长变长，根据T＝2πeq\r(\f(l,g))可知，周期变大；每次经过最低点时小球的挡光的时间变长，即Δt变大。【答案】(1)乙(2)2t0变大变大【题型命题点】三、测量玻璃的折射率【典型例题】(2022届辽宁省实验中学、东北育才学校等五校高三(上)期末联考)如图甲所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜，并确定AB和AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。(1)此后正确的操作步骤是________。A．插上大头针P3，使P3挡住P2的像B．插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像C．插上大头针P4，使P4挡住P3的像D．插上大头针P4，使P4挡住P1、P2的像和P3(2)正确完成上述操作后，在纸上标出大头针P3、P4的位置(图中已标出)。为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路图和若干条辅助线，如图乙、丙所示。能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图________(填“乙”或“丙”)，所测玻璃折射率的表达式n＝________(用代表线段长度的字母ED、FG表示)。【解析】(1)[1]此后正确的操作步骤是：插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像；插上大头针P4，使P4挡住P1、P2的像和P3，B、D正确。(2)[2]能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图丙。[3]根据折射定律【答案】①BD②丙③(对应训练)某同学为了测量截面为正三角形的玻璃三棱镜的折射率，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的右侧观察到P1和P2的像，当P1的像恰好被P2的像挡住时，插上大头针P3和P4，使P3挡住P1、P2的像，P4也挡住P1、P2的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示。(1)在图上画出对应的光路。(2)为了测出三棱镜玻璃材料的折射率，若以AB为分界面，需要测量的量是______________________________________，在图上标出它们。(3)三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n＝________。(4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移(移至图中的虚线位置，底边仍重合)，若仍以AB为分界面，则三棱镜玻璃材料折射率的测量值________真实值(填“大于”“小于”或“等于”)。【解析】(1)光路图如图所示。(2)若以AB为分界面，需要测量的量为入射角θ1、折射角θ2。(3)该三棱镜玻璃材料的折射率的计算公式为n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。(4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移，仍以AB为分界面，将入射光线与AB的交点和出射光线与BC的交点连接起来，从而可知该连接线发生偏转，导致折射角变小，所以测量值比真实值大。【答案】(1)如解析图所示(2)入射角θ1、折射角θ2(3)eq\f(sinθ1,sinθ2)(4)大于【题型命题点】四、用双缝干涉实验测量光的波长【典型例题】(2022届天津市南开区高三(上)期末)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，如图a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双缝宽度有关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度对齐条纹中心时(图b)，游标尺的示数如图c所示；第二次分划板中心刻度对齐条纹中心时(图d)，游标尺的示数如图e所示。已知双缝间距为，双缝到屏的距离为，则图c游标尺的示数为________，两个相邻明纹(或暗纹)间的距离为________。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_______。【解析】(1)[1]AB．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；CD．由，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。故选AD。(2)[2]由图c可知，游标卡尺为10分度，且第5个小格对齐，则游标尺的读数为[3]由图e可知，游标卡尺为10分度，且第7个小格对齐，则游标尺的读数为由图b和图d可知，AB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[4]实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是减小测量的误差。[5]根据公式，带入数据解得所测单色光波长为【答案】①AD②11.5③1.3④减小测量的误差⑤(对应训练1)(2022届黑龙江省实验中学高三(上)第六次月考)(多选)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样.若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是()A．改用红色激光B．改用蓝色激光C．减小双缝间距D．将屏幕向远离双缝的位置移动E．将光源向远离双缝的位置移动【解析】A．根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx＝λ可知，改用红色激光，波长变大，则条纹的间距变大，选项A正确；B．根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx＝λ可知，改用蓝色激光，则波长变短，则条纹的间距变小，选项B错误；C．根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx＝λ可知，减小双缝间距d，则条纹的间距变大，选项C正确；D．根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx＝λ可知，将屏幕向远离双缝的位置移动，即l变大，则条纹的间距变大，选项D正确；E．根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx＝λ可知，将光源向远离双缝的位置移动对条纹间距无影响，选项E错误.【答案】ACD(对应训练2)(2022届湖北省荆州中学高三(上)期末)用a、b两种不同的单色光，先后用同一装置做双缝干涉实验，得到两种干涉条纹，其中a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距，则()A．a光的频率大于b光的频率B．对同种玻璃a光的折射率大于b光的折射率C．在同种玻璃中，a光的传播速度等于b光的速度D．从玻璃射向空气发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角【解析】双缝干涉实验，干涉条纹间距为，可知如果用a、b两种不同的单色光，先后用同一装置做双缝干涉实验，a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距，则a光的波长大于b光的波长，则A．a光的频率小于b光的频率，故A错误；B．对同种玻璃a光的折射率小于b光的折射率，故B错误；C．在同种玻璃中，根据，可知，在同种玻璃中，a光的传播速度大于b光的速度，故C错误；D．根据临界角公式，可知，从玻璃射向空气发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角，故D正确。故选D。【答案】D【考点训练】1．(2021·北京二模)某同学用如图所示的实验装置观察光的干涉现象。他使用绿色的滤光片，在目镜中观察到了一定数量的绿色条纹。若要增加从目镜中观察到的条纹个数，以下措施可行的是()A．增大单缝到双缝的距离 B．换用间距更大的双缝C．换用更长的遮光筒 D．换用红色的滤光片【解析】若要增加从目镜中观察到的条纹个数，则需要减小条纹间距，根据，可知，增大单缝到双缝的距离对条纹间距无影响；换用间距更大的双缝可减小条纹间距；换用更长的遮光筒可增大条纹间距；红光的波长大于绿光，则换用红色的滤光片条纹间距变大。故选B。【答案】B2．(2021·天津三模)对下列四个有关光的实验示意图，分析正确的是()A．图甲中若改变复色光的入射角，则b光先在水珠中发生全反射B．图乙若只减小屏到挡板的距离L，则相邻亮条纹间距离将增大C．图丙中若得到明暗相间平行等距条纹说明待测工件表面平整D．若只旋转图丁中M或N一个偏振片，光屏P上的光斑亮度不发生变化【解析】A．图像可知，复色光能够入射进入水珠，根据光路的可逆性，两光均不可能在水珠内发生全反射，所以A错误；B．根据可知，图乙若只减小屏到挡板的距离L，则相邻亮条纹间距离将减小，所以B错误；C．图丙中若得到明暗相间平行等距条纹说明待测工件表面平整，所以C正确；D．由于自然光为偏振光，所以若只旋转图丁中M或N一个偏振片，光屏P上的光斑亮度将发生变化，所以D错误；故选C。【答案】C3．(2021·江苏模拟)在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验中，一同学经调节后使单逢和双缝在竖直方向相互平行，分别用间距d1=0.20mm和d2=0.25mm的双缝来完成实验，其它条件不变，该同学用间距为d1的双缝观察到的干涉条纹是()A．B．C．D．【解析】根据，d越小，条纹越宽；因为单逢和双缝在竖直方向相互平行，所以条纹沿竖直方向。故选C。【答案】C4．(2021·江苏无锡市开学考试)按如图装置利用单摆测量重力加速度。实验中测得摆线长度为，摆球直径为，摆球完成次全振动所需时间为，取，求当地重力加速度的大小．(保留3位有效数字)【解析】摆球的振动的周期为摆长为根据解得【答案】5．(2021·江苏)对于下列实验，说法正确的有．A．甲图是用油膜法测分子直径的示意图，认为油酸薄膜厚度等于油酸分子直径B．乙图是溴蒸气的扩散实验，若温度升高，则扩散的速度加快C．丙图是模拟气体压强产生机理的实验，说明气体压强是由气体重力引起的D．丁图是蜂蜡涂在单层云母片上融化实验，说明云母晶体的导热性能各向同性【解析】A．甲图是利用单分子油膜层粗测油