2025屆高中物理三輪沖刺練習(xí)-專題六微專題24光學(xué)和熱學(xué)實(shí)驗(yàn)習(xí)題_第1頁(yè)
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微專題24光學(xué)和熱學(xué)實(shí)驗(yàn)一、測(cè)量玻璃的折射率1.注意事項(xiàng)(1)應(yīng)盡可能將大頭針豎直地插在紙上,且P1和P2之間、P3和P4之間、P2與O、P3與O'之間距離要稍大一些。(2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°),當(dāng)θ1太大時(shí),反射光較強(qiáng),折射光較弱,當(dāng)θ1太小時(shí),入射角、折射角測(cè)量的相對(duì)誤差較大。2.數(shù)據(jù)處理方法1:用量角器量出入射角θ1和折射角θ2,用公式n=sinθ方法2:如圖所示,以O(shè)點(diǎn)為圓心,以某一長(zhǎng)度為半徑作圓,過(guò)圓與光線的交點(diǎn)作出兩條垂線PN和QN',用公式n=PNQN'二、用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)原理與操作1.用刻度尺測(cè)量出雙縫到光屏間的距離l,由公式Δx=ldλ得λ=dlΔ2.調(diào)節(jié)測(cè)量頭時(shí),應(yīng)使分劃板中心刻線和亮條紋的中心對(duì)齊,記錄此時(shí)手輪上的讀數(shù),轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭,使分劃板中心刻線和另一亮條紋的中心對(duì)齊,記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)。3.為了減小誤差,要測(cè)n個(gè)亮條紋的間距,計(jì)算得出相鄰兩條亮條紋間的距離Δx,即Δx=an三、用油膜法估測(cè)油酸分子的大小1.實(shí)驗(yàn)原理(1)將油酸酒精溶液滴在水面上,讓溶液盡可能散開(kāi),可認(rèn)為油酸在水面上形成單分子油膜層;(2)如果把分子看成球形,單分子油膜層的厚度就可以看成油酸分子的直徑;(3)測(cè)出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V和油膜的面積S,由d=VS2.油膜面積的計(jì)算用數(shù)格子的方法計(jì)算油膜面積:大于半格的算一個(gè),小于半格的舍去。3.油膜體積的計(jì)算V=1mL滴數(shù)N四、探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系注意事項(xiàng)(1)為保持氣體溫度不變,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要用手握住注射器;同時(shí),改變體積過(guò)程應(yīng)緩慢,以免影響密閉氣體的溫度。(2)在等溫過(guò)程中,氣體的p-V圖像為雙曲線的一支,要通過(guò)坐標(biāo)變換,畫(huà)p-1V圖像,把雙曲線變?yōu)橹本€,以直觀地判斷p和V1.(2024·福建寧德市一模)在用油膜法估測(cè)油酸分子大小的實(shí)驗(yàn)中,具體操作如下:①取純油酸1.0mL注入2500mL的容量瓶?jī)?nèi),然后向瓶中加入酒精,直到液面達(dá)到2500mL的刻度為止,搖動(dòng)瓶使油酸在酒精中充分溶解,形成油酸酒精溶液;②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒,記錄滴入的滴數(shù),直到達(dá)到1.0mL為止,恰好共滴了100滴;③在邊長(zhǎng)約40cm的淺水盤(pán)內(nèi)注入約2cm深的水,將細(xì)爽身粉均勻地撒在水面上,再用滴管吸取油酸酒精溶液,輕輕地向水面滴一滴溶液,酒精揮發(fā)后,油酸在水面上盡可能地散開(kāi),形成一層油膜,膜上沒(méi)有爽身粉,可以清楚地看出油膜輪廓;④待油膜形狀穩(wěn)定后,將事先準(zhǔn)備好的玻璃板放在淺盤(pán)上,在玻璃板上繪出油膜的形狀;⑤將畫(huà)有油酸膜形狀的玻璃板放在邊長(zhǎng)為1.0cm的方格紙上。(1)(4分)利用上述具體操作中的有關(guān)數(shù)據(jù)可知一滴油酸酒精溶液含純油酸體積為m3,求得的油酸分子直徑為m(結(jié)果均保留一位有效數(shù)字)。

(2)(2分)于老師在該實(shí)驗(yàn)中最終得到的油酸分子的直徑和大多數(shù)同學(xué)的比較,數(shù)據(jù)偏大。出現(xiàn)這種結(jié)果的原因,可能是。

A.計(jì)算油酸膜面積時(shí),錯(cuò)將所有不完整的方格作為完整的方格處理B.水面上爽身粉撒的較多,油酸膜沒(méi)有充分展開(kāi)C.求每滴溶液體積時(shí),1mL的溶液的滴數(shù)多記了10滴2.(2024·湖北卷·11)某同學(xué)利用激光測(cè)量半圓柱體玻璃磚的折射率,具體步驟如下:①平鋪白紙,用鉛筆畫(huà)兩條互相垂直的直線AA'和BB',交點(diǎn)為O。將半圓柱體玻璃磚的平直邊緊貼AA',并使其圓心位于O點(diǎn),畫(huà)出玻璃磚的半圓弧輪廓線,如圖(a)所示。②將一細(xì)激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃磚,記錄折射光線與半圓弧的交點(diǎn)M。③拿走玻璃磚,標(biāo)記CO光線與半圓弧的交點(diǎn)P。④分別過(guò)M、P作BB'的垂線MM'、PP',M'、P'是垂足,并用米尺分別測(cè)量MM'、PP'的長(zhǎng)度x和y。⑤改變?nèi)肷浣牵貜?fù)步驟②③④,得到多組x和y的數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)作出y-x圖像,如圖(b)所示。(1)(2分)關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法正確的是(單選,填標(biāo)號(hào))。

A.入射角越小,誤差越小B.激光的平行度好,比用插針?lè)y(cè)量更有利于減小誤差C.選擇圓心O點(diǎn)作為入射點(diǎn),是因?yàn)榇颂幍恼凵洮F(xiàn)象最明顯(2)(2分)根據(jù)y-x圖像,可得玻璃磚的折射率為(保留三位有效數(shù)字)。

(3)(2分)若描畫(huà)的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實(shí)際半徑,則折射率的測(cè)量結(jié)果(填“偏大”“偏小”或“不變”)。

3.(2024·北京市東城區(qū)二模)某同學(xué)對(duì)如圖甲所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。(1)(1分)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)增多,可以(選填選項(xiàng)前的字母)。

A.將單縫向雙縫靠近B.將紅色濾光片換成綠色濾光片C.使用間距更小的雙縫(2)(2分)若在屏上觀察到的干涉條紋如圖乙中a所示,改變雙縫間的距離后,干涉條紋如圖乙中b所示,圖中虛線是亮紋中心的位置。則雙縫間的距離變?yōu)樵瓉?lái)的。

A.13 B.12 C.2倍 D.(3)(3分)某次測(cè)量時(shí),選用的雙縫的間距為0.30mm,測(cè)得屏與雙縫間的距離為1.20m,分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)第1條亮條紋中心時(shí)讀數(shù)為21.75mm,旋轉(zhuǎn)測(cè)量頭旋鈕,分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)第4條亮條紋中心時(shí)讀數(shù)如圖所示,則讀數(shù)為mm。所測(cè)單色光的波長(zhǎng)為m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

4.(2023·山東卷·13)利用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置可探究等溫條件下氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺(tái)上,注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的空氣,下端通過(guò)塑料管與壓強(qiáng)傳感器相連。活塞上端固定一托盤(pán),托盤(pán)中放入砝碼,待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后,記錄氣體壓強(qiáng)p和體積V(等于注射器示數(shù)V0與塑料管容積ΔV之和),逐次增加砝碼質(zhì)量,采集多組數(shù)據(jù)并作出擬合曲線如圖乙所示。回答以下問(wèn)題:(1)(2分)在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi),圖乙中的擬合曲線為一條過(guò)原點(diǎn)的直線,說(shuō)明在等溫情況下,一定質(zhì)量的氣體。

A.p與V成正比B.p與1V(2)(2分)若氣體被壓縮到V=10.0mL,由圖乙可讀出封閉氣體壓強(qiáng)為Pa(保留3位有效數(shù)字)。

(3)(2分)某組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時(shí)漏掉了ΔV,則在計(jì)算pV乘積時(shí),他的計(jì)算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計(jì)算結(jié)果之差的絕對(duì)值會(huì)隨p的增大而(填“增大”或“減小”)。

5.(2024·安徽省鼎尖聯(lián)盟三模)學(xué)校物理小組的同學(xué)們利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究一定質(zhì)量的氣體等壓變化規(guī)律。注射器豎直固定在鐵架臺(tái)上,其中密封了一定質(zhì)量的氣體,柱塞上固定一重物,被密封的空氣柱浸沒(méi)在燒杯的液體中,液體中放置有溫度計(jì)(圖中未畫(huà)出)。忽略柱塞與注射器之間的摩擦,通過(guò)改變燒杯內(nèi)液體溫度讀取多組溫度、體積數(shù)值,并作體積—溫度圖像。(1)(2分)下列說(shuō)法正確的是(填選項(xiàng)字母)。

A.溫度計(jì)位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離空氣柱B.柱塞上應(yīng)涂上潤(rùn)滑油C.每次改變燒杯中液體的溫度時(shí),應(yīng)立即讀出空氣柱的體積(2)(2分)某同學(xué)作出體積—熱力學(xué)溫度(V-T)圖像如圖乙所示,圖像不過(guò)原點(diǎn)的原因可能是。

(3)(2分)保持密封空氣柱質(zhì)量不變,改變重物質(zhì)量,通過(guò)兩次實(shí)驗(yàn)作出體積—熱力學(xué)溫度(V-T)圖像得到兩條直線如圖丙所示。若兩條直線斜率分別為k1、k2,兩次重物及柱塞的總質(zhì)量分別為m1、m2,柱塞橫截面積為S,重力加速度為g,則大氣壓強(qiáng)可表示為(使用題中所給字母表示)。

1.(2024·河北卷·11(1))某同學(xué)通過(guò)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量單色光的波長(zhǎng),實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,其中測(cè)量頭包括毛玻璃、游標(biāo)尺、分劃板、手輪、目鏡等。該同學(xué)調(diào)整好實(shí)驗(yàn)裝置后,分別用紅色、綠色濾光片,對(duì)干涉條紋進(jìn)行測(cè)量,并記錄第一條和第六條亮紋中心位置對(duì)應(yīng)的游標(biāo)尺讀數(shù),如表所示:?jiǎn)紊忸悇ex1/mmx6/mm單色光110.6018.64單色光28.4418.08根據(jù)表中數(shù)據(jù),判斷單色光1為(填“紅光”或“綠光”)。

2.(2024·河北石家莊市三模)某同學(xué)利用如圖甲所示裝置做探究一定質(zhì)量的理想氣體在溫度不變時(shí)壓強(qiáng)與體積關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟如下:①將一個(gè)帶兩根細(xì)管的橡膠塞塞緊燒瓶的瓶口,封閉一定質(zhì)量的氣體。其中,一根帶閥門(mén)的細(xì)管連通充滿水的注射器,另一根細(xì)管與壓強(qiáng)傳感器相連。②將壓強(qiáng)傳感器連接數(shù)據(jù)采集器,數(shù)據(jù)采集器連接計(jì)算機(jī)。③打開(kāi)閥門(mén),用手握住燒瓶,緩慢推動(dòng)注射器活塞向燒瓶?jī)?nèi)注入一定量的水,然后關(guān)閉閥門(mén)。④根據(jù)注射器刻度記錄注入燒瓶中水的體積V,并記錄此時(shí)氣體的壓強(qiáng)p。⑤多次實(shí)驗(yàn),記錄多組數(shù)據(jù),分析得出結(jié)論。(1)(2分)該同學(xué)錯(cuò)誤的操作步驟為。

(2)(4分)正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后,該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出的圖像如圖乙所示,其中的縱坐標(biāo)為(選填“V”或“1V”),燒瓶的容積V0為(用圖中字母表示)。(3)(2分)另一同學(xué)重復(fù)實(shí)驗(yàn),計(jì)算了多組p與(V0-V)乘積,發(fā)現(xiàn)p(V0-V)隨壓強(qiáng)p增大而變小,導(dǎo)致這個(gè)現(xiàn)象的原因可能為

(寫(xiě)出一個(gè)原因即可)。

3.(2023·廣東卷·11)某同學(xué)用激光筆和透明長(zhǎng)方體玻璃磚測(cè)量玻璃的折射率,實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:(1)將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上,用大頭針在白紙上標(biāo)記玻璃磚的邊界。(2)(2分)①激光筆發(fā)出的激光從玻璃磚上的M點(diǎn)水平入射,到達(dá)ef面上的O點(diǎn)后反射到N點(diǎn)射出。用大頭針在白紙上標(biāo)記O點(diǎn)、M點(diǎn)和激光筆出光孔Q的位置。②移走玻璃磚,在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路,作QM連線的延長(zhǎng)線與ef面的邊界交于P點(diǎn),如圖(a)所示。③用刻度尺測(cè)量PM和OM的長(zhǎng)度d1和d2。PM的示數(shù)如圖(b)所示,d1為cm。測(cè)得d2為3.40cm。

(3)(4分)利用所測(cè)量的物理量,寫(xiě)出玻璃磚折射率的表達(dá)式n=;由測(cè)得的數(shù)據(jù)可得折射率n為(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

(4)(2分)相對(duì)誤差的計(jì)算式為δ=測(cè)量值-真實(shí)值真實(shí)值×100%。為了減小d1、d2測(cè)量的相對(duì)誤差,實(shí)驗(yàn)中激光在M點(diǎn)入射時(shí)應(yīng)盡量使入射角

答案精析高頻考點(diǎn)練1.(1)4×10-124×10-10(2)B解析(1)一滴油酸酒精溶液含純油酸體積為V0=1.02500×1.0×10-6100m3=4×10由題圖可知油膜中大約有114個(gè)小方格,則油膜面積為S=114×(1.0×10-2)2m2=1.14×10-2m2則油酸分子直徑為d=V0S=4×10-121.14×(2)于老師在該實(shí)驗(yàn)中最終得到的油酸分子的直徑和大多數(shù)同學(xué)的比較,數(shù)據(jù)偏大,根據(jù)d=V計(jì)算油酸膜面積時(shí),錯(cuò)將所有不完整的方格作為完整的方格處理,則油膜面積計(jì)算值偏大,油酸分子的直徑測(cè)量值偏小,故A錯(cuò)誤;水面上爽身粉撒的較多,油酸膜沒(méi)有充分展開(kāi),則油膜面積計(jì)算值偏小,油酸分子的直徑測(cè)量值偏大,故B正確;求每滴溶液體積時(shí),1mL的溶液的滴數(shù)多記了10滴,則一滴油酸酒精溶液含純油酸體積測(cè)量值偏小,油酸分子的直徑測(cè)量值偏小,故C錯(cuò)誤。2.(1)B(2)1.57(3)不變解析(1)入射角適當(dāng)即可,不能太小,入射角太小,導(dǎo)致折射角太小,測(cè)量的誤差會(huì)變大,故A錯(cuò)誤;激光的平行度好,比用插針?lè)y(cè)量更有利于減小誤差,故B正確;相同的材料在各點(diǎn)的折射效果都一樣,故C錯(cuò)誤。(2)設(shè)半圓柱體玻璃磚的半徑為R,根據(jù)幾何關(guān)系可得入射角的正弦值為sini=y折射角的正弦值為sinr=x則折射率為n=sinisin可知y-x圖像的斜率大小等于折射率,即n=44mm28mm≈1.(3)根據(jù)(2)中數(shù)據(jù)處理方法可知折射率與半徑無(wú)關(guān),若描畫(huà)的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實(shí)際半徑,則折射率的測(cè)量結(jié)果不變。3.(1)B(2)B(3)29.306.3×10-7解析(1)將單縫向雙縫靠近,對(duì)從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)無(wú)影響,A錯(cuò)誤;由雙縫干涉條紋間距公式Δx=ldλ可知,將紅色濾光片換成綠色濾光片,光的頻率變大,波長(zhǎng)變小,干涉條紋間距Δx變小,則從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)增多,B使用間距d更小的雙縫,由干涉條紋間距公式Δx=ldλ可知,干涉條紋間距Δx變大,觀察到的條紋個(gè)數(shù)減少,C(2)在屏上觀察到的干涉條紋如題圖乙中a所示,改變雙縫間的距離后,由題圖乙中b的條紋間距可知,相鄰條紋間距變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,根據(jù)Δx=ldλ,則雙縫間的距離變?yōu)樵瓉?lái)題圖乙中a的12。故選(3)由題圖丙可知,對(duì)準(zhǔn)第4條亮條紋中心時(shí)讀數(shù)為l4=29mm+6×0.05mm=29.30mm相鄰兩條亮條紋間距Δx=l4-l14-1=29.30-21.753由雙縫干涉條紋間距公式Δx=ldλ可得λ=Δx·dl==6.3×10-7m。4.(1)B(2)2.04×105(3)增大解析(1)在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi),題圖乙中的擬合曲線為一條過(guò)原點(diǎn)的直線,說(shuō)明在等溫情況下,一定質(zhì)量的氣體,p與1V成正比。故選B(2)若氣體被壓縮到V=10.0mL,則有1V=110.0mL-1=100×10-3由題圖乙可讀出封閉氣體壓強(qiáng)為p=2.04×105Pa(3)某組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時(shí)漏掉了ΔV,則在計(jì)算pV乘積時(shí),根據(jù)p(V0+ΔV)-pV0=pΔV可知他的計(jì)算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計(jì)算結(jié)果之差的絕對(duì)值會(huì)隨p的增大而增大。5.(1)B(2)未考慮橡膠塞內(nèi)注射器細(xì)管的氣體體積(3)g解析(1)溫度計(jì)盡量靠近注射器空氣柱位置,以免溫度計(jì)和空氣柱存在溫差,A項(xiàng)錯(cuò)誤;柱塞上涂上潤(rùn)滑油,可以減小摩擦增強(qiáng)密封性,B項(xiàng)正確;應(yīng)該等充分熱交換后溫度計(jì)示數(shù)才能表示空氣柱溫度,C項(xiàng)錯(cuò)誤。(2)設(shè)橡膠塞內(nèi)注射器細(xì)管的氣體體積為ΔV,則有p(V即V=CpT-Δ所以V

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