2025 選考專題高考 物理 （川陜青寧蒙新晉豫）第16講　熱學和光學實驗含答案

2025選考專題高考物理（川陜青寧蒙新晉豫）第16講熱學和光學實驗含答案第16講熱學和光學實驗【網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】【關(guān)鍵能力】關(guān)注這些實驗中有關(guān)儀器的選擇、實驗的操作注意事項、有關(guān)實驗現(xiàn)象特征的記錄及分析,會進行簡單計算,新高考下,注意原選考模塊實驗也成為必考實驗的內(nèi)容.尤其是要關(guān)注新教材新增實驗.題型1用油膜法估測油酸分子的大小1.裝置和器材2.數(shù)據(jù)處理(1)將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上,算出油酸薄膜的面積S.方法是計算輪廓范圍內(nèi)正方形的個數(shù),不足半個的舍去,多于半個的算一個,用正方形的個數(shù)乘單個正方形的面積就是油膜的面積.(2)根據(jù)油酸酒精溶液的濃度,算出一滴溶液中純油酸的體積V,利用一滴溶液中純油酸的體積V和薄膜的面積S,算出油酸薄膜的厚度d=VS,即為油酸分子的直徑.看分子直徑數(shù)量級(單位為m)是否為10-10,若不是10-10則需重做實驗3.誤差分析(1)純油酸體積的計算引起誤差.(2)油膜面積的計算造成誤差.①油膜形狀的邊界畫線造成誤差;②數(shù)格子的個數(shù)造成誤差.例1[2024·河北邯鄲模擬]某實驗小組完成“用油膜法測油酸分子的大小”的實驗.(1)實驗中要讓油酸在水面盡可能散開,形成單分子油膜,并將油膜分子看成球形且緊密排列.本實驗體現(xiàn)的物理思想方法為(填選項前的字母).

A.控制變量法B.理想化模型法C.等效替代法(2)實驗中使用到油酸酒精溶液,其中酒精的作用是(填選項前的字母).

A.可使油酸和痱子粉之間形成清晰的邊界輪廓B.有助于油酸的顏色更透明便于識別C.有助于測量一滴油酸的體積D.對油酸溶液起到稀釋作用(3)該小組進行下列實驗操作,請將它們按操作先后順序排列:(填字母順序).

ABCDE(4)已知實驗室中使用的油酸酒精溶液每104mL溶液中含有2mL油酸,又用滴管測得每50滴這種油酸酒精溶液的總體積為1mL,將一滴這種溶液滴在淺盤中的水面上,在玻璃板上描出油膜的邊界線,再把玻璃板放在畫有邊長為1cm的正方形小格的紙上(如圖所示).該油酸分子的大小d=m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字).

(5)某同學在該實驗中,計算結(jié)果明顯偏小,可能是由于(填選項前的字母).

A.油酸酒精溶液配制的時間較長,酒精揮發(fā)較多B.計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格C.求每滴油酸酒精溶液的體積時,1mL的溶液的滴數(shù)少記了10滴D.油酸未完全散開題型2探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關(guān)系1.裝置器材用注射器探究用傳感器探究2.數(shù)據(jù)處理及結(jié)論(1)空氣柱的體積V等于空氣柱長度L與柱塞的橫截面積S的乘積.(2)以壓強p為縱坐標,以體積的倒數(shù)1V為橫坐標,作出p-1V(3)在誤差允許的范圍內(nèi),一定質(zhì)量的氣體在溫度不變的條件下,壓強跟體積的倒數(shù)成正比,即壓強與體積成反比.例2[2024·山東卷]在第四次“天宮課堂”中,航天員演示了動量守恒實驗.受此啟發(fā),某同學使用如圖甲所示的裝置進行了碰撞實驗,氣墊導(dǎo)軌兩端分別安裝a、b兩個位移傳感器,a測量滑塊A與它的距離xA,b測量滑塊B與它的距離xB.部分實驗步驟如下:①測量兩個滑塊的質(zhì)量,分別為200.0g和400.0g;②接通氣源,調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平;③撥動兩滑塊,使A、B均向右運動;④導(dǎo)出傳感器記錄的數(shù)據(jù),繪制xA、xB隨時間變化的圖像,分別如圖乙、圖丙所示.回答以下問題:(1)從圖像可知兩滑塊在t=s時發(fā)生碰撞.

(2)滑塊B碰撞前的速度大小v=m/s(保留2位有效數(shù)字).

(3)通過分析,得出質(zhì)量為200.0g的滑塊是(選填“A”或“B”).

題型3測量玻璃的折射率1.插針法示意圖2.數(shù)據(jù)處理(1)計算法:用量角器測量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2,算出不同入射角時的sinθ1(2)圖像法改變不同的入射角θ1,測出不同的折射角θ2,作sinθ1-sinθ2圖像,由n=sinθ1(3)單位圓法以入射點O為圓心,以一定長度R為半徑畫圓,交入射光線OA于E點,交折射光線OO'于E'點,過E作NN'的垂線EH,過E'作NN'的垂線E'H'.如圖乙所示,sinθ1=EHOE,sinθ2=E'H'OE',OE=OE'=R,則n=sinθ1sin3.誤差分析(1)確定入射光線、出射光線時造成誤差,故入射側(cè)、出射側(cè)所插兩枚大頭針間距應(yīng)大一些.(2)入射角和折射角的測量造成誤差,故入射角應(yīng)適當大些,以減小測量的相對誤差.例3[2024·安徽卷]某實驗小組做“測量玻璃的折射率”及拓展探究實驗.(1)為測量玻璃的折射率,按如圖甲所示進行實驗,以下表述正確的一項是(填選項前的字母).

A.用筆在白紙上沿著玻璃磚上邊和下邊分別畫出直線a和a'B.在玻璃磚一側(cè)插上大頭針P1、P2,眼睛在另一側(cè)透過玻璃磚看兩個大頭針,使P2把P1擋住,這樣就可以確定入射光線和入射點O1.在眼睛這一側(cè),插上大頭針P3,使它把P1、P2都擋住,再插上大頭針P4,使它把P1、P2、P3都擋住,這樣就可以確定出射光線和出射點O2C.實驗時入射角θ1應(yīng)盡量小一些,以減小實驗誤差(2)為探究介質(zhì)折射率與光的頻率的關(guān)系,分別用一束紅光和一束綠光從同一點入射到空氣與玻璃的分界面.保持相同的入射角,根據(jù)實驗結(jié)果作出光路圖,并標記紅光和綠光,如圖乙所示.此實驗初步表明:對于同一種介質(zhì),折射率與光的頻率有關(guān),頻率越大,折射率越(選填“大”或“小”).

(3)為探究折射率與介質(zhì)材料的關(guān)系,用同一束微光分別入射玻璃磚和某透明介質(zhì),如圖丙、丁所示.保持相同的入射角α1,測得折射角分別為α2、α3(α2<α3),則玻璃和該介質(zhì)的折射率大小關(guān)系為n玻璃(選填“>”或“<”)n介質(zhì).此實驗初步表明:對于一定頻率的光,折射率與介質(zhì)材料有關(guān).

題型4用雙縫干涉測量光的波長1.裝置及器材2.數(shù)據(jù)處理(1)條紋間距Δx=a2(2)波長λ=dlΔ(3)計算多組數(shù)據(jù),求λ的平均值.3.誤差分析(1)雙縫到屏的距離l的測量存在誤差.(2)測條紋間距Δx帶來的誤差.①干涉條紋沒有調(diào)整到最清晰的程度.②分劃板刻線與干涉條紋不平行,中心刻線沒有恰好位于條紋中心.③測量多條亮條紋間的距離時讀數(shù)不準確,此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清.例4[2024·湖南衡陽模擬]現(xiàn)用如圖甲所示的雙縫干涉實驗裝置來測量光的波長.(1)在組裝儀器時單縫和雙縫應(yīng)該相互(選填“垂直”或“平行”)放置.

(2)已知測量頭主尺的最小刻度是毫米,游標尺為50分度.某同學調(diào)整手輪使測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊,并將該亮紋定為第1條亮紋,此時測量頭上游標卡尺的讀數(shù)為1.16mm;接著同方向轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊,此時測量頭上游標卡尺的示數(shù)如圖乙所示,則讀數(shù)為mm,已知雙縫間距d=2.00×10-4m,測得雙縫到毛玻璃屏的距離L=0.800m,所測光的波長λ=nm.(保留3位有效數(shù)字)

(3)該實驗并未直接測量相鄰亮條紋間的距離Δx,而是先測量n個條紋的間距再求出Δx,這樣做的理由是.

(4)洛埃鏡實驗的基本裝置如圖丙所示,S為單色光源.S發(fā)出的光直接照在光屏上,同時S發(fā)出的光還通過平面鏡反射在光屏上.從平面鏡反射的光相當于S在平面鏡中的虛像發(fā)出的,這樣就形成了兩個一樣的相干光源.設(shè)光源S到平面鏡的距離和到光屏的距離分別為a和L,光的波長為λ.寫出相鄰兩條亮紋(或暗紋)間距離Δx的表達式為.

第16講熱學和光學實驗題型1例1(1)B(2)D(3)CAEDB(4)6.6×10-10(5)A[解析](1)實驗中要讓油酸在水面盡可能散開,形成單分子油膜,并將油膜分子看成球形且緊密排列.本實驗體現(xiàn)的物理思想方法為理想化模型法,故B正確.(2)實驗中使用到油酸酒精溶液,其中酒精的作用是對油酸溶液起到稀釋作用,故D正確.(3)“用油膜法測油酸分子的大小”的實驗步驟為:用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,記下量筒內(nèi)每增加一定體積時的滴數(shù),由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積;往淺盤里倒入約2cm深的水,水面穩(wěn)定后將適量痱子粉均勻撒在水面上,用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待薄膜形狀穩(wěn)定,將帶有坐標方格的玻璃板放在淺盤上,然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上,計算出油膜的面積,根據(jù)油酸的體積和面積計算出油酸分子直徑的大小.因此實驗操作順序為CAEDB.(4)一滴酒精油酸溶液純油酸的體積為V=2104×150mL=4×10-6mL,正方形小格的面積為1cm2,根據(jù)超過半格算一格,不足半格舍掉,由圖可知,大約有61個小格,則油酸的面積為61cm2,則油酸分子的直徑為d=VS=4×10(5)某同學在該實驗中,計算結(jié)果明顯偏小,根據(jù)d=VS,油酸酒精溶液配制的時間較長,酒精揮發(fā)較多,導(dǎo)致油酸濃度增大,則代入計算的濃度偏小,一滴酒精油酸溶液純油酸體積測量值偏小,則直徑的測量值偏小,故A正確;計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格,則油酸面積測量值偏小,直徑的測量值偏大,故B錯誤;求每滴油酸酒精溶液的體積時,1mL的溶液的滴數(shù)少記了10滴,則一滴酒精油酸溶液純油酸體積測量值偏大,直徑的測量值偏大,故C錯誤;油酸未完全散開,則油酸面積測量值偏小,直徑的測量值偏大,故D錯誤題型2例2(1)1.0(2)0.20(3)B[解析](1)x-t圖像的斜率表示速度,由題圖乙和題圖丙可知,兩滑塊的速度在t=1.0s時發(fā)生突變,即發(fā)生了碰撞.(2)x-t圖像斜率的絕對值表示速度大小,由題圖丙可知,碰撞前瞬間B的速度大小v=90?1101.0cm/s=0.20m/s(3)由題圖乙可知,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,由題圖丙可知,碰撞后B的速度大小v'=0.50m/s,對A和B碰撞過程,由動量守恒定律有mAvA+mBv=mAvA'+mBv',解得mAmB≈2,所以質(zhì)量為200題型3例3(1)B(2)大(3)>[解析](1)在白紙上畫出一條直線a作為界面,把長方體玻璃磚放在白紙上,使它的一個長邊與a對齊,用直尺或者三角板輕靠在玻璃磚的另一長邊,按住直尺或三角板不動,將玻璃磚取下,畫出直線a'代表玻璃磚的另一邊,而不能用筆在白紙上沿著玻璃磚上邊和下邊分別畫出直線a和a',故A錯誤;在玻璃磚一側(cè)插上大頭針P1、P2,眼睛在另一側(cè)透過玻璃磚看兩個大頭針,使P2把P1擋住,這樣就可以確定入射光線和入射點O1.在眼睛這一側(cè),插上大頭針P3,使它把P1、P2都擋住,再插上大頭針P4,使它把P1、P2、P3都擋住,這樣就可以確定出射光線和出射點O2,故B正確;實驗時入射角θ1應(yīng)盡量大一些,但也不能太大(接近90°),以減小實驗誤差,故C錯誤.(2)由圖乙可知,入射角相同,綠光的折射角小于紅光的折射角,根據(jù)光的折射定律n=sinαsin(3)根據(jù)折射定律可知,玻璃的折射率為n玻璃=sinα1sinα2,該介質(zhì)的折射率為n介質(zhì)=sinα1sinα3,其中α2題型4例4(1)平行(2)15.02693(3)利用累積法求平均值的方法減小偶然誤差(4)Δx=L2[解析](1)在組裝儀器時單縫和雙縫應(yīng)該相互平行放置.(2)50分度游標卡尺的精確值為0.02mm,由圖乙可知讀數(shù)為15mm+1×0.02mm=15.02mm,相鄰亮條紋間距為Δx=(15.02-1.16)×10-36?1m=2.772×10-3m,根據(jù)Δx=Ldλ,可得所測光的波長為λ=ΔxdL=2.772×1(3)該實驗并未直接測量相鄰亮條紋間的距離Δx,而是先測量n個條紋的間距再求出Δx,這樣做的理由是:利用累積法求平均值的方法減小偶然誤差.(4)從S發(fā)出的光經(jīng)過平面鏡反射后射到屏上的光,相當于從S關(guān)于平面鏡的像點S'發(fā)出的光射到屏上,也就相當于一個間距為2a的雙縫,則在光屏上形成的相鄰兩條亮紋(或暗紋)間距離為Δx=L2第16講熱學和光學實驗時間|40min1.[2024·山西晉中模擬]油酸可以在水面擴展成單分子油膜.實驗小組利用這一原理測定油酸的分子直徑(將油酸分子視為球狀模型).(1)實驗步驟:①向體積為V1的純油酸中加入酒精,直到油酸酒精溶液總量為V2;②用注射器吸取油酸酒精溶液,一滴一滴地滴入小量筒,當?shù)稳雗滴時體積為V0;③往方口淺盤里倒入適當深度的水;④往水面上均勻撒上薄薄的一層爽身粉,然后用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,等油酸薄膜形狀穩(wěn)定后,將事先準備好的玻璃板放在淺盤上,并在玻璃板上描出油酸薄膜的輪廓;⑤將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板,放在畫有邊長為a的正方形小方格的坐標紙上;⑥數(shù)出輪廓范圍內(nèi)小方格的總數(shù)為N.(2)實驗誤差分析:油膜未充分散開時描下輪廓,則所測分子直徑(選填“偏大”或“偏小”).測量油酸溶液體積時,量筒讀數(shù)造成的誤差屬于(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”).

(3)原理:由上述實驗步驟測得的數(shù)據(jù)(V1、V2、n、V0、a、N)可得油酸分子直徑的表達式為d=.

(4)估算:實驗室的方形淺盤規(guī)格為40cm×40cm,用注射器滴出的一滴油酸酒精溶液的體積約為0.02mL,油酸分子的直徑按6×10-10m估算,為使實驗盡可能精確,配制的油酸酒精溶液濃度V1V2應(yīng)選(A.1200 B.2.[2024·河北邯鄲模擬]某同學用如圖甲所示實驗裝置探究一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等溫變化時壓強與體積的關(guān)系.將注射器活塞移動到最右側(cè),接上軟管和壓強傳感器,記錄此時注射器內(nèi)被封閉氣體的壓強p和體積V;推動活塞壓縮氣體,記錄多組氣體的壓強和體積.(1)為使實驗結(jié)果盡量準確,下列操作正確的是(填選項前的字母).

A.要盡可能保持環(huán)境溫度不變B.實驗前要在活塞與注射器壁間涂適量的潤滑油C.實驗過程中要用手握緊注射器并快速推拉活塞D.實驗過程中應(yīng)緩慢地推動活塞(2)分別在環(huán)境溫度為T1、T2(T1<T2)時完成上述探究活動.下列各圖最能正確且直觀地反映實驗過程中,氣體壓強p隨體積V變化規(guī)律的是(填選項字母).

ABCD(3)該同學用此裝置測量一小石子的密度.他先用天平測出其質(zhì)量為m,再將其裝入注射器內(nèi),重復(fù)上述實驗操作,記錄注射器上的體積刻度V和壓強傳感器讀數(shù)p,根據(jù)實驗測量數(shù)據(jù),作出如圖乙所示的V-1p圖像,則石子密度為.(用題及圖中相關(guān)物理量的字母符號表示(4)求出石子的密度比真實值(選填“偏大”“偏小”或“相等”).

3.[2024·湖北卷]某同學利用激光測量半圓柱體玻璃磚的折射率,具體步驟如下:①平鋪白紙,用鉛筆畫兩條互相垂直的直線AA'和BB',交點為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,畫出玻璃磚的半圓弧輪廓線,如圖甲所示.②將一細激光束沿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M.③拿走玻璃磚,標記CO光線與半圓弧的交點P.④分別過M、P作BB'的垂線MM'、PP',M'、P'是垂足,并用米尺分別測量MM'、PP'的長度x和y.⑤改變?nèi)肷浣?重復(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,如圖乙所示.(1)關(guān)于該實驗,下列說法正確的是(填選項前的字母).

A.入射角越小,誤差越小B.激光的平行度好,比用插針法測量更有利于減小誤差C.選擇圓心O點作為入射點,是因為此處的折射現(xiàn)象最明顯(2)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)若描畫的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實際半徑,則折射率的測量結(jié)果(選填“偏大”“偏小”或“不變”).

4.[2024·河北卷]某同學通過雙縫干涉實驗測量單色光的波長,實驗裝置如圖所示,其中測量頭包括毛玻璃、游標尺、分劃板、手輪、目鏡等.該同學調(diào)整好實驗裝置后,分別用紅色、綠色濾光片,對干涉條紋進行測量,并記錄第一條和第六條亮紋中心位置對應(yīng)的游標尺讀數(shù),如下表所示:單色光類別x1/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(選填“紅光”或“綠光”).

5.[2024·山東濟南模擬]泉城某物理實驗小組的同學利用玻意耳定律測量室溫(23℃)下的大氣壓p0,實驗裝置如圖甲所示.主要實驗步驟如下:甲①將一導(dǎo)熱圓柱形汽缸開口向上并固定在水平桌面上,用質(zhì)量為m0=50g的活塞封閉一定質(zhì)量的氣體;②測量汽缸的底面面積,記為S0=150mm2;③在活塞上放置一質(zhì)量為m的重物,待穩(wěn)定后利用刻度尺測量出活塞距離汽缸底部的高度h;④逐漸增加重物的質(zhì)量,重復(fù)③中的步驟,分別記錄重物的質(zhì)量以及相應(yīng)的活塞距離汽缸底部的高度并記錄在表格中;⑤以重物的質(zhì)量m為縱坐標,活塞距離汽缸底部高度h的倒數(shù)為橫坐標,繪制m-1h圖像.實驗中可忽略一切摩擦和外界溫度變化,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)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù),請在圖乙中描點作圖,繪制m-1h圖像(2)根據(jù)圖像測得的大氣壓強為Pa.(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

(3)若該小組同學在處理實驗數(shù)據(jù)時忘記考慮活塞質(zhì)量,則他們測量的大氣壓強(選填“大于”“小于”或“等于”)大氣壓強的實際值.

(4)若使用該實驗裝置在37℃下進行實驗,得到的m-1h圖像的斜率(選填“大于”“小于”或“等于”)23℃下得到的m-1h第16講熱學和光學實驗1.(2)偏大偶然誤差(3)V1V[解析](2)油膜未充分散開時描下輪廓,導(dǎo)致面積的測量值偏小,所以直徑測量值偏大.讀數(shù)誤差為偶然誤差.(3)根據(jù)d=VS,又V=V0n×V1V2,S=Na2(4)由題給數(shù)據(jù)計算輪廓面積,若選B,則S=0.02×10-6×15006×10-10=667cm2,若選A,則S=16672.(1)ABD(2)C(3)mV0[解析](1)保證注射器內(nèi)封閉氣體的溫度不發(fā)生明顯變化,要盡可能保持環(huán)境溫度不變,故A正確;為防止漏氣,實驗前要在活塞與注射器壁間涂適量的潤滑油,故B正確;實驗過程中要用手握緊注射器并快速推拉活塞,氣體溫度將升高,故C錯誤;實驗過程中應(yīng)緩慢地推動活塞,使氣體溫度始終與環(huán)境溫度相同,故D正確.(2)根據(jù)理想氣體