專題25-熱學(xué)及光學(xué)實驗部分(2019人教版)(解析版)

【專題25】熱學(xué)及光學(xué)實驗部分【題型命題點】一、用油膜法估測分子的大小探究氣體壓強與體積的關(guān)系【考點一】用油膜法估測分子的大小【典型例題1】(2022屆雙鴨山市第一中學(xué)高三(下)開學(xué)考試)某實驗小組在做“油膜法估測油酸分子大小”的實驗中，需使油酸在水面上形成______層油膜，為使油酸盡可能地散開，將純油酸用酒精稀釋，若稀釋后的油酸酒精溶液的濃度為每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.5mL，用滴管向量筒內(nèi)滴50滴上述溶液，量筒中的溶液體積增加1mL，油酸未完全散開就開始測量油酸膜的面積，會導(dǎo)致油酸分子直徑的計算結(jié)果______(填“偏大”“偏小”或“不變”)。若一滴油酸酒精溶液形成的油膜面積為，則可測出油酸分子的直徑為______m。(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)【解析】[1]油膜法估測油酸分子直徑時，，需使油酸在水面上形成單分子層油膜。[2]油酸分子直徑，油酸未完全散開就開始測量油酸膜的面積,所測S偏小，會導(dǎo)致油酸分子直徑的計算結(jié)果偏大。[3]一滴油酸酒精溶液中含有的純油酸體積，油膜面積為，則可測出油酸分子的直徑為【答案】①單分子(說明：填“一”不能得分)②偏大③6×10－10(對應(yīng)訓(xùn)練)(2022屆成都石室中學(xué)一模)將m毫升的油酸配制成n毫升的油酸酒精溶液，將其滴入撒有石膏粉的自來水中，測得其面積與滴入的溶液滴數(shù)圖象的斜率為k。已知1毫升時的總滴數(shù)為P，則1滴油酸酒精溶液中的油酸含量為______，油酸分子的半徑為______?！窘馕觥縖1][2]油酸酒精溶液中的油酸濃度為；1滴油酸酒精溶液中的油酸含量為，由題知面積與滴入的溶液滴數(shù)圖象的斜率為k，即滴入一滴時，有，可解得油酸分子的半徑【答案】①②【考點二】探究氣體壓強與體積的關(guān)系【典型例題2】(2022屆福建師范大學(xué)附屬中學(xué)高三(下)開學(xué)考試)在“探究氣體等溫變化的規(guī)律”實驗中，封閉的空氣如圖所示，形管粗細均勻，右端開口，已知外界大氣壓為水銀柱高，圖中給出了氣體的兩個不同的狀態(tài)。(1)實驗時甲圖氣體的壓強為___________；乙圖氣體壓強為___________。(2)實驗時某同學(xué)認為形管的橫截面積可不用測量，這一觀點正確嗎？___________(選填“正確”或“錯誤”)。(3)數(shù)據(jù)測量完后在用圖像法處理數(shù)據(jù)時，某同學(xué)以壓強為縱坐標，以體積(或空氣柱長度)為橫坐標來作圖，你認為他這樣做能方便地看出與間的反比關(guān)系嗎？___________(選填“能”或“不能”)?！窘馕觥?1)[1][2]題圖甲中氣體壓強為，圖乙中氣體壓強為；(2)[3]由玻意耳定律，即，(、為空氣柱長度)知，形管的橫截面積可不用測量；(3)[4]以為縱坐標，以為橫坐標，作出圖線是一條曲線，但曲線未必表示反比關(guān)系，所以應(yīng)作出圖線，看是否為過原點的直線，才能最終確定與是否成反比?！敬鸢浮竣?6②80③正確④不能(對應(yīng)訓(xùn)練1)(2022屆上海市奉賢區(qū)一模)“用DIS研究在溫度不變時，一定質(zhì)量的氣體壓強與體積的關(guān)系”實驗：(1)封閉氣體的壓強p用________傳感器測量，體積V由________讀出。(2)除了保持注射器內(nèi)封閉氣體的質(zhì)量不變之外，還應(yīng)該保持封閉氣體的_________不變，采取的主要措施是緩慢推動活塞和________。(3)圖線a、b、c是三位同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分別得到的p-V圖像。若a、b是不重合的兩條雙曲線，c與b相交，則()A.a、b不重合是由于b氣體質(zhì)量大B.a、b不重合是由于b氣體溫度高C.產(chǎn)生c圖線可能是容器密閉性不好D.產(chǎn)生c圖線可能是推動活塞過于快速【解析】(1)[1][2]封閉氣體的壓強p用壓強傳感器測量，體積V由注射器上的刻度讀出。(2)[3][4]除了保持注射器內(nèi)封閉氣體的質(zhì)量不變之外，還應(yīng)該保持封閉氣體的溫度不變，采取的主要措施是緩慢推動活塞和手不要握住注射器封閉有氣體的部分。(3)[5]AB．根據(jù)，質(zhì)量越大，則pV乘積越大，圖像離原點越遠；溫度越高，pV乘積越大，圖像離原點越遠，則AB錯誤；C．若壓縮氣體時，注射器密閉性不好，則質(zhì)量減小，則pV乘積減小，則出現(xiàn)圖像c的情況，選項C正確；D．若推動活塞過于快速，則氣體的溫度升高，則pV乘積會變大，不會出現(xiàn)圖像c的情況，選項D錯誤。故選C。【答案】①壓強②注射器上的刻度③溫度④手不要握住注射器封閉有氣體的部分⑤C(對應(yīng)訓(xùn)練2)現(xiàn)用“探究氣體壓強與體積的關(guān)系”的實驗來測量大氣壓強p。注射器針筒已被固定在豎直方向上，針筒上所標刻度是注射器的容積，最大刻度Vm＝10mL。注射器活塞已裝上鉤碼框架，如圖所示。此外，還有一架托盤天平、若干鉤碼、一把米尺、一個針孔橡皮帽和少許潤滑油。(1)下面是實驗步驟，試填寫所缺的②和⑤。①用米尺測出注射器針筒上全部刻度的長度L。②_____________________________________________________________。③把適量的潤滑油抹在注射器的活塞上，將活塞插入外筒中，上下拉動活塞，使活塞與針筒的間隙內(nèi)均勻地涂上潤滑油。④將活塞拉到適當?shù)奈恢谩＂輄_______________________________________________________。⑥在鉤碼框架兩側(cè)掛上鉤碼，記下掛上的鉤碼的質(zhì)量m1，在達到平衡后，記下注射器中空氣柱的體積V1。在這個過程中不要用手接觸注射器以保證空氣柱溫度不變。⑦增加鉤碼的個數(shù)，使鉤碼的質(zhì)量增大為m2，達到平衡后，記下空氣柱的體積V2。(2)計算大氣壓強p的公式是_____________________________________________。(用已給的和測得的物理量表示，重力加速度為g)【解析】(1)實驗步驟②和⑤是：②稱出活塞和鉤碼框架的總質(zhì)量M。⑤將注射器針筒上的小孔用橡皮帽堵住。(2)活塞的橫截面積為S＝eq\f(Vm,L)①由力學(xué)平衡條件得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稱出活塞和鉤碼框架的總質(zhì)量M⑤將注射器針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))【題型命題點】二、用單擺測量重力加速度的大小【典型例題】(2022屆·上海市奉賢區(qū)高三(上)一模)在“用單擺測量重力加速度”的實驗中，(1)提供如圖所示的甲、乙、丙三個裝置，你認為應(yīng)選用圖_____(選填“甲”、“乙”或“丙”)來做實驗較好，理由是___________。(2)實驗過程中，如圖所示的A和B兩種方式懸掛小球，A是擺線纏繞懸掛，B是擺線被夾住懸掛。你認為_____(選填“A”或“B”)懸掛方式較好，理由是___________。(3)甲組同學(xué)現(xiàn)用擺長為90.0cm的單擺做實驗，為使單擺做簡諧振動，則開始時將擺球拉離平衡位置的距離應(yīng)不超過_________cm。在實驗數(shù)據(jù)交流時，乙組同學(xué)發(fā)現(xiàn)他們測得的48次擺動時間與甲組測得的50次擺動時間相等，實驗操作都正確，可知乙組擺長為_________cm?！窘馕觥?1)[1][2]鐵球的尺寸相比擺線長度小得多、擺線的質(zhì)量相比鐵球的質(zhì)量可忽略、鐵球擺動過程中受空氣阻力的影響小得多，擺長不能過小，一般取1m左右的細線，故選乙；(2)[3][4]如果選A裝置，擺動過程中，擺長在不斷變化，無法準確測量；B裝置擺動過程中擺長可以保持不變，故選B裝置；(3)[5]當擺動的角度為5°時，擺球拉離平衡位置的距離最大，設(shè)為s，則根據(jù)題意得，故開始時擺球拉離平衡位置的距離應(yīng)不超過7.8cm；[6]單擺的周期公式，設(shè)甲單擺的周期為T，乙單擺的周期為T′，根據(jù)題意知25T=24T′，則，可得【答案】①.乙②.鐵球的尺寸相比擺線長度小得多、擺線的質(zhì)量相比鐵球的質(zhì)量可忽略、鐵球擺動過程中受空氣阻力的影響小得多③.B④.擺動過程中擺長可以保持不變⑤.7.8⑥.97.7(對應(yīng)訓(xùn)練)(1)在“探究單擺周期與擺長的關(guān)系”實驗中，兩位同學(xué)用游標卡尺測量小球的直徑的操作如圖甲、乙所示。測量方法正確的是________(選填“甲”或“乙”)。(2)實驗時，若擺球在垂直紙面的平面內(nèi)擺動，為了將人工記錄振動次數(shù)改為自動記錄振動次數(shù)，在擺球運動的最低點的左、右兩側(cè)分別放置一激光光源與光敏電阻，如圖丙所示。光敏電阻與某一自動記錄儀相連，該儀器顯示的光敏電阻阻值R隨時間t的變化圖線如圖丁所示，則該單擺的振動周期為________。若保持懸點到小球頂點的繩長不變，改用直徑是原小球直徑2倍的另一小球進行實驗，則該單擺的周期將________(選填“變大”“不變”或“變小”)，圖丁中的Δt將________(選填“變大”“不變”或“變小”)?！窘馕觥?1)游標卡尺應(yīng)該用兩外測量爪對齊的地方測量，正確的是題圖乙。(2)一個周期內(nèi)小球應(yīng)該兩次經(jīng)過最低點，使光敏電阻的阻值發(fā)生變化，故周期為t1＋2t0－t1＝2t0；小球的直徑變大后，擺長變長，根據(jù)T＝2πeq\r(\f(l,g))可知，周期變大；每次經(jīng)過最低點時小球的擋光的時間變長，即Δt變大?！敬鸢浮?1)乙(2)2t0變大變大【題型命題點】三、測量玻璃的折射率【典型例題】(2022屆遼寧省實驗中學(xué)、東北育才學(xué)校等五校高三(上)期末聯(lián)考)如圖甲所示，在測量玻璃折射率的實驗中，兩位同學(xué)先在白紙上放好截面是正三角形ABC的三棱鏡，并確定AB和AC界面的位置。然后在棱鏡的左側(cè)畫出一條直線，并在線上豎直插上兩枚大頭針P1和P2，再從棱鏡的右側(cè)觀察P1和P2的像。(1)此后正確的操作步驟是________。A．插上大頭針P3，使P3擋住P2的像B．插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像C．插上大頭針P4，使P4擋住P3的像D．插上大頭針P4，使P4擋住P1、P2的像和P3(2)正確完成上述操作后，在紙上標出大頭針P3、P4的位置(圖中已標出)。為測量該種玻璃的折射率，兩位同學(xué)分別用圓規(guī)及刻度尺作出了完整光路圖和若干條輔助線，如圖乙、丙所示。能夠僅通過測量ED、FG的長度便可正確計算出折射率的是圖________(填“乙”或“丙”)，所測玻璃折射率的表達式n＝________(用代表線段長度的字母ED、FG表示)?！窘馕觥?1)[1]此后正確的操作步驟是：插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像；插上大頭針P4，使P4擋住P1、P2的像和P3，B、D正確。(2)[2]能夠僅通過測量ED、FG的長度便可正確計算出折射率的是圖丙。[3]根據(jù)折射定律【答案】①BD②丙③(對應(yīng)訓(xùn)練)某同學(xué)為了測量截面為正三角形的玻璃三棱鏡的折射率，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的左側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，然后在棱鏡的右側(cè)觀察到P1和P2的像，當P1的像恰好被P2的像擋住時，插上大頭針P3和P4，使P3擋住P1、P2的像，P4也擋住P1、P2的像，在紙上標出的大頭針位置和三棱鏡輪廓如圖所示。(1)在圖上畫出對應(yīng)的光路。(2)為了測出三棱鏡玻璃材料的折射率，若以AB為分界面，需要測量的量是______________________________________，在圖上標出它們。(3)三棱鏡玻璃材料折射率的計算公式是n＝________。(4)若在描繪三棱鏡輪廓的過程中，放置三棱鏡的位置發(fā)生了微小的平移(移至圖中的虛線位置，底邊仍重合)，若仍以AB為分界面，則三棱鏡玻璃材料折射率的測量值________真實值(填“大于”“小于”或“等于”)。【解析】(1)光路圖如圖所示。(2)若以AB為分界面，需要測量的量為入射角θ1、折射角θ2。(3)該三棱鏡玻璃材料的折射率的計算公式為n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。(4)若在描繪三棱鏡輪廓的過程中，放置三棱鏡的位置發(fā)生了微小的平移，仍以AB為分界面，將入射光線與AB的交點和出射光線與BC的交點連接起來，從而可知該連接線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致折射角變小，所以測量值比真實值大?！敬鸢浮?1)如解析圖所示(2)入射角θ1、折射角θ2(3)eq\f(sinθ1,sinθ2)(4)大于【題型命題點】四、用雙縫干涉實驗測量光的波長【典型例題】(2022屆天津市南開區(qū)高三(上)期末)在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，將實驗儀器按要求安裝在光具座上，如圖a所示。(1)關(guān)于該實驗，下列說法正確的是__________；A.單縫及雙縫必須平行放置B.干涉條紋與雙縫垂直C.干涉條紋疏密程度與雙縫寬度有關(guān)D.若用綠色濾光片替換紅色濾光片，干涉條紋間距會變小(2)某同學(xué)在做該實驗時，第一次分劃板中心刻度對齊條紋中心時(圖b)，游標尺的示數(shù)如圖c所示；第二次分劃板中心刻度對齊條紋中心時(圖d)，游標尺的示數(shù)如圖e所示。已知雙縫間距為，雙縫到屏的距離為，則圖c游標尺的示數(shù)為________，兩個相鄰明紋(或暗紋)間的距離為________。實驗時測量多條干涉條紋寬度的目的是__________。所測單色光波長為_______。【解析】(1)[1]AB．為使屏上的干涉條紋清晰，單縫和雙縫必須平行放置，所得到的干涉條紋與雙縫平行，故B錯誤A正確；CD．由，可知，干涉條紋疏密程度與雙縫間距離、雙縫到屏的距離和光的波長有關(guān)，綠光的波長小于紅光的波長，則若用綠色濾光片替換紅色濾光片，干涉條紋間距會變小，故C錯誤D正確。故選AD。(2)[2]由圖c可知，游標卡尺為10分度，且第5個小格對齊，則游標尺的讀數(shù)為[3]由圖e可知，游標卡尺為10分度，且第7個小格對齊，則游標尺的讀數(shù)為由圖b和圖d可知，AB兩條條紋間有4個間距，則兩個相鄰明紋(或暗紋)間的距離為[4]實驗時測量多條干涉條紋寬度的目的是減小測量的誤差。[5]根據(jù)公式，帶入數(shù)據(jù)解得所測單色光波長為【答案】①AD②11.5③1.3④減小測量的誤差⑤(對應(yīng)訓(xùn)練1)(2022屆黑龍江省實驗中學(xué)高三(上)第六次月考)(多選)在雙縫干涉實驗中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣.若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是()A．改用紅色激光B．改用藍色激光C．減小雙縫間距D．將屏幕向遠離雙縫的位置移動E．將光源向遠離雙縫的位置移動【解析】A．根據(jù)干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距Δx＝λ可知，改用紅色激光，波長變大，則條紋的間距變大，選項A正確；B．根據(jù)干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距Δx＝λ可知，改用藍色激光，則波長變短，則條紋的間距變小，選項B錯誤；C．根據(jù)干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距Δx＝λ可知，減小雙縫間距d，則條紋的間距變大，選項C正確；D．根據(jù)干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距Δx＝λ可知，將屏幕向遠離雙縫的位置移動，即l變大，則條紋的間距變大，選項D正確；E．根據(jù)干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距Δx＝λ可知，將光源向遠離雙縫的位置移動對條紋間距無影響，選項E錯誤.【答案】ACD(對應(yīng)訓(xùn)練2)(2022屆湖北省荊州中學(xué)高三(上)期末)用a、b兩種不同的單色光，先后用同一裝置做雙縫干涉實驗，得到兩種干涉條紋，其中a光的干涉條紋間距大于b光的條紋間距，則()A．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率B．對同種玻璃a光的折射率大于b光的折射率C．在同種玻璃中，a光的傳播速度等于b光的速度D．從玻璃射向空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大于b光的臨界角【解析】雙縫干涉實驗，干涉條紋間距為，可知如果用a、b兩種不同的單色光，先后用同一裝置做雙縫干涉實驗，a光的干涉條紋間距大于b光的條紋間距，則a光的波長大于b光的波長，則A．a(chǎn)光的頻率小于b光的頻率，故A錯誤；B．對同種玻璃a光的折射率小于b光的折射率，故B錯誤；C．在同種玻璃中，根據(jù)，可知，在同種玻璃中，a光的傳播速度大于b光的速度，故C錯誤；D．根據(jù)臨界角公式，可知，從玻璃射向空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大于b光的臨界角，故D正確。故選D?！敬鸢浮緿【考點訓(xùn)練】1．(2021·北京二模)某同學(xué)用如圖所示的實驗裝置觀察光的干涉現(xiàn)象。他使用綠色的濾光片，在目鏡中觀察到了一定數(shù)量的綠色條紋。若要增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，以下措施可行的是()A．增大單縫到雙縫的距離 B．換用間距更大的雙縫C．換用更長的遮光筒 D．換用紅色的濾光片【解析】若要增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，則需要減小條紋間距，根據(jù)，可知，增大單縫到雙縫的距離對條紋間距無影響；換用間距更大的雙縫可減小條紋間距；換用更長的遮光筒可增大條紋間距；紅光的波長大于綠光，則換用紅色的濾光片條紋間距變大。故選B?！敬鸢浮緽2．(2021·天津三模)對下列四個有關(guān)光的實驗示意圖，分析正確的是()A．圖甲中若改變復(fù)色光的入射角，則b光先在水珠中發(fā)生全反射B．圖乙若只減小屏到擋板的距離L，則相鄰亮條紋間距離將增大C．圖丙中若得到明暗相間平行等距條紋說明待測工件表面平整D．若只旋轉(zhuǎn)圖丁中M或N一個偏振片，光屏P上的光斑亮度不發(fā)生變化【解析】A．圖像可知，復(fù)色光能夠入射進入水珠，根據(jù)光路的可逆性，兩光均不可能在水珠內(nèi)發(fā)生全反射，所以A錯誤；B．根據(jù)可知，圖乙若只減小屏到擋板的距離L，則相鄰亮條紋間距離將減小，所以B錯誤；C．圖丙中若得到明暗相間平行等距條紋說明待測工件表面平整，所以C正確；D．由于自然光為偏振光，所以若只旋轉(zhuǎn)圖丁中M或N一個偏振片，光屏P上的光斑亮度將發(fā)生變化，所以D錯誤；故選C?！敬鸢浮緾3．(2021·江蘇模擬)在“用雙縫干涉實驗測量光的波長”實驗中，一同學(xué)經(jīng)調(diào)節(jié)后使單逢和雙縫在豎直方向相互平行，分別用間距d1=0.20mm和d2=0.25mm的雙縫來完成實驗，其它條件不變，該同學(xué)用間距為d1的雙縫觀察到的干涉條紋是()A．B．C．D．【解析】根據(jù)，d越小，條紋越寬；因為單逢和雙縫在豎直方向相互平行，所以條紋沿豎直方向。故選C?！敬鸢浮緾4．(2021·江蘇無錫市開學(xué)考試)按如圖裝置利用單擺測量重力加速度。實驗中測得擺線長度為，擺球直徑為，擺球完成次全振動所需時間為，取，求當?shù)刂亓铀俣鹊拇笮。?保留3位有效數(shù)字)【解析】擺球的振動的周期為擺長為根據(jù)解得【答案】5．(2021·江蘇)對于下列實驗，說法正確的有．A．甲圖是用油膜法測分子直徑的示意圖，認為油酸薄膜厚度等于油酸分子直徑B．乙圖是溴蒸氣的擴散實驗，若溫度升高，則擴散的速度加快C．丙圖是模擬氣體壓強產(chǎn)生機理的實驗，說明氣體壓強是由氣體重力引起的D．丁圖是蜂蠟涂在單層云母片上融化實驗，說明云母晶體的導(dǎo)熱性能各向同性【解析】A．甲圖是利用單分子油膜層粗測油