專題七

實(shí)驗(yàn)第二十一講

熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)

考點(diǎn)一

用油膜法估測油酸分子的大小

3.對“S”的測量(1)數(shù)出輪廓范圍內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)n0,不足半個(gè)的舍去,多于半個(gè)的算一個(gè);(2)用正方形的個(gè)數(shù)乘單個(gè)正方形的面積S0計(jì)算出油膜的面積S(即n0S0)?！纠?】在“油膜法估測油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中。(1)下列說法正確的是

。

A.測量一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積時(shí),可以用注射器擠出一滴油酸滴入燒杯中,觀察注射器上的體積變化B.測量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面積時(shí),如果不使用爽身粉,也可以在水中加入紅墨水后混合均勻,再滴入一滴油酸酒精溶液C.實(shí)際的油酸分子是球形的,因此通過計(jì)算得到的油酸分子直徑即是球的直徑D.計(jì)算油酸分子的大小時(shí),認(rèn)為水面油酸為單分子層且認(rèn)為分子間緊密排布(2)①若實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),撒入的爽身粉過多,導(dǎo)致油酸分子未形成單分子層,則計(jì)算得到的油酸分子直徑將

(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

②若實(shí)驗(yàn)中使用的油酸酒精溶液是經(jīng)久置的,則計(jì)算得到的油酸分子直徑將

(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

(3)某次實(shí)驗(yàn)中將1mL的純油酸配制成5000mL的油酸酒精溶液,用注射器測得1mL溶液為80滴,再滴入1滴這樣的溶液到準(zhǔn)備好的淺盤中,描出的油膜輪廓如圖所示,每格邊長是0.5cm,根據(jù)以上信息,可估算出油酸分子的直徑約為

m(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。

【答案】(1)D

(2)偏大

偏小

(3)7×10-10【解析】(1)測量一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積時(shí),至少要測量50滴到100滴油酸酒精溶液的體積,然后計(jì)算一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積,A錯(cuò)誤;測量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面積時(shí),使用爽身粉才能看出油膜的輪廓,在水中加入紅墨水后混合均勻不能看出油膜的輪廓,B錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)時(shí)只是把油酸分子看作是球形的理想模型,實(shí)際的油酸分子不是球形的,因此通過計(jì)算得到只是將油酸分子看成是球形時(shí)的油酸分子直徑,C錯(cuò)誤;計(jì)算油酸分子的大小時(shí),認(rèn)為水面油酸為單分子層且認(rèn)為分子間緊密排布,D正確。故選D。

1.實(shí)驗(yàn)法:控制變量法實(shí)驗(yàn)裝置如圖

考點(diǎn)二

探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系

【例2】用圖甲所示裝置完成“探究氣體等溫變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn),注射器刻度可測出氣體體積(包含橡膠套內(nèi)氣體體積),氣壓計(jì)可測出壓強(qiáng)。(1)下列說法正確的是

。

A.封閉一定質(zhì)量的氣體時(shí),先要摘除橡膠套,拉動(dòng)活塞使之移到最尾端后,再用橡膠套封閉注射器的注射孔B.在活塞上涂潤滑油,目的是減小摩擦C.注射器旁的刻度尺只要刻度分布均勻即可,可以不標(biāo)注單位D.為節(jié)約時(shí)間,實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)快速推拉活塞和讀取數(shù)據(jù)

【解析】(1)封閉一定質(zhì)量的氣體時(shí),應(yīng)在活塞處于適當(dāng)位置時(shí)用橡膠套封閉注射器的注射孔,若先摘除橡膠套,拉動(dòng)活塞移到最尾端,再封閉,很難保證封閉的氣體質(zhì)量一定,

A錯(cuò)誤;在活塞上涂潤滑油,目的是防止漏氣,保證被封閉氣體的質(zhì)量不變,而不是減小摩擦,

B錯(cuò)誤;在“探究氣體等溫變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中,根據(jù)pV=C(C為常數(shù)),只要刻度分布均勻,就可以研究

p與V的關(guān)系,不需要標(biāo)注單位,C正確;快速推拉活塞會使氣體溫度發(fā)生變化,不滿足等溫條件;快速讀取數(shù)據(jù)會導(dǎo)致測量誤差增大,故D錯(cuò)誤。故選C。

1.一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)步驟在玻璃磚的另一側(cè)插上P3,使P3擋住P1、P2的像,再插上P4,使P4擋住P3和P1、P2的像?？键c(diǎn)三

測量玻璃的折射率

3.兩個(gè)減小誤差的實(shí)驗(yàn)要求(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)盡可能將大頭針豎直插在紙上,且P1和P2之間、P3和P4之間、P2和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),出射光較弱,當(dāng)θ1太小時(shí),入射角、折射角測量的相對誤差較大。【例3】用“插針法”測量如圖(a)所示的等腰三角形玻璃磚的折射率。(1)以下實(shí)驗(yàn)步驟,正確的步驟順序?yàn)?/p>

。

①在白紙上分別畫出玻璃磚三條邊對應(yīng)的直線AB、AC、BC(A、B、C分別為三條直線的交點(diǎn)),并作一條直線MN與BC平行,測得∠BAC=θ,如圖(b)所示;②測得入射光線P1P2與AB的夾角為i;③在AB左側(cè)光路上豎直插上大頭針P1、P2,撤去玻璃磚,在白紙上借助大頭針?biāo)逦恢美L制光路;④將玻璃磚放置且重合于A、B、C三點(diǎn),用激光筆發(fā)出紅光,調(diào)整入射角,使紅光恰好經(jīng)過直線MN;

(4)已知i'<i,入射角變大,說明藍(lán)光的偏折程度比紅光更大。根據(jù)折射定律,偏折程度越大,折射率越大,而藍(lán)光頻率比紅光大,所以對于同一種介質(zhì),頻率越大,折射率越大。1.實(shí)驗(yàn)裝置圖及實(shí)驗(yàn)器材(如圖所示)雙縫干涉儀、光具座、光源、學(xué)生電源、導(dǎo)線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、刻度尺。考點(diǎn)四

用雙縫干涉測量光的波長

【例4】在實(shí)驗(yàn)室用雙縫干涉測光的波長,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。(1)雙縫、光屏、單縫,依次是圖中的

(填圖中的字母)。

(2)①圖是實(shí)驗(yàn)得到的紅光雙縫干涉圖樣照片,根據(jù)該圖可判斷雙縫干涉的亮條紋間距

(選填“相等”或“不相等”)。

(3)在某次測量中,觀察分劃板中心線與乙圖亮條紋P中心對齊時(shí)的情形,如圖②所示。然后轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭手輪,當(dāng)分劃板中心線與亮條紋Q中心對齊時(shí),目鏡中觀察到的圖應(yīng)為③圖中的

。

1.(2024·上海卷)實(shí)驗(yàn)是人類認(rèn)識物質(zhì)世界的宏觀性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)的重要手段之一,也是物理學(xué)研究的重要方法。(1)通過“用油膜法估測油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)可推測油酸分子的直徑約為(

)A.10-15m

B.10-12mC.10-9m

D.10-6

mC

(2)驗(yàn)證氣體體積隨溫度變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,用支架將封有一定質(zhì)量氣體的注射器和溫度傳感器固定在盛有熱水的燒杯中。實(shí)驗(yàn)過程中,隨著水溫的緩慢下降,記錄多組氣體溫度和體積的數(shù)據(jù)。①不考慮漏氣因素,符合理論預(yù)期的圖線是

。

A②下列有助于減小實(shí)驗(yàn)誤差的操作是

。

A.實(shí)驗(yàn)前測量并記錄環(huán)境溫度B.實(shí)驗(yàn)前測量并記錄大氣壓強(qiáng)C.待溫度讀數(shù)完全穩(wěn)定后才記錄數(shù)據(jù)D.測量過程中保持水面高于活塞下端D

②環(huán)境溫度不影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)前測量并記錄環(huán)境溫度并不能減小實(shí)驗(yàn)誤差,故A錯(cuò)誤;本實(shí)驗(yàn)壓強(qiáng)不變,實(shí)驗(yàn)前測量并記錄大氣壓強(qiáng)不能減小實(shí)驗(yàn)誤差,故B錯(cuò)誤;水溫的緩慢下降,則溫度的讀數(shù)會一直緩慢變化,只有水溫度和室溫相同時(shí),才會完全穩(wěn)定,故C錯(cuò)誤;測量過程中保持水面高于活塞下端,則活塞中氣體的溫度和水的溫度基本一致,可以減少誤差,故D正確。故選D。2.(2023·廣東卷)某同學(xué)用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率,實(shí)驗(yàn)過程如下:(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)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連線的延長線與ef面的邊界交于P點(diǎn),如圖(a)所示。③用刻度尺測量PM和OM的長度d1和d2。PM的示數(shù)如圖(b)所示,d1為

cm,測得d2為3.40cm。

2.25

1.51稍小一些

3.(2022·海南卷)在用雙縫干涉測量光的波長的實(shí)驗(yàn)中,如圖所示。(1)a、b分別是 (

)A.單縫和雙縫

B.雙縫和單縫C.單縫和單縫 D.雙縫和雙縫A

(2)如果雙縫間距是d,雙縫到毛玻璃的距離是L,第一條亮條紋到第六條亮條紋間距是x,則光的波長是

。(用x、d、L表示)

4.(2025·上海卷)光是從哪里來,又回到哪里去?光是一個(gè)物理學(xué)名詞,其本質(zhì)是一種處于特定頻段的光子流。光源發(fā)出光,是因?yàn)楣庠粗须娮荧@得額外能量。如果能量不足以使其躍遷到更外層的軌道,電子就會進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng),并以波的形式釋放能量。如果躍遷之后剛好填補(bǔ)了所在軌道的空位,從激發(fā)態(tài)到達(dá)穩(wěn)定態(tài),電子就停止躍遷。否則電子會再次躍遷回之前的軌道,并且以波的形式釋放能量。(1)以下哪個(gè)選項(xiàng)中的圖樣符合紅光和紫光的雙縫干涉圖樣 (

)A

(2)如圖所示,自然光經(jīng)過兩個(gè)偏振片,呈現(xiàn)在光屏上,偏振片B繞圓心轉(zhuǎn)動(dòng)且周期為T,則光屏上兩個(gè)光強(qiáng)最小的時(shí)間間隔為 (

)A.2T

B.T

C.0.5T

D.0.25TC

(3)物理王興趣小組在做“測量玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)時(shí),若從c側(cè)觀察,插入c時(shí),應(yīng)遮住a、b;插入d時(shí),應(yīng)遮住

,依據(jù)圖中所標(biāo)數(shù)據(jù),可得出該玻璃的折射率為

。

a、b的像和c

專題集訓(xùn)(二十二)

熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)1.下列是《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中列出的兩個(gè)必做實(shí)驗(yàn)的部分步驟,請完成實(shí)驗(yàn)操作和計(jì)算。(1)在“用油膜法估測油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作如下:①取體積V1的純油酸配制出體積V2的油酸酒精溶液,滴入N滴溶液到量筒,測出其體積為V3;②在淺盤中裝入少量水,并在水面上均勻地輕輕撒上少量痱子粉;③用滴管將1滴油酸酒精溶液輕輕滴入水面中央,散開后可以看到油酸膜的輪廓,測得油酸膜面積S。在實(shí)驗(yàn)中,撒上少量痱子粉的作用是

,寫出油酸分子直徑的表達(dá)式D=

(用V1、V2、V3、N、S表示)。

方便顯示出油酸膜的邊界,便于測量油酸膜的面積

(2)“用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測量光的波長”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示;①在實(shí)驗(yàn)過程中某一步驟需要撥動(dòng)撥桿,是為了

(填正確答案標(biāo)號)。

A、調(diào)節(jié)單縫,使單縫和雙縫平行B、調(diào)節(jié)雙縫,使雙縫和單縫平行C、調(diào)節(jié)單縫,使單縫和雙縫高度相同D、調(diào)節(jié)雙縫,使雙縫和單縫高度相同A②實(shí)驗(yàn)中使分劃板中心刻線與其中一條亮條紋中心對齊,將該亮紋定為第1條亮條紋,此時(shí)手輪上示數(shù)如圖2所示。同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭,使分劃板中心刻線與第11條亮紋中心對齊,此時(shí)手輪上示數(shù)如圖3所示,則示數(shù)為

mm,求出相鄰兩個(gè)亮條紋的距離Δx。若雙縫間距為d,雙縫到屏的距離為L,則所測單色光波長的表達(dá)式為λ=

(結(jié)果用字母表示)。

13.451

2.某同學(xué)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(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(b)所示。(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是

(單選,填標(biāo)號)。

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(diǎn)作為入射點(diǎn),是因?yàn)榇颂幍恼凵洮F(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(shí)際半徑,則折射率的測量結(jié)果

(填“偏大”“偏小”或“不變”)。

B

1.57不變

3.可見光的波長范圍為400~700nm,分子直徑約為0.1~1.0nm。在中學(xué)實(shí)驗(yàn)室通過選用恰當(dāng)?shù)姆椒?可以測量這樣的微小量。下列分別給出兩種微小量的測量方法。(1)通過雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測量單色光的波長,實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,其中測量頭包括毛玻璃、游標(biāo)尺、分劃板、手輪、目鏡等。①測量某亮條紋位置時(shí),手輪上的示數(shù)如圖乙所示,其示數(shù)為

mm。

②下列可以增加目鏡中觀察到條紋個(gè)數(shù)的方法為

(多選)。

A.將單縫向雙縫靠近B.將屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)C.使用間距更大的雙縫D.將實(shí)驗(yàn)中的紫光更換為紅光③若雙縫的間距為d,屏與雙縫間的距離為l,假設(shè)某種單色光的條紋間距為Δx,則該單色光的波長λ=

。

4.486(4.485~4.488均可)BC

(2)用油膜法估測油酸分子的大小實(shí)驗(yàn),將濃度為0.10%的油酸酒精溶液一滴一滴滴入量筒,測出一滴溶液的體積為4.5×10-2mL,向淺盤中倒入適量的水,并向水面均勻地撒入痱子粉,把一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后,將玻璃板放在淺盤上,在玻璃板上描出油酸膜的輪廓,如圖丙所示,數(shù)出形成的油膜占據(jù)了115個(gè)方格,坐標(biāo)紙中正方形方格的邊長為1cm,則估測出油酸分丙子的直徑為

m(計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

3.9×10-9

4.氣體實(shí)驗(yàn)定律是關(guān)于氣體熱學(xué)行為的基本實(shí)驗(yàn)定律,是建立理想氣體概念的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。在工程技術(shù)、環(huán)境保護(hù)、日常生活等多個(gè)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。(1)理想氣體忽略了氣體分子間的分子力和分子勢能,以下氣體最接近理想氣體的是 (

)

A.高溫低壓的氣體 B.高溫高壓的氣體C.低溫低壓的氣體 D.低溫高壓的氣體A(2)如圖1所示某汽車后備箱內(nèi)安裝有撐起箱蓋的裝置,它主要由汽缸和活塞組成。開箱時(shí),密閉于汽缸內(nèi)的壓縮氣體膨脹,將箱蓋頂起,如圖所示。在此過程中,若缸內(nèi)氣體與外界無熱交換,氣體為理想氣體,則缸內(nèi)氣體 (

)A.對外做正功,內(nèi)能增大B.對外做正功,分子的平均動(dòng)能減小C.對外做負(fù)功,分子的平均動(dòng)能增大D.對外做負(fù)功,內(nèi)能減小B(3)為了探究一定質(zhì)量的氣體等溫變化的規(guī)律。某同學(xué)將注射器水平固定,然后把注射器活塞移動(dòng)到體積最大的位置,并用橡皮帽封閉注射器右側(cè)的細(xì)管,如圖2所示。由于沒有壓強(qiáng)傳感器,于是他把活塞和壓力傳感器相連,可測出移動(dòng)活塞時(shí),傳感器對活塞的壓力F。在溫度不變的條件下緩慢移動(dòng)傳感器和活塞壓縮氣體并記錄多組壓力F和體積V的值,活塞受到的摩擦忽略不計(jì)。

BC

②

(4)如圖4所示,在高溫天氣下一輛轎車的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)顯示某一條輪胎的胎壓為p0=3.20atm、溫度為47℃。氣體視為理想氣體,輪胎內(nèi)部體積始終保持不變。求:①該輪胎溫度為27℃時(shí),該輪胎的胎壓p1。②由于該胎壓偏高,故駕駛員快速放出了適量氣體,此時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)顯示的胎壓為2.40atm、溫度為27℃。放出氣體的質(zhì)量與原來輪胎內(nèi)氣體的質(zhì)量之比為多少?

5.可發(fā)出紅、黃、綠三色光的多層警示燈,被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、電子機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)線等工業(yè)領(lǐng)域。某同學(xué)想采用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測定三種色光的波長:(1)打開多層警示燈的綠光甲燈,將遮光筒對準(zhǔn)光源放置。在光源和雙縫之間還必須放置一個(gè)

(選填“濾光片”或“單縫”),其目的是保證經(jīng)雙縫得到的兩列光是

(選填“相干”或“非相干”)光;

(2)已知雙縫之間的距離為0.6mm,雙縫到屏的距離為1.5m,綠光的干涉圖樣如下圖乙所示,分劃板中心刻度線在A位置時(shí)螺旋測微器的讀數(shù)為1.128mm,在B位置時(shí)讀數(shù)如圖丙所示,為

mm,則該綠光的波長為

nm(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。

單縫相干6.526540(3)該同學(xué)又進(jìn)行了幾組實(shí)驗(yàn),通過照相底片