适用于新高考新教材2024版高考物理二轮复习专题分层突破练18光学与热学实验（附解析）

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1.(2023湖南长沙模拟)如图甲所示,某实验小组用DIS研究在温度不变时,一定质量的气体压强与体积的关系。
(1)本实验通过压强传感器测得气体压强值,气体体积则是通过 得到。
(2)在实验过程中,推动活塞时要 (选填“迅速”或“缓慢”)。
(3)某同学用V-图像处理实验数据,得到如图乙所示的图线,若实验操作规范正确,则图线不过原点的原因可能是( )
A.注射器中有一颗小泡沫
B.实验时用手握住了注射器筒身
C.注射器内气体温度升高
D.注射器内气体温度降低
2.(2023湖南长沙模拟)“测定玻璃的折射率”实验中,在水平放置的白纸上放好玻璃砖,aa'和bb'分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图所示,在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,用“+”表示大头针的位置,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并依次插上大头针P3和P4。
(1)在插P3和P4时,应使 (选填选项前的字母)。
A.P3只挡住P1的像
B.P4只挡住P3
C.P3同时挡住P1、P2的像
D.P4挡住P3及P1、P2的像
(2)该小组用同一套器材完成了四次实验,如图记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示,其中实验操作正确的是 。
(3)该小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与入射光线、折射光线分别交于A、B两点,再分别过A、B两点作法线NN'的垂线,垂足分别为C、D点,如图所示,则玻璃的折射率n= 。(用图中线段的字母表示)
3.(2023山东济宁模拟)(1)在做“用油膜法估测分子的大小”实验中,实验简要步骤如下:
A.根据油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积V,用公式d=求出薄膜的厚度,即油酸分子的直径
B.用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内增加一定体积时的滴数
C.将油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上
D.用浅盘装入约2 cm深的水,然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面
E.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去,多于半个的算一个),再根据方格的边长求出油膜的面积S
上述实验步骤的合理顺序是 ;
(2)将1 mL的纯油酸配制成1 000 mL的油酸酒精溶液,接着用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液,量筒中的溶液体积增加了1 mL。若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大的盛水的浅盘中(水中撒了痱子粉),由于酒精溶于水,油酸在水面展开,稳定后形成的油膜的形状如图所示。已知每一小方格的边长为1 cm,则可估算出油酸分子的直径大小是 m(计算结果保留一位有效数字)。
(3)某同学将实验中得到的计算结果和实际值比较,发现计算结果偏小,可能的原因是 。
A.水面上痱子粉撒得过多,油酸未完全散开
B.求每滴溶液中纯油酸的体积时,1 mL溶液的滴数多记了10滴
C.计算油膜面积时,舍去了所有不足1格的方格
D.油酸酒精溶液长时间放置,酒精挥发使溶液的浓度增大
B组素能提升练
4.(2023江苏苏州中学模拟)(1)细丝和单缝有相似的衍射图样,在相同条件下,小明用激光束分别垂直照射两种不同直径的细丝Ⅰ和细丝Ⅱ,在光屏上形成的衍射图样如图甲中a和b所示,已知细丝Ⅰ的直径为0.605 mm,现用螺旋测微器测量细丝Ⅱ的直径,如图乙所示,细丝Ⅱ的直径为 mm,图甲中的 (选填“a”或“b”)是细丝Ⅱ的衍射图样;
甲
乙
丙
(2)小明在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时,尝试用单缝和平面镜做类似实验。单缝和平面镜的放置如图丙所示,白炽灯发出的光经滤光片成为波长为λ的单色光照射单缝,能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。
①若S视为其中的一个缝,那么 相当于另一个“缝”;
②小明测得单缝与镜面延长线的距离为h、与光屏的距离为D,光的波长用λ表示,则条纹间距的表达式可写为Δx= ;
③实验表明,光从光疏介质射向光密介质界面发生反射,在入射角接近90°时,反射光与入射光相比,相位有π的变化,即半波损失。如果把光屏移动到和平面镜接触,则接触点P处是 (选填“亮条纹”或“暗条纹”);
④实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h=0.15 mm,单缝到光屏的距离D=1.2 m,观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm,则该单色光的波长λ= m(结果保留三位有效数字);
⑤随后小明撤去平面镜,在单缝下方A处放置同样的另一单缝,形成双缝结构,则在光屏上 (选填“能”或“不能”)观察到干涉条纹。
5.如图甲所示,用一个带有刻度的注射器及DIS来探究一定质量气体的压强和体积关系。
甲
(1)所研究的对象是 ;它的体积可用 直接读出。
(2)实验过程中,下列操作错误的是 。
A.推拉活塞时,动作要慢
B.推拉活塞时,手不能握住注射器筒有气体的部位
C.压强传感器与注射器之间的软管脱落后,应立即重新接上,继续实验并记录数据
D.活塞与针筒之间要保持润滑且不漏气
(3)在验证玻意耳定律的实验中,如果用实验所得数据在图乙所示的p-图像中标出,则应为图乙中的 线。如果实验中,使一定质量气体的体积减小的同时,温度逐渐升高,则根据实验数据描出的图像是图乙中的 线。(均选填“A”“B”或“C”)
乙
6.(2023湖南师大附中二模)某同学利用如图甲所示装置测量某种单色光波长。实验时,接通电源使光源正常发光,调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题:
甲
(1)关于本实验,下列说法正确的是 。
A.若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮,可能是因为光源、单缝、双缝与遮光筒不共轴所致
B.A处为单缝,B处为双缝,滤光片在A和B之间
C.A处为单缝,B处为双缝,滤光片在凸透镜和A之间
D.若想增加从目镜中观察到的条纹个数,可以换用间距更小的双缝
(2)某次测量时,选用的双缝的间距为0.4 mm,测得屏与双缝间的距离为0.5 m,用某种单色光实验得到的干涉条纹及分划板在某两个位置时游标卡尺的读数如图乙所示,则①位置对应的读数为 mm。②位置对应的读数为15.6 mm,则所测单色光的波长约为 nm(结果保留整数部分)。
乙
丙
(3)若某次实验观察到的干涉条纹与分划板的中心刻线不平行,如图丙所示,在这种情况下测量相邻条纹间距Δx,则波长λ的测量值 (选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。
专题分层突破练18 光学与热学实验
1.答案 (1)注射器的刻度 (2)缓慢 (3)A
解析 (1)用DIS研究做实验时,气体的压强是用压强传感器通过计算机系统得到的,气体体积则是通过注射器的刻度得到。
(2)在实验过程中,推动活塞时要缓慢,使气体的温度不会发生变化。
(3)根据玻意耳定律知pV=C,则V与成正比,图线不经过原点,可能是因为注射器中有小泡沫,占据一定的体积,此时方程为p(V-ΔV)=C,可得V=+ΔV,A正确;手握住注射器封闭气体部分,温度会发生变化,则图线是曲线,B、C、D错误。
2.答案 (1)CD (2)D (3)
解析 (1)在“测定玻璃的折射率”实验中,大头针均应在同一传播光路上,即P3同时挡住P1、P2的像且P4挡住P3及P1、P2的像,故选C、D。
(2)光由光疏介质(空气)到光密介质(玻璃)中时,入射角应大于折射角,且根据折射定律可知光射入玻璃的入射角应等于射出玻璃时的折射角,即入射光线和出射光线平行,故选D。
(3)根据几何关系入射角正弦值sini=,折射角正弦值sinr=,且lAO=lBO,根据折射定律n=。
3.答案 (1)BDCEA (2)3×10-9 (3)BD
解析 (1)实验步骤:将配制好的油酸酒精溶液,通过量筒测出n滴此溶液的体积,并计算出1滴此溶液中纯油酸的体积,然后将1滴此溶液滴在有痱子粉的浅盘的水面上,等待形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔描绘出油酸膜的形状,将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,按不足半格舍去,多于半格算一格的原则,统计出油酸薄膜的面积,则用1滴此溶液中油酸的体积除以1滴此溶液的面积,即为油酸分子的直径。故上述实验步骤的合理顺序是BDCEA。
(2)一滴油酸酒精溶液中油酸的体积为V==2×10-5mL,已知每一小方格的边长为1cm,则每一格面积为1cm2,由图可估算油酸薄膜面积为S=60×1cm2=60cm2,所以油酸分子的直径大小d==3×10-9m。
(3)水面上痱子粉撒得过多,油酸未完全散开,导致油膜面积偏小,所以油酸分子的直径偏大,A错误;求每滴溶液中纯油酸的体积时,1mL溶液的滴数多记了10滴,导致油酸体积偏小,所以油酸分子的直径偏小,B正确;计算油膜面积时,舍去了所有不足1格的方格,导致油膜面积偏小,所以油酸分子的直径偏大,C错误;油酸酒精溶液长时间放置,酒精挥发使溶液的浓度增大,导致油酸浓度变大,计算出的油酸体积偏小,所以油酸分子的直径偏小,D正确。
4.答案 (1) 0.999 a (2)①A ②λ ③暗条纹 ④6.33×10-7 ⑤不能
解析 (1)根据螺旋测微器的读数方法可知,细丝Ⅱ的直径为0.5mm+49.9×0.01mm=0.999mm;单缝衍射,单缝越宽,条纹间距越小,衍射效果越不明显,所以a是直径更大的细丝衍射的图样。
(2)①若S视为其中的一个缝,S发出的光线经过平面镜反射后的光线的反向延长线与S所在竖直方向的交点A可以视为另一个缝;
②由题意及几何知识可得,干涉条纹间距为Δx=λ=λ;
③把光屏移动到和平面镜接触后,光线经过反射后存在半波损失,故接触点P处将为暗条纹;
④由上述分析可知Δx=λ,则λ=,由题意可知Δx=m=2.531×10-3m,代入解得λ=6.33×10-7m;
⑤撤去平面镜,在单缝下方A处放置同样的另一单缝,虽然形成了双缝结构,但发出的光不是相干光了,所以不能观察到干涉条纹。
5.答案 (1)注射器中封闭的气体 注射器的刻度
(2)C
(3)B A
解析 (1)根据题意可知,本实验探究一定质量气体的压强和体积关系,则研究对象为注射器内封闭的气体,气体的体积可以通过注射器刻度直接读出。
(2)实验过程中,推拉活塞时,动作要慢,避免因推拉活塞过快,封闭气体温度升高,A正确;推拉活塞时,手不能握住注射器筒有气体的部位,如用手握住注射器筒有气体的部位会使气体温度升高,B正确;压强传感器与注射器之间的软管脱落后,气体的质量发生了变化,若立即重新接上,继续实验,将出现较大误差,C错误;为了防止摩擦生热及气体质量变化,活塞与针筒之间要保持润滑且不漏气,D正确。本题选操作错误的,故选C。
(3)在验证玻意耳定律的实验中,根据理想气体状态方程有=C可得p=CT·,可知p与成正比,故图像为图乙中的B线;如果实验中,使一定质量气体的体积减小的同时,温度逐渐升高,由上述分析可知,p与的图像的斜率将变大,故图像为图乙中的A线。
6.答案 (1)AC (2)10.9 624 (3)大于
解析 (1)该实验中若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮,可能是因为光源、单缝、双缝与遮光筒不共轴所致,A正确;为获取两个单色线光源,A处应为单缝、B处应为双缝,滤光片在凸透镜和A之间,B错误,C正确;若想增加从目镜中观察到的条纹个数,则条纹间距Δx将减小,根据相邻亮条纹间的距离为Δx=λ可知,应使用间距更大的双缝,D错误。
(2)该游标卡尺的精度为0.1mm,则在①位置时游标卡尺读数为x1=10mm+9×0.1mm=10.9mm;相邻条纹间距Δx=mm=0.78mm,由Δx=λ可得,所测单色光的波长为λ=m=6.24×10-7m=624nm。
(3)若某次实验观察到的干涉条纹与分划板的中心刻线不平行,在这种情况测量相邻条纹间距Δx时,将导致测量值Δx大于实际值,由λ=可知,λ的测量值也将大于实际值。