第一篇 大單元設(shè)計六 專題18 熱學(xué)、光學(xué)實驗-2025版高考物理二輪復(fù)習(xí)

13專題18熱學(xué)、光學(xué)實驗考向一熱學(xué)類實驗角度1用油膜法估測分子的大小[典例1](2024·北京東城區(qū)一模)做“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗。(1)下列實驗步驟的正確順序是(填寫實驗步驟前的序號)。

a.往邊長約為40cm的淺盤里倒入約2cm深的水,待水面穩(wěn)定后將適量的痱子粉均勻地撒在水面上b.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c.將畫有油酸膜形狀的玻璃板平放在坐標(biāo)紙上,計算出油酸膜的面積。根據(jù)油酸的體積和油酸膜的面積計算出油酸分子直徑的大小d.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,再根據(jù)油酸酒精溶液的濃度計算出油酸的體積e.將玻璃板放在淺盤上,然后將油酸膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上(2)實驗中,所用油酸酒精溶液每V1體積溶液中有純油酸體積為V2,用注射器和量筒測得體積為V0的上述溶液有n滴,把一滴該溶液滴入盛水的撒有痱子粉的淺盤中,待水面穩(wěn)定后,得到油酸薄膜的輪廓形狀和尺寸如圖所示,圖中每個小正方形格的邊長為a,則油酸薄膜的面積S=;可求得油酸分子的直徑為(用V1、V2、V0、n、S表示)。

【解析】(1)實驗過程應(yīng)先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,再根據(jù)油酸酒精溶液的濃度計算出油酸的體積,后往邊長約為40cm的淺盤里倒入約2cm深的水,待水面穩(wěn)定后將適量的痱子粉均勻地撒在水面上,再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,隨后將玻璃板放在淺盤上,然后將油酸膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上,最后將畫有油酸膜形狀的玻璃板平放在坐標(biāo)紙上,計算出油酸膜的面積。根據(jù)油酸的體積和油酸膜的面積計算出油酸分子直徑的大小。即實驗步驟的正確順序是dabec。(2)根據(jù)數(shù)格子的辦法,多于半格算一格,少于半格舍去,油膜的總格數(shù)為71格,則油膜總面積為S=71a2由于所用油酸酒精溶液每V1體積溶液中有純油酸體積為V2,則溶液的濃度為x=V用注射器和量筒測得體積為V0的上述溶液有n滴,則一滴溶液中純油酸的體積為V=V0油酸分子直徑為d=VS解得d=V答案:(1)dabec(2)71a2V角度2探究氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系[典例2](2023·山東等級考)利用圖甲所示實驗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上,注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的空氣,下端通過塑料管與壓強(qiáng)傳感器相連。活塞上端固定一托盤,托盤中放入砝碼,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?；卮鹨韵聠栴}:(1)在實驗誤差允許范圍內(nèi),圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線,說明在等溫情況下,一定質(zhì)量的氣體。

A.p與V成正比B.p與1V(2)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)某組同學(xué)進(jìn)行實驗時,一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時漏掉了ΔV,則在計算pV乘積時,他的計算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計算結(jié)果之差的絕對值會隨p的增大而(選填“增大”或“減小”)。

【解析】(1)在實驗誤差允許范圍內(nèi),圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線,說明在等溫情況下,一定質(zhì)量的氣體,p與1V(2)若氣體被壓縮到V=10.0mL,則有1V=110.0mL-1=100×10-3mL-1,由圖乙可讀出封閉氣體壓強(qiáng)為p=2(3)若在記錄數(shù)據(jù)時漏掉了ΔV,則在計算pV乘積時,根據(jù)p(V0+ΔV)-pV0=pΔV,可知他的計算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計算結(jié)果之差的絕對值會隨p的增大而增大。答案:(1)B(2)2.04×105(3)增大【加固訓(xùn)練】1.(2023·江蘇選擇考)在“探究氣體等溫變化的規(guī)律”的實驗中,實驗裝置如圖所示。利用注射器選取一段空氣柱為研究對象。下列改變空氣柱體積的操作正確的是()A.把柱塞快速地向下壓B.把柱塞緩慢地向上拉C.在橡膠套處接另一注射器,快速推動該注射器柱塞D.在橡膠套處接另一注射器,緩慢推動該注射器柱塞【解析】選B。因為該實驗是要探究氣體等溫變化的規(guī)律;實驗中要緩慢推動或拉動柱塞,目的是盡可能保證封閉氣體在狀態(tài)變化過程中的溫度不變;為了方便讀取封閉氣體的體積,不需要在橡膠套處接另一注射器。2.某同學(xué)在實驗室用油膜法測油酸分子直徑。(1)該實驗的科學(xué)依據(jù)是。

A.將油膜看成單分子油膜B.不考慮各個油酸分子間的間隙C.考慮各個油酸分子間的間隙D.將油酸分子看成球形(2)實驗主要步驟如下:①向體積V油=6mL的油酸中加酒精,直至總量達(dá)到V總=104mL;②用注射器吸?、僦杏退峋凭芤?把它一滴一滴地滴入小量筒中,當(dāng)?shù)稳雗=75滴時,測得其體積恰好是V0=1mL;一滴油酸酒精溶液中含有油酸的體積為m3;

③先往淺盤里倒入2cm深的水,然后將爽身粉均勻地撒在水面上;④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后,將事先準(zhǔn)備好的玻璃板放在淺盤上,并在玻璃板上描下油酸膜的形狀;⑤將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,如圖所示,數(shù)出輪廓范圍內(nèi)小方格的個數(shù)N,小方格的邊長為L=1cm。(3)由圖可知油膜面積為m2;計算出油酸分子直徑為m。(以上結(jié)果均保留一位有效數(shù)字)

(4)若滴入75滴油酸酒精溶液的體積不足1mL,則最終的測量結(jié)果將(選填“偏大”“偏小”或“無影響”)。

【解析】(1)將油膜看成單分子油膜,油膜是呈單分子分布的,單分子油膜的厚度等于分子的直徑,A正確;不考慮各個油酸分子間的間隙,認(rèn)為這些油酸分子是一個一個緊挨在一起的,分子之間沒有間隙,B正確,C錯誤;將油酸分子看成球形,測出油酸的體積V和形成單分子油膜的面積S,單分子油膜的厚度d=VS(2)②一滴油酸酒精溶液中含有油酸的體積為V=175×6104mL=8×10-6mL=8×10(3)由題圖可知油膜面積為S=1×10-2m2油酸分子的直徑為d=VS=8×10-(4)若滴入75滴油酸酒精溶液的體積不足1mL,則代入計算的純油酸的體積偏大,可知測量結(jié)果偏大。答案:(1)A、B、D(2)②8×10-12(3)1×10-28×10-10(4)偏大【模型圖解】項目圖例說明用油膜法估測分子的大小d=VS=探究等溫情況下一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系根據(jù)數(shù)據(jù)得出p-1V圖像,得出p、V考向二光學(xué)類實驗角度1測量玻璃的折射率[典例3](2024·安徽選擇考)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(jìn)行實驗,以下表述正確的一項是。(填正確答案標(biāo)號)

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(biāo)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),頻率大,折射率(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)。

【解析】(1)選B。選項選項剖析對錯A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'×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O2√C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×(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=sinα(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答案:(1)B(2)大(3)>角度2用雙縫干涉實驗測光的波長[典例4](2024·河北選擇考)某同學(xué)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(biāo)尺、分劃板、手輪、目鏡等。該同學(xué)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(jìn)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(biāo)尺讀數(shù),如表所示: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”)。

【解析】根據(jù)Δx=Ldλ,可得λ=dΔxL,由圖表中數(shù)據(jù)可知Δx1.608mm,Δx2=18.08-8.445mm=1.928mm,故Δx1<Δx2答案:綠光【加固訓(xùn)練】1.(2024·湖北選擇考)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(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M。③拿走玻璃磚,標(biāo)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(b)所示。(1)關(guān)于該實驗,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”)。

【解析】(1)選B。選項選項剖析對錯A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,測量的誤差會變大×B激光的平行度好,比用插針法測量更有利于減小誤差√C相同的材料在各點的折射效果都一樣×(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=yR,折射角的正弦值為sinr=xR,折射率n=sinisinr=yx,可知y-x圖像斜率大小等于折射率,即(3)根據(jù)(2)中數(shù)據(jù)處理方法可知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)果不變。答案:(1)B(2)1.57(3)不變2.如圖所示是“用雙縫干涉測量光的波長”實驗的裝置。實驗中:(1)觀察到較模糊的干涉條紋,要使條紋變得清晰,值得嘗試的是。

A.旋轉(zhuǎn)測量頭B.增大單縫與雙縫間的距離C.調(diào)節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行(2)要增大觀察到的條紋間距,正確的做法是。

A.減小單縫與光源間的距離B.減小單縫與雙縫間的距離C.增大透鏡與單縫間的距