2023届高考物理（广东、浙江、海南）二轮专题分层突破训练18：光学与热学实验（含答案）

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1、专题分层突破练18光学与热学实验A组1.(2022河北邢台模拟)在用油膜法估测分子大小的实验中,将1 mL油酸配制成2 L的油酸酒精溶液。然后用滴管吸取这种溶液,向小量筒中滴入100滴溶液,溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度,再用滴管取配好的油酸溶液,向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下1滴溶液,在液面上形成油酸薄膜,待油膜稳定后,放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜,如图所示。坐标格的每个小正方形的边长为1 cm。由以上信息可以估算出油酸分子的直径是 m(保留1位有效数字)。若油酸酒精溶液配好后没有使用,且没有将容器密封,两周后用此溶液做实验时,仍然以标称浓度处理数据,则测得的分子直径(选填“偏大

2、”“偏小”或“准确”)。2.(2021浙江卷)下图是用双缝干涉测量光的波长实验的装置图。实验中:(1)观察到较模糊的干涉条纹,要使条纹变得清晰,值得尝试的操作是。A.旋转测量头B.增大单缝与双缝间的距离C.调节拨杆使单缝与双缝平行(2)要增大观察到的条纹间距,正确的做法是。A.减小单缝与光源间的距离B.减小单缝与双缝间的距离C.增大透镜与单缝间的距离D.增大双缝与测量头间的距离3.某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线,如图甲所示,并在入射光线AO上插上大头针P1、P2,现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上P3和P4大头针,便能确定光在玻璃砖中的折射光线。(1)下列确定P3位置

3、的方法正确的是;A.透过玻璃砖,P3挡住P2的像B.先插上P4大头针,在靠近玻璃砖一侧P3挡住P4的位置C.透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像(2)在图甲中作出光线在玻璃砖中和出射后光线的光路图,并画出玻璃砖中光线的折射角2;(3)经过多次测量作出sin 1-sin 2的图像如图乙所示,玻璃砖的折射率为;(保留三位有效数字)(4)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画得偏左了一些,则测出来的折射率(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。4.(2022湖北恩施模拟)如图甲所示为某校物理学习小组的同学“用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积关系”的实验装置。(1

4、)实验装置中与注射器直接相连的传感器叫做(选填“体积”或“压强”)传感器;(2)某次实验中,注射器的示数如图乙所示,可知注射器内封闭气体的体积为;(3)在某次实验中,该小组的同学分别在室内和室外(室内温度高于室外温度)进行了实验,其中实线为在室内实验得到的p-V图线,虚线为在室外实验得到的p-V图线,则下列图像可能正确的是;(4)在某次实验中,注射器内气体可看作理想气体,小组的一位同学迅速地推动注射器的活塞,则较短的时间内注射器内封闭气体的内能将(选填“不变”“变大”或“变小”)。5.(2022北京海淀二模)物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如:

5、(1)实验仪器。用游标卡尺测某个杯子的深度h,示数如图甲所示,则该杯子的深度为h= cm。甲(2)数据分析。用“油膜法估测油酸分子的大小”实验中,配制的油酸酒精溶液的浓度为每500 mL溶液中有纯油酸2 mL,用注射器取1 mL该油酸酒精溶液,滴入烧杯中,记录液滴共60滴。取1滴该溶液滴入盛水的浅水盘里,待水面稳定后,在带有坐标方格的玻璃板上描下油膜边界的轮廓线,如图乙所示,坐标中一个小正方格的边长是1 cm。根据以上数据和测量结果,估测出的分子直径约为。乙(3)实验原理。图丙为“探究气体等温变化的规律”的实验装置图。实验时,读取空气柱的长度L以及此时所对应的压强p。丙对于一定质量的封闭气体,

6、在温度不变的情况下,若p与L的保持不变,即得到气体做等温变化的规律。某同学发现,压力表上的数值是有单位的,但是针筒旁代表空气柱长度的数值是没有单位的,他查了一下该实验装置的说明书,发现也没有对这个数值单位情况的具体说明。请分析说明这种情况的理由: 。B组6.(2022天津南开高三期末)在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将实验仪器按要求安装在光具座上,如图甲所示。甲(1)关于该实验,下列说法正确的是;A.单缝及双缝必须平行放置B.干涉条纹与双缝垂直C.干涉条纹疏密程度与单缝宽度有关D.若用绿色滤光片替换红色滤光片,干涉条纹间距会变小(2)某同学在做该实验时,在同一视野中选取了A、B两条纹,第一次

7、分划板中心刻度对齐A条纹中心时(图乙),游标尺的示数如图丙所示;第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图丁),游标尺的示数如图戊所示。已知双缝间距为0.50 mm,双缝到屏的距离为1.00 m,则图丙游标尺的示数为 mm,两个相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离为 mm。所测单色光波长为 m。7.(2022上海虹口二模)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

8、,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-1V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8.(2022北京101中学模拟)在做“测定玻璃的折射率”的实验中,先在白纸上放好玻璃砖,在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,然后在另一侧透过玻璃砖观察,插上大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3、P1、P2的像。如图所示,aa和bb分别是玻璃砖与空气的两个界面,用“+”表示大头针的位置。图中

9、AO表示经过大头针P1和P2的光线,该光线与界面aa交于O点,MN表示法线。(1)请将光路图画完整,并在图中标出光线进入玻璃砖发生折射现象的入射角1和折射角2。(2)该玻璃砖的折射率可表示为n=。(用1和2表示)(3)两位同学选择的器材和操作如下:A.甲同学在白纸上正确画出平行玻璃砖的两个界面aa与bb后,将玻璃砖垂直于aa方向沿纸面向上平移了少许,其他操作正确B.乙同学在白纸上画aa、bb两界面时,其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微小些,其他操作正确甲同学测出玻璃砖的折射率。乙同学测出玻璃砖的折射率。(均选填“偏大”“偏小”或“不变”)(4)对实验中的一些问题,几个同学发生了争论,他们的意

10、见如下,其中正确的是。A.为了提高测量的精确度,P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大一些B.为了提高测量的精确度,入射角应适当大一些C.P1、P2之间的距离的大小及入射角的大小跟测量的精确度无关D.如果入射角太大,则反射光过强,折射光过弱,不易观察9.如图甲所示,在测量玻璃折射率的实验中,两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜,并确定AB和AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线,并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2,再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。甲(1)此后正确的操作步骤是。A.插上大头针P3,使P3挡住P2的像B.插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像C.插上大头

11、针P4,使P4挡住P3的像D.插上大头针P4,使P4挡住P1、P2和P3的像(2)正确完成上述操作后,在纸上标出大头针P3、P4的位置(图中已标出)。为测量该玻璃的折射率,两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路图和若干条辅助线,如图乙、丙所示。能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图(选填“乙”或“丙”),所测玻璃折射率的表达式为n=(用lED、lFG表示)。乙丙答案：1.答案 810-10偏小解析 由图示油膜可知,油膜的面积为S=6411 cm2=64 cm2,1滴溶液中含有油酸分子的体积V=12 0001100 mL=510-6 mL,油酸分子的直径为d=VS=810-1

12、0 m;未将容器密封,两周后酒精挥发较多,导致油酸实际浓度变大,一滴溶液中实际所含油酸的体积变大,所以仍然以标称浓度处理数据测得的分子直径偏小。2.答案 (1)C(2)D解析 (1)若粗调后看不到清晰的干涉条纹,看到的是模糊不清的条纹,则最可能的原因是单缝与双缝不平行;要使条纹变得清晰,值得尝试的操作是调节拨杆使单缝与双缝平行,故选C。(2)根据x=ld,可知要增大条纹间距可以增大双缝到光屏的距离l,减小双缝的间距d,故选D。3.答案 (1)C(2)见解析(3)1.50(4)偏小解析 (1)确定P3位置的正确方法是,透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像,故选C。(2)光路图如图所示。(3)

13、根据n=sin 1sin 2可知,图像sin 1-sin 2的斜率等于折射率,由图像可知玻璃砖的折射率为n=10.67=1.50。(4)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画得偏左了一些,则P4P3的连线与bb的交点偏右,测得的折射角2偏大,则根据n=sin 1sin 2可知,测出来的折射率偏小。4.答案 (1)压强(2)2.00 mL(3)C(4)变大解析 (1)实验装置中与注射器直接相连的传感器用于测量注射器内气体的压强,所以是压强传感器。(2)注射器刻度的分度值为0.1 mL,读数需要精确到0.01 mL,所以此时注射器内封闭气体的体积为2.00 mL。(3)当

14、室内与室外的封闭气体体积相同时,单位体积内的分子数密度相同,单位时间内,与单位面积器壁碰撞的分子数相同,但室内的封闭气体温度较高,分子平均速率较大,所以气体压强较大,由此可推知,室内气体的实验结果曲线应始终比室外气体的实验结果曲线高,故C正确。(4)在某次实验中,小组的一位同学迅速地推动注射器的活塞对气体做功,则较短的时间内,封闭气体还来不及与外界发生热量交换,所以封闭气体的内能将变大。5.答案 (1)10.070(2)510-9 m(3)乘积因为针筒上下的横截面积都相同,所以空气柱的长度就代表了空气柱的体积的情况;最终的结果是p与V的乘积是否不变(或者p与1V的图像是否为一条直线,即斜率不变

15、),所以只需要知道体积变化的倍数关系,不需要知道具体的单位数值。解析 (1)主尺读数为10.0 cm=100 mm,游标尺读数为140.05 mm=0.70 mm,故该杯子的深度为h=100 mm+0.70 mm=100.70 mm=10.070 cm。(2)围成的方格中,不足半个的舍去,多于半个的算一个,共有142个方格,则油酸膜的面积约为S=14211 cm2=142 cm2,每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V=2500160 mL=2310-10 m3,把油酸分子看成球形,且不考虑分子间的空隙,则油酸分子直径为d=VS=2310-1014210-4 m=510-9 m。(3)对于一定

16、质量的封闭气体,在温度保持不变时,压强与体积成反比,即压强与体积的乘积不变,得到气体做等温变化的规律。因为针筒上下的横截面积都相同,所以空气柱的长度就代表了空气柱的体积的情况;最终的结果是p与V的乘积是否不变(或者p与1V的图像是否为一条直线,即斜率不变),所以只需要知道体积变化的倍数关系,不需要知道具体的单位数值。6.答案 (1)AD(2)11.51.36.510-7解析 (1)为使屏上的干涉条纹清晰,单缝和双缝必须平行放置,所得到的干涉条纹与双缝平行,A正确,B错误;由x=ld可知,干涉条纹疏密程度与双缝间距离、双缝到屏的距离和光的波长有关,绿光的波长小于红光的波长,则若用绿色滤光片替换红

17、色滤光片,干涉条纹间距会变小,C错误,D正确。(2)由图丙可知,读数为x1=11 mm+50.1 mm=11.5 mm;由图戊可知,读数为x2=16 mm+70.1 mm=16.7 mm,由图乙和图丁可知,A、B两条纹间有4个间距,则两个相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离为x=x2-x14 mm=1.3 mm;根据公式x=ld,代入数据解得所测单色光波长为=dxl=0.5010-31.310-31 m=6.510-7 m。7.答案 (1)注射器中封闭的气体注射器的刻度(2)C(3)BA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

18、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pVT=C可得p=CT1V,可知p与1V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

19、上述分析可知,p与1V的图像的斜率将变大,故图像为图乙中的A线。8.答案 (1)见解析(2)sin 1sin 2(3)不变偏大(4)ABD解析 (1)作出光路图如图所示。(2)由折射率公式,可得玻璃砖的折射率n=sin 1sin 2。(3)甲同学将玻璃砖垂直于aa方向沿纸面向上平移了少许,可知光线的入射角和折射角均不变,所以测出玻璃砖的折射率与真实值相比不变;其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微小些,由图可知,折射角偏小,则折射率偏大,乙同学测出玻璃砖的折射率与真实值相比偏大。(4)为了提高测量的精确度,P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大一些,A正确。为了提高测量的精确度,入射角应适当大一些,折射角也会大一些,用量角器测量时,可减小相对误差,B正确。如果P1、P2之间的距离太小,插P3、P4时很容易产生偏差,使相对误差增大;入射角太小时,折射角也太小,用量角器测量时,相对误差较大,C错误。光从空气射入玻璃,如果入射角太大,则反射光会加强,折射光会减弱,不易观察,D正确。9.答案 (1)BD(2)丙lEDlFG解析 (1)此后正确的操作步骤是插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像;插上大头针P4,使P4挡住P1、P2和P3的像。