2023届二轮复习 专题训练20　热学和光学实验 作业（浙江专用）

专题训练20　热学和光学实验

1.在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,实验步骤如下:

A.将一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔将油膜的形状描画在玻璃板上;

B.用公式d=求出油膜厚度,即油酸分子的大小;

C.已知实验室中使用的油酸酒精溶液的体积浓度为c,量出N滴溶液的体积为V;

D.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x(不足半格的舍去,多于半格的算一个),再根据方格的边长为a,求出油膜的面积S;

E.用浅盘装入约2 cm深的水。

(1)将上述实验步骤进行排序,正确的顺序应该是　　　　　　(写步骤前的序号);上述步骤中有一处遗漏和不完整,请指出并补充完整　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)实验中要让油酸在水面尽可能散开,形成　　　　　　(选填“单分子”或“多分子”)油膜,并将油膜分子看成球形且紧密排列。本实验体现的物理思想方法为　　　　。 

A.控制变量法 

B.理想模型法

C.极限思想法 

D.等效替代法

(3)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积的表达式V0=　  　　;油膜面积表达式S=　　　    　;从图中可数出小正方形的有效个数x=　　　　。用以上字母表示油酸分子的直径d=　　　 　。 

解析:(1)应该先配制溶液→准备浅盘→将溶液滴到水面上→描出轮廓→求出体积→根据公式算出分子直径,因此顺序为CEADB;在浅盘的水面上均匀的撒上爽身粉,以便描出油酸的轮廓。

(2)在水面上形成单分子油膜;本实验采用理想模型法,将油酸分子看成球形,故选B。

(3)纯油酸的总体积为cV,每一滴中所含纯油酸的体积为V0=,每个小格的面积为a2,共有x个小格,因此油膜的总面积S=a2x,超过半格的算一个,小于半格的不算,总共为8个,油酸分子直径为d==。

答案:(1)CEADB　在水面上均匀的撒上爽身粉

(2)单分子　B　(3)　a2x　8　

2.某实验小组用如图所示实验装置来探究一定质量的气体发生等温变化遵循的规律。

(1)关于该实验,下列说法正确的是　　　。 

A.实验前应将注射器内的空气完全排出

B.空气柱体积变化应尽可能的快些

C.橡胶套脱落后,应立即重新封上,继续实验并记录数据

D.作出p的图像可以直观反映出p与V的关系

(2)如图是甲、乙两同学在实验中得到的p图像,若两人实验时均操作无误且选取的坐标标度相同,那么两图像斜率不同的主要原因是　　　　　　　　　　　　　。 

解析:(1)实验是以注射器内的空气为研究对象,所以实验前注射器内的空气不能完全排出,A错误;空气柱的体积变化不能太快,要缓慢移动注射器保证气体温度不变,B错误;橡胶套脱落后,气体的质量产生变化,需重新做实验,C错误;p图像是一条倾斜的直线,作出p的图像可以直观反映出p与V的关系,D正确。

(2)根据p图像可知,如果温度相同,则说明两次气体质量不同,如果气体质量相同则两次温度不同。

答案:(1)D　(2)研究气体的质量不同(或同质量气体在不同温度下

研究)

3.如图甲是“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”的实验装置。主要步骤如下:

①将压强传感器调零;

②在活塞上均匀涂抹润滑油,把活塞移至注射器满刻度处;

③逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器、计算机;

④推动活塞,记录多组注射器内气体的体积V,以及相应的压强传感器示数p。

(1)实验操作中,活塞上均匀涂抹润滑油,主要目的是为了　　　　　。

(2)为了保持封闭气体的温度恒定,下列措施可行的是　　　　　　。

A.注射器必须固定在竖直平面内

B.用手握注射器推拉活塞

C.缓慢推动活塞

(3)测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后,为直观反映压强与体积之间的关系,若以p为纵坐标,则应以　　　　　　为横坐标在坐标系中描点作图;小明所在的小组不断压缩气体,由测得的数据发现图线的上端出现了一小段弯曲,如图乙所示,产生这一现象的可能原因是　　　　　　　　　　　　(答一种即可)。 

(4)另一小组实验时缓慢推动活塞,记录4组注射器上的刻度数值V,以及相应的压强传感器示数p。在采集第5组数据时,压强传感器的软管脱落,重新接上后继续实验,又采集了4组数据,其余操作无误。该小组作出的V关系图像应是　　　。 

解析:(1)为了防止漏气,故需要在活塞上均匀涂抹润滑油。

(2)由于不是拉活塞,则注射器不一定要安装在竖直平面内,实验过程中手不能与注射器接触,推动活塞应缓慢进行,保持与外界相同温度,故C正确,A、B错误。

(3)当温度不变时有pV=C,即压强p与V成反比,两者的关系图线不是直线,但压强p与是线性关系,故应当以为横坐标。在P图像中,当斜率减小,压强增加程度减小,导致这一现象的原因是注射器存在向外漏气现象或气体的温度降低等。

(4)测量时,注射器与压强传感器连接部分气体的体积V0未计入,纵轴存在截距;软管脱落后,气体向外漏出,p的测量值偏小,相应的横坐标偏大,但左侧的延长线与纵轴的交点仍为-V0,故前后两条线相交在此处,故选D。

答案:(1)防止漏气　(2)C　(3)　注射器内气体向外漏气(或气体温度降低)　(4)D

4.如图1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。

(1)此后正确的操作步骤是　　　　。(多选) 

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.插上大头针P4,使P4挡住P3的像

D.插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2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)。为测量该种玻璃的折射率,两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干辅助线,如图2中甲、乙所示。在图2中仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图　　　　(选填“甲”或“乙”),所测玻璃折射率的表达式n=　　　　(用代表线段长度的字母ED、FG表示)。 

解析:(1)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,确定入射光线,然后插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像,从而确定出射光线。因此选项B、D正确。

(2)设入射角为α,折射角为β,根据折射定律和几何关系有:对于图甲,sin α=,sin β=,对于图乙,sin α=,sin β=,可知仅通过测量ED,FG的长度便可正确计算出折射率的是图乙,折射率n==。

答案:(1)BD　(2)乙　

5.杨氏双缝干涉实验最成功的地方就是采用分光法找到了两束相干光源。利用洛埃镜同样可以得到杨氏干涉的结果。洛埃镜实验的基本装置如图甲所示,S为单色光源,M为平面镜,S光源直接发出的光和经过平面镜M反射的光形成一对相干光源。设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L,光的波长为λ,在光屏上形成如图乙所示干涉条纹。

(1)用某种单色光做干涉实验时,光屏上相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距离的表达式Δx=　　　     　,其中L的大小由图丙中的毫米刻度尺读出,L=　　       　　mm;a的大小由图丁中的游标卡尺读出,a=　　　   　mm。 

(2)已知光屏上第一条亮条纹x1到第七条亮条纹x7之间间距为7.2 cm,则该单色光的波长λ=　　　　nm。(结果保留整数) 

解析:(1)根据公式Δx=λ,d=2a,联立解得Δx=λ。毫米刻度尺读数L=749.0 mm。游标卡尺读数a=0 mm+5×0.05 mm=0.25 mm。

(2)相邻两条亮条纹间距Δx= cm=12 mm,代入Δx=λ,解得λ≈

8 011 nm。

答案:(1)λ　749.0　0.25　(2)8 011

6.(1)在双缝干涉实验中,某同学以线状白炽灯为光源,用图甲实验装置进行调节并观察了实验现象后,总结出以下几点;你认为正确的是　　　　。(多选) 

A.灯丝与单缝和双缝必须平行放置

B.干涉条纹与双缝垂直

C.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关

D.图中P处应放置双缝

(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时(如图乙),刻度板上的示数如图丙所示,其读数为　　　    　mm。若测得双缝到光屏的距离为L,双缝间的距离为d,A、B两条纹间距为x,则光的波长为　　　　。 

(3)某次观察时,分划板方向为竖直方向,发现测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图丁所示。原因可能是　　　。 

A.仅光源倾斜了 

B.仅单缝倾斜了

C.仅双缝倾斜了 

D.单缝和双缝都倾斜了

解析:(1)为了得到相干光源,灯丝与单缝和双缝必须平行放置,A正确;干涉条纹与双缝平行,B错误;由干涉条纹的间距Δx=λ可知,与单缝宽度无关,C错误;根据双缝实验的要求,可知图中P处应放置双缝,D正确。

(2)根据读数规则可知,图丙中刻度板上的示数为11 mm+0.1×4 mm= 11.4 mm。由于测得双缝到光屏的距离为L,双缝间的距离为d,A、B两条纹间距为x,则相邻亮条纹或暗条纹的间距为,干涉条纹的间距为Δx=λ可得,光的波长为λ=。

(3)测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图丁所示,原因可能是单缝和双缝都倾斜了,故选D。

答案:(1)AD　(2)11.4　　(3)D