新教材2024高考物理二轮专题复习第三编高考夺分训练课时提升训练17振动与波光学和热学的实验（附解析）

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如图所示为“研究一定质量气体在压强不变的条件下，体积变化与温度变化关系”的实验装置示意图．粗细均匀的弯曲玻璃管A臂插入烧瓶，B臂与玻璃管C下部用橡胶管连接，C管开口向上，一定质量的气体被封闭于烧瓶内．开始时B、C内的水银面等高．
(1)若气体温度升高，为使烧瓶内气体的压强不变，应将C管________(选填“向上”或“向下”)移动，直至__________________．
(2)实验中多次改变气体温度，用Δt表示气体升高的温度，用Δh表示B管内水银面高度的改变量．根据测量数据作出的图线是图中的________．
2．[2023·浙江省镇海中学模拟](1)如图所示，小王同学在“用双缝干涉测量光的波长”实验中发现目镜中干涉条纹与分划板中心刻线始终有一定的角度，下列哪个操作可以使得分划板中心刻线与干涉条纹平行________．
A．仅拨动拨杆
B．仅旋转单缝
C．仅前后移动凸透镜
D．仅旋转毛玻璃处的测量头
(2)小王同学将分划板中心刻线与干涉条纹调平行后，将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图所示，手轮上的示数是________mm.
3．某同学在利用“插针法”测量一块红色直角三角形玻璃砖的折射率时发现，由于玻璃的颜色较深，在另一侧很难观测到对侧所插的针．他想到可以用实验室的红色激光器来完成实验．如图所示，他在木板上固定好白纸，放好玻璃砖，正确作出了界面MN、MP、NP，然后让很细的激光平行于木板从玻璃砖的上界面MN入射．
(1)由于激光很强，不能用眼睛直接观测，该同学通过在木板上插入被激光照亮的针来确定激光光路，正确的插针顺序应是________．
A．P1、P2、P3、P4 B．P4、P3、P2、P1
C．P1、P2、P4、P3D．P4、P3、P1、P2
(2)若P1P2与MN垂直，用量角器量得图中的θ1＝60°，θ2＝30°，则玻璃的折射率为________.
A．eq \r(3)B．eq \f(\r(3),3)
C．eq \f(2\r(3),3)D．eq \f(\r(3),2)
(3)若激光器正常发光，平行木板从玻璃砖NP界面垂直射入玻璃砖，如图中虚线箭头所示．该同学发现在MP一侧始终找不到出射光线，则原因是____________________________；该同学在MP一侧没有找到出射光线，但在MN一侧找到了出射光线，他依然用被激光照亮的针确定了激光在MN一侧的出射光线和NP一侧的入射光线，则测量后他________(选填“能”或“不能”)计算出玻璃的折射率．
4．[2024·广东江门一模]某同学做“用单摆测重力加速度”的实验，实验装置如图甲所示，在摆球的平衡位置处安放一个光电门，连接数字计时器，记录小球经过光电门的次数．
(1)下列说法中正确的是________．
A．测出摆球做一次全振动的时间作为周期的测量值
B．质量相同的铁球和软木球，应选用铁球作为摆球
C．可将摆球从平衡位置拉开一个任意角度然后释放摆球
D．可以选择有弹性的细绳作为摆线
(2)在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺测得从悬点至摆球顶端的长度为L，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图乙所示，则摆球直径d＝________cm；
(3)将摆球从平衡位置拉开一个合适的角度，静止释放摆球，摆球在竖直平面内稳定摆动后，启动数字计时器，摆球通过平衡位置时从1开始计数，同时开始计时，当摆球第n次(为大于3的奇数)通过光电门时停止计时，记录的时间为t，此单摆的周期T＝________(用t、n表示)，重力加速度的大小为________(用L、d和T表示)；
(4)实验中该同学测得的重力加速度值经查证明显大于当地的重力加速度值，下列原因可能的是________．
A．摆线上端未牢固地系于悬点，实验过程中出现松动，使摆线长度增加了
B．计算时用L＋d作为单摆的摆长
C．摆球的振幅偏小
D．把n当作单摆全振动的次数
5．某实验小组利用DIS验证一定质量理想气体的某一实验定律，实验装置图如图甲所示．
主要实验过程如下：
a．将压强传感器接入数据采集器；
b．取出注射器，将注射器的活塞置于20mL处(初始值可任意选值)，并通过软管与压强传感器的测口紧密连接；
c．打开“计算表格”，增加变量“V”表示注射器的体积，拉动注射器的活塞至4mL处，手动输入V值；
d．点击记录压强值，缓慢推动活塞，改变并输入V的值，记录不同的V值对应的压强数据；
e．启动“绘图”功能，分别作出p­V图像(如图乙所示)和p­eq \f(1,V)图像(如图丙所示).
(1)该装置可用于验证________定律．(填写气体实验定律名称)
(2)利用DIS已经能比较精确的得到相关的数据，但还是存在一些误差，本实验造成误差主要来源于________，为了减少误差，可以采取的措施是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
6．[2023·福建莆田二模]某实验小组利用如图甲装置做“用单摆测量重力加速度”的实验．在铁架台上端用摆线悬挂一摆球，铁架台下端固定一个激光源，发出的激光方向与水平面平行，在摆球的右边与摆球中心等高的位置固定一智能手机，使得激光的中心与摆球的中心以及智能手机的光线接收口在同一水平直线上．利用手机光线传感器接收到的光照强度随时间变化情况，测出摆球的周期．
(1)实验主要过程如下：
①按图甲安装实验装置，下列有关器材的选择和安装最合理的是________；
②如图乙，用游标卡尺测出摆球的直径d＝________cm；用刻度尺测出摆线长度l，算出摆长L；
③打开激光光源和手机传感器，运行软件；
④让单摆做简谐运动，采集数据；
⑤改变摆线长度l，重复步骤④；
⑥导出数据获得单摆振动周期T，从而得到对应的T2与L的数据如下表：
⑦根据表中数据在坐标纸上描点，如图丙：
⑧请在图丙中绘出T2­L图线，并根据图像求出当地的重力加速度g＝________m/s2.(π2取9.87，结果保留三位有效数字)
(2)下列关于本实验的误差中，属于系统误差的有________．
A．测量摆长引起的误差
B．描绘图线引起的误差
C．摆线具有伸缩性引起的误差
D．利用手机测量周期引起的误差
课时提升训练17
1．解析：（1）气体温度升高，封闭气体压强变大，为使封闭气体压强不变，应将C管向下移动，直至B、C两管内水银面等高．
（2）由于气体压强不变，则eq \f(V,T)＝k，故有eq \f(SΔh,Δt)＝k，k、S为定值，A正确．
答案：（1）向下 B、C两管水银面等高 （2）A
2．解析：（1）若要使得分划板中心刻线与干涉条纹平行，则仅旋转毛玻璃处的测量头即可，故选D.
（2）手轮上的示数是50mm＋0.05mm×3＝50.15mm.
答案：（1）D （2）50.15
3．解析：（1）四根针应该先插光路后面的针，否则光被挡住，后面的针无法确定位置，故正确的插针顺序应是P4、P3、P2、P1.
（2）在MP界面上，光的入射角为i＝90°－θ1＝30°，折射角为r＝90°－θ2＝60°，则玻璃的折射率为n＝eq \f(sinr,sini)＝eq \f(sin60°,sin30°)＝eq \r(3).
（3）入射光线与NP相垂直，在MP一侧没有找到出射光线，说明光线在MP界面上发生了全反射，根据几何关系可以求出光线在MN面上的入射角，由插针法得出折射角，从而由折射率公式可以计算出折射率．
答案：（1）B （2）A
（3）激光在MP界面上发生了全反射 能
4．解析：（1）为了减小实验误差应测多次全振动的时间，再求出一次全振动的时间作为周期，根据公式计算重力加速度会增大实验误差，故A错误；为减小实验误差，提高测量精度，相同质量下应选择体积小的铁球做为摆球，故B正确；单摆在摆角小于5°时的振动才是简谐振动，因此单摆的摆角不能过大，故C错误；根据单摆的周期公式T＝2πeq \r(\f(l,g))可知，单摆的周期跟摆线与摆球半径之和有关，若使用弹性绳，在摆球下降或是上升的过程中，式中的l会不断发生变化，从而导致重力加速度测量不准确，故D错误．故选B.
（2）该游标卡尺的游标尺为10分度值，因此最小精度为0.1mm，则读数可得d＝1cm＋0.1×7mm＝1.07cm
（3）由题意可知在时间t内摆球全振动的次数为eq \f(n－1,2)，则可得小球做简谐振动的周期为T＝eq \f(t,\f(n－1,2))＝eq \f(2t,n－1)
由单摆的周期公式T＝2πeq \r(\f(l,g))其中l＝L＋eq \f(d,2)
可得g＝eq \f(4π2,T2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(L＋\f(d,2)))
（4）摆线上端未牢固地系于悬点，实验过程中出现松动，使摆线长度增加了，则实际所测摆线长度偏小，所测重力加速度将偏小，故A不符合题意；若计算重力加速度时用L＋d作为单摆的摆长，则摆长比实际偏大，因此计算得到的重力加速度值比实际偏大，故B符合题意；摆球的振幅偏小不影响重力加速度的测量，故C不符合题意；若把n当作单摆全振动的次数，则会导致测量周期偏小，从而导致所测重力加速度偏大，故D符合题意．
答案：（1）B （2）1.07 （3）eq \f(2t,n－1) eq \f(4π2,T2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(L＋\f(d,2)))
（4）BD
5．解析：（1）该装置研究的是温度不变时，压强与体积关系，故是验证玻意耳定律．（2）在验证压强与体积关系时，主要误差来源于压强变化的影响，故主要是针筒气密性带来的系统误差，为了减小误差，可以用润滑油涂活塞，防止气体进出．
答案：（1）玻意耳 （2）压强变化的影响 用润滑油涂活塞，防止气体进出
6．解析：（1）①摆线悬点应固定，摆线应选择质量小、不易伸长的细丝线，摆球应选择体积小、质量大的铁球．故选B.
②摆球直径为d＝11mm＋0.1mm×4＝11.4mm＝1.14cm
⑧根据数据绘出T2­L图线
由T＝2πeq \r(\f(L,g))得T2＝eq \f(4π2,g)L
图线斜率为k＝eq \f(4π2,g)＝eq \f(4.00,0.985)得g＝9.72m/s2
（2）测量摆长引起的误差和描绘图线引起的误差是由于不稳定随机因素造成，属于偶然误差，AB错误；摆线具有伸缩性和手机测量周期引起的误差是由于仪器不完善、测量方法不准确等因素造成，属于系统误差，CD正确．故选CD.
答案：（1）①B ②1.14 ⑧图见解析 9.72 （2）CD
次数
数据
1
2
3
4
5
6
L/cm
38.00
48.00
58.00
68.00
78.00
88.00
T/s
1.24
1.39
1.53
1.66
1.78
1.89
T2/s2
1.54
1.93
2.34
2.76
3.17
3.57