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专题分层突破练18
光学与热学实验
A 组基础巩固练
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- 1
p
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 。
2
(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=V
S
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
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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。
4
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- 1
V
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)。
5
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。
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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1
p
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=C
p
+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)l AC
lBD
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sin i=l AC
l AO
,折射角正弦值sin r=lBD
lBO
,且lAO=lBO,根据折射定律n=
sini
sin r = l AC
lBD
。
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=1mL
50 ×
1 mL
1 000 mL
=2×10-5 mL,已知每一小方格的边
长为1 cm,则每一格面积为1 cm2,由图可估算油酸薄膜面积为S=60×1 cm2=60 cm2,所以油酸分子
的直径大小d=V
S = 2×10
-5 mL
60 c m
2
=3×10-9 m。
(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,1 mL 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。
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4.答案 (1) 0.999 a (2)①A ②D
2h
λ 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0.5 mm+49.9×0.01 mm=0.999 mm;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= l
d
λ= D
2h
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= D
2h
λ,则λ=2h Δ x
D
,由题意可知Δx=22.78×10
-3
12-3
m=2.531×10-3 m,代入解
得λ=6.33×10-7 m;
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pV
T
=C 可得p=CT· 1
V
,可知p 与1
V
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1
V
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= L
d
λ 可知,应使用间距更大的双缝,D 错误。
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(2)该游标卡尺的精度为0.1 mm,则在①位置时游标卡尺读数为x1=10 mm+9×0.1 mm=10.9 mm;
相邻条纹间距Δx=15.6-10.9
6
mm=0.78 mm,由Δx= L
d
λ 可得,所测单色光的波长为λ=
d · Δ x
L
= 4×10
- 4×7.8×10
- 4
0.5
m=6.24×10-7 m=624 nm。
(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=d · Δ x
L
可知,λ 的测量值也将大于实际值。
