專題七第18講熱學(xué)和光學(xué)實驗

第18講熱學(xué)和光學(xué)實驗?zāi)繕艘?.掌握四個基本實驗：(1)用油膜法估測油酸分子的大??；(2)探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關(guān)系；(3)測量玻璃的折射率；(4)用雙縫干涉實驗測光的波長。2.熟練應(yīng)用油膜法、控制變量法、單位圓法、圖像法。考點一用油膜法估測油酸分子的大小1．原理：認為油酸薄膜是由單層的油酸分子緊密排列組成，油膜的厚度就是油酸分子的直徑d＝eq\f(V,S)，如圖。2．對“V”的測量(1)配制一定濃度的油酸酒精溶液，設(shè)其濃度為n；(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，讀出它的體積為V0；(3)再把它一滴滴地滴入燒杯中，記下液滴的總滴數(shù)N；(4)則一滴油酸酒精溶液中，純油酸的體積V＝eq\f(V0,N)n。3．對“S”的測量(1)數(shù)出輪廓范圍內(nèi)正方形的個數(shù)n0，不足半個的舍去，多于半個的算一個；(2)用正方形的個數(shù)乘單個正方形的面積S0計算出油膜的面積S(即n0S0)。例1(2022·江蘇鹽城市東臺創(chuàng)新高級中學(xué)檢測)在做“用油膜法估測油酸分子大小”的實驗中，所用油酸酒精溶液的濃度為每104mL溶液中有純油酸6mL，用注射器測得1mL上述溶液有75滴，把1滴該溶液滴入盛水且表面撒有爽身粉的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用筆在玻璃板上描出油酸的輪廓，再把玻璃板放在坐標紙上，其形狀和尺寸如圖所示，坐標中正方形方格的邊長為2cm。(1)下列有關(guān)該實驗的說法正確的是________。A．本實驗也可直接將純油酸滴在水面上測量B．本實驗將油膜看成單分子油膜C．本實驗忽略了分子的間隙D．測量油膜面積時，由于不足一格的正方形面積無法估讀，全部舍去(2)該實驗中每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積為______m3；油膜的面積是______cm2；按以上實驗數(shù)據(jù)估測出油酸分子的直徑為________m。(最后1空保留2位有效數(shù)字)考點二探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關(guān)系1.實驗法：控制變量法實驗裝置如圖2．為保證等溫變化，實驗過程中不要用手握住注射器有氣體的部位。同時，改變體積過程應(yīng)緩慢，以免影響密閉氣體的溫度。為保證氣體密閉，應(yīng)在活塞與注射器內(nèi)壁間涂上潤滑油，注射器內(nèi)外氣體的壓強差不宜過大。3．在等溫過程中，氣體的壓強與體積的關(guān)系在p－V圖像中呈現(xiàn)為雙曲線(其中一支)，如圖甲。處理實驗數(shù)據(jù)時，要通過變換，即畫p－eq\f(1,V)圖像，把雙曲線(其中一支)變?yōu)橹本€，說明p和V成反比，如圖乙。這是科學(xué)研究中常用的數(shù)據(jù)處理的方法，因為一次函數(shù)反映的物理規(guī)律比較直觀，容易得出相關(guān)的對實驗研究有用的參數(shù)。例2(2023·江蘇省南京師大附中一模)用圖示裝置探究氣體做等溫變化的規(guī)律，將一定質(zhì)量的空氣封閉在導(dǎo)熱性能良好的注射器內(nèi)，注射器與壓強傳感器相連。實驗中()A．活塞涂潤滑油可減小摩擦，便于氣體壓強的測量B．注射器內(nèi)裝入少量空氣進行實驗，可以減小實驗誤差C．0℃和20℃環(huán)境下完成實驗，對實驗結(jié)論沒有影響D．外界大氣壓強發(fā)生變化，會影響實驗結(jié)論例3(2023·山東卷·13)利用圖甲所示實驗裝置可探究等溫條件下氣體壓強與體積的關(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傳感器相連?；钊隙斯潭ㄒ煌斜P，托盤中放入砝碼，待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄氣體壓強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。回答以下問題：(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eq\f(1,V)成正比(2)若氣體被壓縮到V＝10.0mL，由圖乙可讀出封閉氣體壓強為________Pa(保留3位有效數(shù)字)。(3)某組同學(xué)進行實驗時，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________(填“增大”或“減小”)。考點三測量玻璃的折射率1．一個重要實驗步驟在玻璃磚的另一側(cè)插上P3，使P3擋住P1、P2的像，再插上P4，使P4擋住P3和P1、P2的像。2．三個數(shù)據(jù)處理的方法(1)計算法：由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，算出不同入射角時的n值，并取平均值。(2)圖像法：作sinθ1－sinθ2圖像，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知其斜率為折射率。(3)單位圓法：以入射點O為圓心，作半徑為R的圓，如圖所示，則sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，所以用刻度尺量出EH、E′H′的長度就可以求出n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(EH,E′H′)。3．兩個減小誤差的實驗要求(1)實驗時，應(yīng)盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間、P3和P4之間、P2和O、P3與O′之間距離要稍大一些。(2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)，當θ1太大時，反射光較強，出射光較弱，當θ1太小時，入射角、折射角測量的相對誤差較大。例4(2023·江蘇南京市二模)如圖所示，某同學(xué)用“插針法”測量平行玻璃磚的折射率，他先在紙上緊貼玻璃磚畫出參考線aa′、bb′，釘上大頭針P1、P2，然后繼續(xù)實驗，并畫出光路圖，則下列說法正確的是()A．入射角i盡量小一些，可以減小誤差B．P1、P2及P3、P4之間的距離取得小一些，可以減小誤差C．若該同學(xué)在釘大頭針P3時不小心使玻璃磚平移到了虛線框位置，則最終測得的折射率偏大D．若該同學(xué)把bb′誤畫在了cc′(cc′∥bb′)，其他操作均正確，則測得的折射率偏小例5(2023·廣東卷·11)某同學(xué)用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率，實驗過程如下：(1)將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上，用大頭針在白紙上標記玻璃磚的邊界(2)①激光筆發(fā)出的激光從玻璃磚上的M點水平入射，到達ef面上的O點后反射到N點射出。用大頭針在白紙上標記O點、M點和激光筆出光孔Q的位置；②移走玻璃磚，在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路，作QM連線的延長線與ef面的邊界交于P點，如圖(a)所示；③用刻度尺測量PM和OM的長度d1和d2。PM的示數(shù)如圖(b)所示，d1為________cm。測得d2為3.40cm；(3)利用所測量的物理量，寫出玻璃磚折射率的表達式n＝________；由測得的數(shù)據(jù)可得折射率n為________(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。(4)相對誤差的計算式為δ＝eq\f(測量值－真實值,真實值)×100%。為了減小d1、d2測量的相對誤差，實驗中激光在M點入射時應(yīng)盡量使入射角________。考點四用雙縫干涉實驗測光的波長1．實驗裝置圖及實驗器材(如圖)雙縫干涉儀、光具座、光源、學(xué)生電源、導(dǎo)線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、刻度尺。2．原理：Δx＝eq\f(l,d)λ，因此，只要測出Δx、d、l即可測出波長λ。3．Δx的測量：調(diào)節(jié)測量頭，使分劃板中心刻線對齊第1條亮條紋的中心，記下手輪上的讀數(shù)a1；轉(zhuǎn)動手輪，當分劃板中心刻線與第n條相鄰的亮條紋中心對齊時，記下手輪上的讀數(shù)a2；則相鄰兩條亮條紋間的距離Δx＝eq\f(|a1－a2|,n－1)。例6(2022·江蘇省鎮(zhèn)江中學(xué)期末)在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中，請按照題目要求回答下列問題：(1)圖中甲、乙兩圖都是光的條紋形狀示意圖，其中干涉圖樣是________(填“甲”或“乙”)。(2)將下表中的光學(xué)元件放在圖丙所示的光具座上組裝成用雙縫干涉測量光的波長的實驗裝置，并用此裝置測量紅光的波長。元件代號ABCDE元件名稱光屏雙縫白光光源單縫透紅光的濾光片將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，從左至右，表示各光學(xué)元件的排列順序應(yīng)為____________。(填寫元件代號)(3)已知該裝置中雙縫間距d＝0.50mm，雙縫到光屏的距離l＝0.50m，在光屏上得到的干涉圖樣如圖(a)所示，分劃板中心刻線在圖中A位置時游標卡尺如圖(b)所示，則其示數(shù)為________mm；在B位置時游標卡尺如圖(c)所示。由以上所測數(shù)據(jù)可以得出形成此干涉圖樣的單色光的波長為________m(保留兩位有效數(shù)字)。1．(2023·江蘇無錫市期末)如圖所示，在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，下列說法正確的是()A．濾光片應(yīng)置于單縫和雙縫之間B．撥桿的作用是調(diào)節(jié)單縫的寬度C．實驗中將6個條紋間距誤數(shù)成7個，則波長測量值將偏小D．若通過目鏡發(fā)現(xiàn)里面的亮條紋與分劃板豎線未對齊，可通過旋轉(zhuǎn)雙縫進行調(diào)整2．某同學(xué)通過如圖甲所示的實驗裝置，利用玻意耳定律來測定一顆形狀不規(guī)則的冰糖的體積。(1)將冰糖裝進注射器，通過推、拉活塞改變封閉氣體的體積和壓強。若實驗過程中不慎將活塞拔出針筒，則________(填“需要”或“不需要”)重做實驗。(2)實驗中通過活塞