2025年高考二輪復習物理專題分層突破練18　光學與熱學實驗4

專題分層突破練18光學與熱學實驗1.(6分)(2023江蘇卷)在“探究氣體等溫變化的規(guī)律”的實驗中,實驗裝置如圖所示。利用注射器選取一段空氣柱為研究對象。下列改變空氣柱體積的操作正確的是。

A.把柱塞快速地向下壓B.把柱塞緩慢地向上拉C.在橡膠套處接另一注射器,快速推動該注射器柱塞D.在橡膠套處接另一注射器,緩慢推動該注射器柱塞答案B解析把柱塞快速地向下壓,外界對氣體做功,氣體和外界沒有熱量交換,氣體的內能增加,溫度升高,不是等溫變化,選項A錯誤;把柱塞緩慢地向上拉,氣體溫度總和大氣溫度相同,發(fā)生等溫變化,選項B正確;在橡膠套處接另一注射器,推動注射器時,原注射器內氣體的質量變化,選項C、D錯誤。2.(10分)(2024湖北卷)某同學利用激光測量半圓柱體玻璃磚的折射率,具體步驟如下:①平鋪白紙,用鉛筆畫兩條互相垂直的直線AA'和BB',交點為O。將半圓柱體玻璃磚的平直邊緊貼AA',并使其圓心位于O點,畫出玻璃磚的半圓弧輪廓線,如圖甲所示。甲②將一細激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃磚,記錄折射光線與半圓弧的交點M。③拿走玻璃磚,標記CO光線與半圓弧的交點P。乙④分別過M、P作BB'的垂線MM'、PP',M'、P'是垂足,并用刻度尺分別測量MM'、PP'的長度x和y。⑤改變入射角,重復步驟②③④,得到多組x和y的數據。根據這些數據作出yx圖像,如圖乙所示。(1)關于該實驗,下列說法正確的是(單選,填標號)。

A.入射角越小,誤差越小B.激光的平行度好,比用插針法測量更有利于減小誤差C.選擇圓心O點作為入射點,是因為此處的折射現象最明顯(2)根據yx圖像,可得玻璃磚的折射率為(保留三位有效數字)。

(3)若描畫的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實際半徑,則折射率的測量結果(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

答案(1)B(2)1.58(3)不變解析本題考查測介質折射率的數據處理和誤差分析。(1)入射角適當即可,不能太小,入射角太小,導致折射角太小,測量的誤差會變大,故A錯誤;激光的平行度好,比用插針法測量更有利于減小誤差,故B正確;相同的材料在各點的折射效果都一樣,故C錯誤。(2)設玻璃磚的半徑為R,根據幾何關系可得入射角的正弦值為sini=y折射角的正弦值為sinr=xR,折射率n=sinisinr=yx,可知yx圖像的斜率大小等于折射率,即(3)根據(2)中數據處理可知,若描畫的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實際半徑,則折射率的測量結果不變。3.(12分)(2024廣東梅州模擬)如圖甲所示,在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中,將實驗儀器按要求安裝在光具座上,并選用縫間距d=0.20mm的雙縫屏。從儀器注明的規(guī)格可知,像屏與雙縫屏間的距離L=700mm。然后,接通電源使光源正常工作。甲乙丙(1)已知測量頭上主尺的最小刻度是毫米,游標尺為20分度,某同學調整手輪后,從測量頭的目鏡看去,使分劃板中心刻度線與某條紋A中心對齊,如圖乙所示,此時測量頭上主尺和游標尺的示數如圖丙所示,此示數為mm;接著再轉動手輪,使分劃板中心刻度線與某條紋B中心對齊,測得A、B條紋間的距離x=8.40mm。則經濾光片射向雙縫的色光的波長λ=(用題目中所給字母寫出表達式),利用上述測量結果,經計算可得波長λ=m(保留2位有效數字)。

(2)另一同學按實驗要求安裝好儀器后,觀察到光的干涉現象效果很好,若他對實驗裝置進行了調整后,在像屏上仍能觀察到清晰的條紋,且條紋數目有所增加,則該調整可能是。

A.僅增加光源與濾光片間的距離B.僅增加單縫與雙縫間的距離C.僅將單縫與雙縫的位置互換D.僅將紅色濾光片換成綠色濾光片答案(1)0.35dx5L4.8×107解析(1)圖丙中游標卡尺的最小分度值為0.05mm,主尺示數為0,游標尺的第7刻度線與主尺刻度線對齊,則示數為0+7×0.05mm=0.35mm;A、B條紋間的距離為5倍相鄰亮(暗)條紋間的距離,故Δx=x5;根據相鄰亮(暗)條紋間的間距公式有Δx=Ldλ,解得λ=dx5L,代入數據可得λ=4.8×10(2)該同學對實驗裝置調節(jié)后,在像屏上仍能觀察到清晰的條紋,且條紋數目有所增加,可知相鄰條紋間的寬度減小,由公式Δx=Ldλ可知,該調節(jié)可能是更換波長更短的光做實驗,即將紅色濾光片換成綠色濾光片,其他選項的調節(jié)都達不到該實驗效果,故D4.(10分)(2024浙湘豫三省高中名校聯考)“油膜法估測油酸分子的大小”的實驗。(1)下列說法正確的是。

A.測量一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積時,可以用注射器擠出一滴油酸滴入燒杯中,觀察注射器上的體積變化B.測量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面積時,如果不使用痱子粉,也可以在水中加入紅墨水后混合均勻,再滴入一滴油酸酒精溶液C.實際的油酸分子是球形的,因此通過計算得到的油酸分子直徑即是球的直徑D.計算油酸分子的大小時,認為水面油酸為單分子層且分子間緊密排布(2)若實驗中使用的油酸酒精溶液是久置的,則計算得到的油酸分子直徑將(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

(3)某次實驗中將1mL的純油酸配制成5000mL的油酸酒精溶液,用注射器測得1mL油酸酒精溶液為80滴,再滴入1滴這樣的油酸酒精溶液到準備好的淺盤中,描出的油膜輪廓如圖所示,每格邊長是0.5cm,根據以上信息,可估算出油酸分子的直徑約為m(計算結果保留1位有效數字)。

答案(1)D(2)偏小(3)7×1010解析(1)測量一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積時,至少要測量50滴到100滴油酸酒精溶液的體積,然后計算一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積,選項A錯誤;測量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面積時,使用痱子粉才能看出油膜的輪廓,在水中加入紅墨水后混合均勻不能看出油膜的輪廓,選項B錯誤;實驗時只是把油酸分子看作是球形的理想模型,實際的油酸分子不是球形的,因此通過計算得到的只是將油酸分子看作是球形時的油酸分子直徑,選項C錯誤;計算油酸分子的大小時,認為水面油酸為單分子層且分子間緊密排布,選項D正確。(2)若實驗中使用的油酸酒精溶液是久置的,在溶液中的油酸濃度會偏大,實際計算時仍按原來的濃度計算,則計算得到的油酸分子直徑將偏小。(3)一滴油酸酒精溶液中含純油酸的體積為V=15000×180mL=2.5×106mL,油膜的面積為S=140×0.5×0.5cm2=35cm2,分子直徑d=VS=5.(12分)(2024湖北黃岡模擬)做“用雙縫干涉測光的波長”實驗中,使用的雙縫間距d=0.20mm,雙縫到光屏的距離L=600mm,觀察到的干涉條紋如圖甲所示。甲(1)在測量頭上的是一個螺旋測微器(又叫“千分尺”),分劃板上的刻度線處于x1、x2位置時,對應的示數如圖乙所示,則相鄰亮條紋的間距Δx=mm(結果保留2位小數)。

乙(2)計算單色光的波長的公式λ=(用L、d、x1、x2表示)。

(3)代入數據計算單色光的波長λ=m(結果保留2位有效數字)。

(4)圖丙為實驗裝置示意圖,S為單縫,S1、S2為雙縫,屏上O點處為一亮條紋。若實驗時單縫偏離光軸,向右微微移動,則可以觀察到O點處的干涉條紋。

丙A.向左移動 B.向右移動C.間距變大 D.間距變小答案(1)1.42(2)d(3)4.7×107(4)A解析(1)螺旋測微器讀數為x1=2mm+19.0×0.01mm=2.190mm,x2=7.5mm+36.5×0.01mm=7.865mm,則相鄰亮條紋的間距Δx=x2-x14=1(2)根據干涉條紋公式Δx=Ldλ可得λ=dLΔx=(3)代入數據可得λ=0.20×10-3×1.(4)根據Δx=Ldλ可知,實驗時單縫偏離光軸,向右微微移動,因雙縫間距、雙縫到光屏的距離、波長都不變,所以條紋間距不變,由于主光軸變得傾斜,可以觀察到O點處的干涉條紋向左移動,故A6.(10分)(2024山東菏澤二模)實驗室有一塊一側有反光涂層的矩形玻璃磚,它的長寬比為2∶1,某同學用激光筆測量該玻璃磚的折射率。由于缺少標準測量工具,該同學將紙張裁成和玻璃磚一樣大,通過對折產生折痕對紙張進行等分,將紙張變?yōu)闇y量工具。(1)用紙張折痕確定法線,調整激光筆的位置如圖所示,AO為入射光線,光線通過玻璃磚從B點射出,可知玻璃磚的折射率為n=(可用分數、小數及根號表示)。

(2)激光在這種玻璃磚中發(fā)生全反射臨界角的正弦值sinC=。

(3)在本實驗中,下列方法最能有效減小實驗誤差的是(單選,填選項序號)。

A.僅適當增大光線的入射角B.僅適當減小光線的入