2025選考專題高考物理（川陜青寧蒙新晉豫）第三部分第16講熱學和光學實驗【網絡構建】【關鍵能力】關注這些實驗中有關儀器的選擇、實驗的操作注意事項、有關實驗現象特征的記錄及分析,會進行簡單計算,新高考下,注意原選考模塊實驗也成為必考實驗的內容.尤其是要關注新教材新增實驗.題型1用油膜法估測油酸分子的大小1.裝置和器材2.數據處理(1)將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上,算出油酸薄膜的面積S.方法是計算輪廓范圍內正方形的個數,不足半個的舍去,多于半個的算一個,用正方形的個數乘單個正方形的面積就是油膜的面積.(2)根據油酸酒精溶液的濃度,算出一滴溶液中純油酸的體積V,利用一滴溶液中純油酸的體積V和薄膜的面積S,算出油酸薄膜的厚度d=VS,即為油酸分子的直徑.看分子直徑數量級(單位為m)是否為10-10,若不是10-10則需重做實驗3.誤差分析(1)純油酸體積的計算引起誤差.(2)油膜面積的計算造成誤差:①油膜形狀的邊界畫線造成誤差;②數格子的個數造成誤差.例1[2024·河北邯鄲模擬]某實驗小組完成“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗.(1)實驗中要讓油酸在水面盡可能散開,形成單分子油膜,并將油膜分子看成球形且緊密排列.本實驗體現的物理思想方法為(填選項前的字母).

A.控制變量法B.理想化模型法C.等效替代法(2)實驗中使用到油酸酒精溶液,其中酒精的作用是(填選項前的字母).

A.可使油酸和爽身粉之間形成清晰的邊界輪廓B.有助于油酸的顏色更透明便于識別C.有助于測量一滴油酸的體積D.對油酸溶液起到稀釋作用(3)該小組進行下列實驗操作,請將它們按操作先后順序排列:(填選項前的字母).

A.B.C. D.E.(4)已知實驗室中使用的油酸酒精溶液每104mL溶液中含有2mL油酸,又用滴管測得每50滴這種油酸酒精溶液的總體積為1mL,將一滴這種溶液滴在淺盤中的水面上,在玻璃板上描出油膜的邊界線,再把玻璃板放在畫有邊長為1cm的正方形小格的紙上(如圖).該油酸分子的直徑大小d=m(結果保留2位有效數字).

(5)某同學在該實驗中,計算結果明顯偏小,可能是由于(填選項前的字母).

A.油酸酒精溶液配制的時間較長,酒精揮發較多B.計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格C.求每滴體積時,1mL的溶液的滴數少記了10滴D.油酸未完全散開題型2探究等溫情況下一定質量氣體壓強與體積的關系1.裝置器材用注射器探究用傳感器探究2.數據處理及結論(1)空氣柱的體積V等于空氣柱長度L與柱塞的橫截面積S的乘積.(2)以壓強p為縱坐標,以體積的倒數1V為橫坐標,作出p-1V(3)在誤差允許的范圍內,一定質量的氣體在溫度不變的條件下,壓強跟體積的倒數成正比,即壓強與體積成反比.例2[2024·福建福安模擬]某同學用注射器和壓強傳感器探究一定質量的氣體發生等溫變化時遵循的規律,實驗裝置如圖甲所示.用活塞和注射器外筒封閉一定的氣體,其壓強可由左側的壓強傳感器測得.(1)在注射器活塞上涂上潤滑油,其主要目的是;

(2)該同學在一次實驗中,計算機屏幕顯示如圖乙所示,其縱坐標表示封閉氣體的體積,則橫坐標表示的物理量是封閉氣體的;

A.熱力學溫度TB.攝氏溫度tC.壓強p D.壓強的倒數1(3)若該實驗的誤差僅由注射器與傳感器之間細管中的氣體體積V0導致的,由圖乙可得V0大小為mL(結果保留1位有效數字).

題型3測量玻璃的折射率1.插針法示意圖2.數據處理(1)計算法:用量角器測量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2,算出不同入射角時的sinθ(2)圖像法改變不同的入射角θ1,測出不同的折射角θ2,作sinθ1-sinθ2圖像,由n=sinθ(3)單位圓法以入射點O為圓心,以一定長度R為半徑畫圓,交入射光線OA于E點,交折射光線OO'于E'點,過E作NN'的垂線EH,過E'作NN'的垂線E'H'.如圖所示,sinθ1=EHOE,sinθ2=E'H'OE',OE=OE'=R,則n=sinθ13.誤差分析(1)確定入射光線、出射光線時造成誤差,故入射側、出射側所插兩枚大頭針間距應大一些.(2)入射角和折射角的測量造成誤差,故入射角應適當大些,以減小測量的相對誤差.例3[2024·安徽卷]某實驗小組做“測量玻璃的折射率”及拓展探究實驗.(1)為測量玻璃的折射率,按如圖所示進行實驗,以下表述正確的一項是(填正確答案標號).

A.用筆在白紙上沿著玻璃磚上邊和下邊分別畫出直線a和a'B.在玻璃磚一側插上大頭針P1、P2,眼睛在另一側透過玻璃磚看兩個大頭針,使P2把P1擋住,這樣就可以確定入射光線和入射點O1.在眼睛這一側,插上大頭針P3,使它把P1、P2都擋住,再插上大頭針P4,使它把P1、P2、P3都擋住,這樣就可以確定出射光線和出射點O2C.實驗時入射角θ1應盡量小一些,以減小實驗誤差(2)為探究介質折射率與光的頻率的關系,分別用一束紅光和一束綠光從同一點入射到空氣與玻璃的分界面.保持相同的入射角,根據實驗結果作出光路圖,并標記紅光和綠光,如圖乙所示.此實驗初步表明:對于同一種介質,折射率與光的頻率有關,頻率越大,折射率越(選填“大”或“小”).

(3)為探究折射率與介質材料的關系,用同一束微光分別入射玻璃磚和某透明介質,如圖丙、丁所示.保持相同的入射角α1,測得折射角分別為α2、α3(α2<α3),則玻璃和該介質的折射率大小關系為n玻璃(選填“>”或“<”)n介質.此實驗初步表明:對于一定頻率的光,折射率與介質材料有關.

題型4用雙縫干涉測量光的波長1.裝置及器材2.數據處理(1)條紋間距Δx=a2(2)波長λ=dlΔ(3)計算多組數據,求λ的平均值.3.誤差分析(1)雙縫到屏的距離l的測量存在誤差.(2)測條紋間距Δx帶來的誤差.①干涉條紋沒有調整到最清晰的程度.②分劃板刻線與干涉條紋不平行,中心刻線沒有恰好位于條紋中心.③測量多條亮條紋間的距離時讀數不準確,此間距中的條紋數未數清.例4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,如圖甲所示.(1)關于該實驗,下列說法正確的是;

A.單縫及雙縫必須平行放置B.干涉條紋與雙縫垂直C.干涉條紋疏密程度與單、雙縫間的距離有關D.若用綠色濾光片替換紅色濾光片,干涉條紋間距會變小(2)某同學在做該實驗時,第一次分劃板中心刻線對齊A條紋中心時(圖乙),游標卡尺的示數如圖丙所示;第二次分劃板中心刻線對齊B條紋中心時(圖丁),游標卡尺的示數如圖戊所示.已知雙縫間距為0.50mm,雙縫到屏的距離為1.00m,則圖丙游標卡尺的示數為mm,兩個相鄰明紋(或暗紋)間的距離為mm.實驗時測量多條干涉條紋寬度的目的是.所測單色光波長為m.

例5[2024·廣東中山模擬]在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中,將雙縫干涉實驗儀器按要求安裝在光具座上,如圖甲所示.已知雙縫間的距離為d,屏距雙縫的距離為L,用測量頭測量條紋間距.(1)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊,將該亮紋定為第1條亮紋,此時手輪上的示數如圖乙(a)所示;然后同方向轉動測量頭,使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊,此時如圖乙(b)所示的手輪上的示數為mm,求得相鄰亮紋的間距Δy為mm.

(2)波長的表達式為λ=(用Δx、L、d表示).

(3)若改用頻率較高的單色光照射,得到的干涉條紋間距將(選填“變大”“不變”或“變小”).

(4)圖丙為上述實驗裝置部分示意圖.S為單縫,S1、S2為雙縫,屏上O點處為一條亮條紋.若實驗時單縫偏離光軸,向下微微移動,則可以觀察到O點處的干涉條紋.

A.向上移動B.向下移動C.間距變大D.間距變小第16講熱學和光學實驗題型1例1(1)B(2)D(3)CAEDB(4)6.6×10-10(5)A[解析](1)實驗中要讓油酸在水面盡可能散開,形成單分子油膜,并將油膜分子看成球形且緊密排列.本實驗體現的物理思想方法為理想化模型法,故選B.(2)實驗中使用到油酸酒精溶液,其中酒精的作用是對油酸溶液起到稀釋作用,故選D.(3)“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗步驟為:用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,記下量筒內每增加一定體積時的滴數,由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積;往淺盤里倒入約2cm深的水,水面穩定后將適量爽身粉均勻撒在水面上,用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待薄膜形狀穩定,將帶有坐標方格的玻璃板放在淺盤上,然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上,計算出油膜的面積,根據油酸的體積和面積計算出油酸分子直徑的大小.則實驗操作順序為CAEDB.(4)一滴酒精油酸溶液純油酸的體積為V=2104×150mL=4×10-6mL,正方形小格的面積為1cm2,根據超過半格算一格,不足半格舍掉,由圖可知,大約有61個小格,則油酸的面積為61cm2,則油酸分子的直徑為d=VS=4×10-661cm(5)某同學在該實驗中,計算結果明顯偏小,根據d=VS,油酸酒精溶液配制的時間較長,酒精揮發較多,導致油酸濃度增大,則代入計算的濃度偏小,一滴油酸酒精溶液純油酸體積測量值偏小,則直徑的測量值偏小,故A正確;計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格,則油酸面積測量值偏小,直徑的測量值偏大,故B錯誤;求每滴體積時,1mL的溶液的滴數少記了10滴,則一滴油酸酒精溶液純油酸體積測量值偏大,直徑的測量值偏大,故C錯誤;油酸未完全散開,則油酸面積測量值偏小,直徑的測量值偏大,故D錯誤題型2例2(1)防止漏氣(2)D(3)1[解析](1)在注射器活塞上涂上潤滑油,其主要目的是防止漏氣,使被封閉氣體的質量不發生變化.(2)理想氣體發生等溫變化時遵循玻意耳定律pV=C,故V=C1p,則V-1p圖像是一條直線.故選(3)圖乙所示的V-1p圖線不過原點,是由于計算體積時沒考慮注射器與傳感器之間細管中的氣體體積,縱截距大小即為V0,由圖像可知V0=1mL題型3例3(1)B(2)大(3)>[解析](1)在白紙上畫出一條直線a作為界面,把長方體玻璃磚放在白紙上,使它的一個長邊與a對齊,用直尺或者三角板輕靠在玻璃磚的另一長邊,按住直尺或三角板不動,將玻璃磚取下,畫出直線a'代表玻璃磚的另一邊,而不能用筆在白紙上沿著玻璃磚上邊和下邊分別畫出直線a和a',故A錯誤;在玻璃磚一側插上大頭針P1、P2,眼睛在另一側透過玻璃磚看兩個大頭針,使P2把P1擋住,這樣就可以確定入射光線和入射點O1.在眼睛這一側,插上大頭針P3,使它把P1、P2都擋住,再插上大頭針P4,使它把P1、P2、P3都擋住,這樣就可以確定出射光線和出射點O2,故B正確;實驗時入射角θ1應盡量大一些,但也不能太大(接近90°),以減小實驗誤差,故C錯誤.(2)由圖乙可知,入射角相同,綠光的折射角小于紅光的折射角,根據光的折射定律n=sinαsinβ,可知玻璃磚對綠光的折射率大于對紅光的折射率,又因為綠光的頻率大于紅光的頻率,所以頻率越大(3)根據折射定律可知,玻璃的折射率為n玻璃=sinα1sinα2,該介質的折射率為n介質=sinα1sinα3,題型4例4(1)AD(2)11.51.3減小測量的誤差6.5×10-7[解析](1)為使屏上的干涉條紋清晰,單縫和雙縫必須平行放置,所得到的干涉條紋與雙縫平行,故B錯誤,A正確;由Δx=λld可知,干涉條紋疏密程度與雙縫間距離、雙縫到屏的距離和光的波長有關,綠光的波長小于紅光的波長,則若用綠色濾光片替換紅色濾光片,干涉條紋間距會變小,故C錯誤,D正確(2)由圖丙可知,游標尺為10分度,且第5個小格對齊,則游標卡尺的讀數為x1=11mm+5×0.1mm=11.5mm;由圖戊可知,游標卡尺為10分度,且第7個小格對齊,則游標卡尺的讀數為x2=16mm+7×0.1mm=16.7mm;由圖乙和圖丁可知,A、B兩條條紋間有4個間距,則兩個相鄰明紋(或暗紋)間的距離為Δx=x2-x14=1.3mm.實驗時測量多條干涉條紋寬度的目的是減小測量的誤差.根據公式Δx=λld代入數據解得所測單色光波長為λ=dΔxl=例5(1)13.8702.310(2)dΔxL(3)[解析](1)如圖乙(a)所示的手輪上的示數為2mm+0.320mm=2.320mm,如圖乙(b)所示的手輪上的示數為13.5mm+0.370mm=13.870mm;相鄰亮紋的間距為Δy=13.870-2.3205(2)根據雙縫干涉條紋間距公式Δy=Ldλ得λ=d(3)改用頻率較高的單色光照射,光的波長變短,根據Δy=Ldλ知,得到的干涉條紋間距變小(4)實驗時單縫偏離光軸,向下微微移動,通過雙縫S1、S2的光仍是相干光,仍可產生干涉條紋,對于中央亮紋來說,從單縫S經過S1、S2到中央亮紋的路程差仍等于0,則中央亮紋O的位置略向上移動,故A正確,B錯誤;由于λ、d、L均不變,則雙縫干涉條紋間距Δy不變,故C、D錯誤.乙位移區間ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30v(cm/s)66.073.0v87.394.6(1)已知打出圖乙中相鄰兩個計數點的時間間隔均為0.1s.以打出A點時小車位置為初始位置,將打出B、C、D、E、F各點時小車的位移Δx填到表中,得到對應時間段的小車的平均速度v,表中vAD=cm/s(2)根據表中數據得到小車平均速度v隨時間t的變化關系,如圖丙所示.從實驗結果可知,小車運動的v-Δt圖線可視為一條直線,此直線用方程v=kΔt+b表示,其中k=cm/s2,b=cm/s.(結果均保留3位有效數字)

(3)根據(2)中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運動,得到打出A點時小車速度大小vA=,小車的加速度大小a=.(結果用字母k、b表示)

2.[2024·山東青島模擬]某實驗小組同時測量A、B兩個箱子質量的裝置圖如圖甲所示,其中D為鐵架臺,E為固定在鐵架臺上的輕質滑輪(質量和摩擦可忽略不計),F為光電門,C為固定在A上、寬度為d的細遮光條(質量不計),另外,該實驗小組還準備了一套總質量m0=0.5kg的砝碼和刻度尺.(1)在鐵架臺上標記一位置O,并測得該位置與光電門F之間的距離為h.取出質量為m的砝碼放在A箱子中,剩余砝碼全部放在B箱子中,讓A從位置O由靜止開始下降,則A從O下落到F處的過程中,A箱與A箱中砝碼的整體機械能是(選填“增加”“減少”或“守恒”)的.

(2)用游標卡尺測量遮光條的寬度d,如圖乙所示,其讀數為mm,測得遮光條通過光電門的時間為Δt,下落過程中A的加速度大小a=(用d、Δt、h表示).

(3)改變m,測得相應遮光條通過光電門的時間,算出加速度a,得到多組m與a的數據,作出a-m圖像如圖丙所示,可得A的質量mA=kg.(重力加速度大小g取10m/s2,計算結果保留三位有效數字)

3.[2024·湖北卷]某同學設計了一個測量重力加速度大小g的實驗方案,所用器材有:2g砝碼若干、托盤1個、輕質彈簧1根、米尺1把、光電門1個、數字計時器1臺等.具體步驟如下:①將彈簧豎直懸掛在固定支架上,彈簧下面掛上裝有遮光片的托盤,在托盤內放入一個砝碼,如圖甲所示.②用米尺測量平衡時彈簧的長度l,并安裝光電門.③將彈簧在彈性限度內拉伸一定長度后釋放,使其在豎直方向振動.④用數字計時器記錄30次全振動所用時間t.⑤逐次增加托盤內砝碼的數量,重復②③④的操作.該同學將振動系統理想化為彈簧振子.已知彈簧振子的振動周期T=2πMk,其中k為彈簧的勁度系數,M為振子的質量(1)由步驟④,可知振動周期T=.

(2)設彈簧的原長為l0,則l與g、l0、T的關系式為l=.

(3)由實驗數據作出的l-T2圖線如圖乙所示,可得g=m/s2(保留三位有效數字,π2取9.87).

(4)本實驗的誤差來源包括.

A.空氣阻力B.彈簧質量不為零C.光電門的位置稍微偏離托盤的平衡位置4.[2024·山東卷]在第四次“天宮課堂”中,航天員演示了動量守恒實驗.受此啟發,某同學使用如圖甲所示的裝置進行了碰撞實驗,氣墊導軌兩端分別安裝a、b兩個位移傳感器,a測量滑塊A與它的距離xA,b測量滑塊B與它的距離xB.部分實驗步驟如下:①測量兩個滑塊的質量,分別為200.0g和400.0g;②接通氣源,調整氣墊導軌水平;③撥動兩滑塊,使A、B均向右運動;④導出傳感器記錄的數據,繪制xA、xB隨時間變化的圖像,分別如圖乙、圖丙所示.回答以下問題:(1)從圖像可知兩滑塊在t=s時發生碰撞.

(2)滑塊B碰撞前的速度大小v=m/s(保留2位有效數字).

(3)通過分析,得出質量為200.0g的滑塊是(選填“A”或“B”).

5.某同學用圖甲所示的裝置測量滑塊和水平臺面間的動摩擦因數.水平轉臺用齒輪傳動,繞豎直的軸勻速轉動,不可伸長的細線一端連接小滑塊,另一端連到固定在轉軸上的力傳感器上,計算機通過傳感器能顯示細線拉力F的情況,實驗步驟如下:①數出主動齒輪和從動齒輪的齒數分別為n1和n2;②用天平稱量小滑塊的質量m;③將滑塊放置在轉臺上,使細線剛好伸直;④控制主動齒輪以某一角速度ω主勻速轉動,記錄力傳感器的示數F,改變主動齒輪的角速度,并保證主動齒輪每次都做勻速轉動,記錄對應的力傳感器示數,滑塊與水平臺面始終保持相對靜止.回答下面的問題:(1)滑塊隨平臺一起勻速轉動的角速度大小可由ω=計算得出.(用題中給定的符號表示)

(2)處理數據時,該同學以力傳感器的示數F為縱軸,對應的主動齒輪角速度大小的平方ω主2為橫軸,建立直角坐標系,描點后擬合為一條直線,如圖乙所示(圖中a、b為已知量),設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,重力加速度為g,則滑塊和臺面間的動摩擦因數μ=(3)該同學僅換用相同材料的質量更大的滑塊再次做了該實驗,作出F-ω主2圖像,與圖乙中直線斜率比較,發現其斜率第15講電學實驗時間|40min1.[2024·福建廈門模擬]某同學正在探究影響感應電流方向的因素,已知當電流從靈敏電流計的正接線柱流入時,靈敏電流計的指針向右偏轉.第14講力學實驗1.(1)80.0(2)70.059.0(3)b2k[解析](1)由題圖乙中紙帶的相關數據可知ΔxAD=6.60cm+8.00cm+9.40cm=24.00cm,由平均速度的定義可知vAD=ΔxAD3t=(2)由題圖丙可知斜率k=101.0-59.00.6cm/s2=70(3)小車做勻變速直線運動,有x=v0t+12at2,變形可得xt=v=v0+12at,故小車在t=0時,即打出A點時小車的速度大小vA=b,小車的加速度大小a滿足12a=k2.(1)減少(2)11.3d(3)2.50[解析](1)A與B是由繩子相連的連接體,當A下降時B上升,它們具有相同的速率,可知當A從O下落至F處的過程中,B的重力勢能增加,動能增加,而機械能為動能與勢能之和,則可知B的機械能增加,整個系統的機械能守恒,故A的機械能減少.(2)游標卡尺的分度值為0.1mm,則遮光條的寬度d的讀數為d=1.1cm+3×0.1mm=11.3mm,遮光條通過光電門的速度為v=dΔt,由運動學公式v2=2ah,可知下落過程中A的加速度大小為a=(3)對A、B及砝碼組成的系統由牛頓第二定律有[(mA+m)-(mB+m0-m)]g=(mA+mB+m0)a,整理可得a=2gmA+mB+m0m+(mA-mB-m0)gmA+mB3.(1)t30(2)l0+gT24π2(3)9.59(9.56[解析](1)30次全振動所用時間為t,則振動周期T=t30(