高考物理高频考点解密专题20选修实验教学案Word格式.docx
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,即为油酸分子直径的大小
(2)注意事项
①实验前,必须把所有的实验用具擦洗干净,实验时吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用,不能混用,否则会增大误差,影响实验结果。
②待测油酸面扩散后又收缩,要在稳定后再画轮廓,扩散后又收缩有两个原因:
一是水面受油酸液滴的冲击凹陷后又恢复;
二是酒精挥发后液面收缩。
③本实验只要求估算分子大小,实验结果的数量级符合要求即可。
④痱子粉不宜撒得过厚,油酸酒精溶液的浓度以小于
为宜。
⑤向水面滴油酸酒精溶液时,应靠近水面,不能离水面太高,否则油膜难以形成。
5.数据处理
计算方法:
(1)一滴油酸溶液的平均体积
(2)一滴油酸溶液中含纯油酸的体积
V=
×
油酸溶液的体积比。
(体积比=)
(3)油膜的面积S=n×
1cm2。
(n为有效格数,小方格的边长为1cm)
(4)分子直径d=
(代入数据时注意单位的统一)
6.几点说明
(1)酒精油酸溶液配制后长时间放置,溶液的浓度容易改变,会给实验带来较大误差。
(2)利用小格子数计算轮廓面积时,轮廓的不规则性容易带来计算误差。
为减小误差,不足半个格子的舍去,多于半个格子的算一个。
方格边长的单位越小,计算出的面积越精确。
(3)测量量筒内溶液增加1mL的滴数时,体积观测不准确会带来很大误差,注意正确的读取体积的方法,应选用内径小的量筒。
(4)油膜形状的画线不准会带来误差。
在用油膜法估测分子的大小的实验中,具体操作如下:
①取油酸1.0mL注入250mL的容量瓶内,然后向瓶中加入酒精,直到液面达到250mL的刻度为止,摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解,形成油酸酒精溶液;
②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒,记录滴入的滴数直到量筒达到1.0mL为止,恰好共滴了100滴;
③在边长约40cm的浅水盘内注入约2cm深的水,将细石膏粉均匀地撒在水面上,再用滴管吸取油酸酒精溶液,轻轻地向水面滴一滴溶液,酒精挥发后,油酸在水面上尽可能地散开,形成一层油膜,膜上没有石膏粉,可以清楚地看出油膜轮廓;
④待油膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上绘出油膜的形状;
⑤将画有油膜形状的玻璃板放在边长为1.0cm的方格纸上,算出完整的方格有67个,大于半格的有14个,小于半格的有19个。
利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含纯油酸为________m3,油膜面积为________m2,求得的油膜分子直径为________m。
(结果全部取2位有效数字)
【参考答案】
【试题解析】油酸酒精溶液的浓度为
,一滴溶液的体积为
,则一滴油酸酒精溶液含纯油酸为;
油膜的面积;
油膜分子直径为。
1.(2018·
山东省济宁市)在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中,将6mL的油酸溶于酒精,制成
的油酸酒精溶液,测量1mL的油酸酒精溶液有75滴。
现取一滴该油酸酒精溶液在水面上形成油膜,油膜的面积是:
(1)按以上数据,可估算出油酸分子的直径为_________m。
(结果保留1位有效数字)
(2)某同学在实验中,计算出的分子直径明显偏大,可能是由于_________________。
A.油酸分子未完全散开
B.油酸中含有大量酒精
C.计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格
D.求每滴油酸酒精溶液的体积时,1mL的溶液滴数75错计成了76
【答案】
(1)7×
10–10
(2)AC
2.(2018·
山东省济南第一中学)利用“单分子油膜法估测分子直径”实验体现了构建分子模型的物理思想,也体现了通过对宏观量的测量来实现对微观量的间接测量方法。
某同学在做“用单分子油膜法估测分子大小”的实验时,油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸
,用注射器测得1mL上述溶液有50滴,把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里,待水面稳定后,测得油酸膜的近似轮廓如图所示,图中正方形小方格的边长为1cm,求:
(计算结果均保留2位有效数字)
(1)油酸膜的面积是___________
;
(2)根据上述数据,估测出油酸分子的直径是___________
(1)
(2)
考点2用单摆测定重力加速度
1.实验原理
当偏角很小时,单摆做简谐运动,其运动周期为
,它与偏角的大小及摆球的质量无关,由此得到
因此,只要测出摆长l和振动周期T,就可以求出当地重力加速度g的值。
2.实验器材
带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球,不易伸长的细线(约1米)、秒表、毫米刻度尺和游标卡尺。
3.实验步骤
(1)让细线的一端穿过金属小球的小孔,然后打一个比小孔大一些的线结,做成单摆。
(2)把细线的上端用铁夹固定在铁架台上,把铁架台放在实验桌边,使铁夹伸到桌面以外,让摆球自然下垂,在单摆平衡位置处作上标记,如实验原理图。
(3)用毫米刻度尺量出摆线长度l′,用游标卡尺测出摆球的直径,即得出金属小球半径r,计算出摆长l=l′+r。
(4)把单摆从平衡位置处拉开一个很小的角度(不超过5°
),然后放开金属小球,让金属小球摆动,待摆动平稳后测出单摆完成30~50次全振动所用的时间t,计算出金属小球完成一次全振动所用时间,这个时间就是单摆的振动周期,即
(N为全振动的次数),反复测3次,再算出周期。
(5)根据单摆振动周期公式
计算当地重力加速度
(6)改变摆长,重做几次实验,计算出每次实验的重力加速度值,求出它们的平均值,该平均值即为当地的重力加速度值。
(7)将测得的重力加速度值与当地重力加速度值相比较,分析产生误差的可能原因。
4.注意事项
(1)构成单摆的条件:
细线的质量要小、弹性要小,选用体积小、密度大的小球,摆角不超过5°
(2)要使摆球在同一竖直面内摆动,不能形成圆锥摆,方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放。
(3)测周期的方法:
①要从摆球过平衡位置时开始计时;
因为此处速度大、计时误差小,而最高点速度小、计时误差大。
②要测多次全振动的时间来计算周期;
如在摆球过平衡位置时开始计时,且在数“零”的同时按下秒表,以后每当摆球从同一方向通过最低位置时计数1次。
(4)本实验可以采用图象法来处理数据。
即用纵轴表示摆长l,用横轴表示T2,将实验所得数据在坐标平面上标出,应该得到一条倾斜直线,直线的斜率
这是在众多的实验中经常采用的科学处理数据的重要办法。
处理数据有两种方法:
(1)公式法:
测出30次或50次全振动的时间t,利用
求出周期;
不改变摆长,反复测量三次,算出三次测得的周期的平均值
,然后代入公式
求重力加速度。
(2)图象法:
由单摆周期公式不难推出:
,因此,分别测出一系列摆长l对应的周期T,作l–T2的图象,图象应是一条通过原点的直线,求出图线的斜率,即可求得重力加速度值。
6.误差分析
(1)系统误差的主要来源:
悬点不固定,球、线不符合要求,振动是圆锥摆而不是在同一竖直平面内的振动等。
(2)偶然误差主要来自时间的测量上,因此,要从摆球通过平衡位置时开始计时,不能多计或漏计振动次数。
单摆测定重力加速度的实验中:
(1)实验时用20分度的游标卡尺测量摆球直径,示数如图甲所示,该摆球的直径d=mm。
(2)悬点到小球底部的长度l0,示数如图乙所示,l0=cm。
(3)实验时用拉力传感器测得摆线的拉力F随时间t变化的图象如图丙所示,然后使单摆保持静止,得到如图丁所示的F–t图象。
那么:
①重力加速度的表达式g=(用题目中的物理量d、l0、t0表示)。
②设摆球在最低点时Ep=0,已测得当地重力加速度为g,单摆的周期用T表示,那么测得此单摆摆动时的机械能E的表达式是。
A.
B.
C.
D.
(1)11.70
(2)100.25(3)①
②BD
【试题解析】
(1)由甲图可知,主尺上的读数是11mm,游标尺上第14个刻度与主尺对齐,所以游
四川省广安市)某同学做“用单摆测定重力加速度”的实验,已知单摆在摆动过程中的摆角小于5°
在测量单摆的周期时,从单摆运动到最低点开始计时且记为1,到第n次经过最低点所用的时间为t;
在测量单摆的摆长时,现用毫米刻度尺测得悬挂后的摆线长(从悬点到摆球的最上端)为L,再用游标卡尺测得摆球的直径为d。
(1)该单摆在摆动过程中的周期为T=_____________;
(2)请你帮助该同学写出求重力加速度的一般表达式g=_________(用题中所给的物理量的符号表示);
(3)该同学用游标卡尺测量小球的直径,如图甲所示,读数是________cm;
(4)为了提高实验精度,该同学采用的措施是:
在实验中改变几次摆长l并测出相应的周期T,从而得出多组对应的T与l的数据,以
为纵坐标,l为横坐标得到如图乙所示的图线为一条倾斜直线,并求得该直线的斜率为k,则
①重力加速度g=___________(用k表示);
②图中直线并没有坐标原点,而是与纵轴的正半轴相交于一点,则实验过程中可能存在的失误是____________;
(2)(3)2.07(4)
计算摆长时漏加小球半径
湖北省黄冈市)某同学利用单摆测量重力加速度。
(1)他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下,用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最顶端的长度
=96.82cm,再用螺旋测微器测量摆球直径,结果如图甲所示,则摆球直径d=______cm;
(2)实验时,他利用如图乙所示装置记录振动周期,在摆球运动的最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻,光敏电阻与某自动记录仪相连,该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t的变化图线如图丙所示,则该单摆的振动周期为T=_______s;
(3)根据以上测量数据可得重力加速度g=________(结果保留三位有效数字),如果该同学测得的g值偏小,可能的原因是______(填正确答案标号)
A.摆线上端未牢固地系于悬点,振动中出现松动,使摆线长度增加了
B.计算摆长时用的是L=
+d
C.摆球摆动的振幅偏小
(1)2.3600
(2)2.000(3)9.66A
【解析】
(1)摆球直径d=23.5mm+0.01mm×
10.0=23.600mm=2.3600cm;
考点3测定玻璃的折射率
如实验原理图甲所示,当光线AO1以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出与入射光线AO1对应的出射光线O2B,从而求出折射光线O1O2和折射角θ2,再根据
或
算出玻璃的折射率。
木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、直尺、铅笔。
(1)用图钉把白纸固定在木板上。
(2)在白纸上画一条直线aa′,并取aa′上的一点O为入射点,作过O点的法线NN′。
(3)画出线段AO作为入射光线,并在AO上插上P1、P2两根大头针。
(4)在白纸上放上玻璃砖,使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐,并画出另一条长边的对齐线bb′。
(5)眼睛在bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向,使P1的像被P2的像挡住,然后在眼睛这一侧插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上P4,使P4挡住P3和P1、P2的像。
(6)移去玻璃砖,拔去大头针,由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′,连接O、O′得线段OO′。
(7)用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。
(8)改变入射角,重复实验,算出不同入射角时的
,并取平均值。
(1)玻璃砖应选厚度、宽度较大的。
(2)入射角不宜过大或过小,一把为15°
~75°
(3)用手拿玻璃砖时,手只能接触玻璃砖的毛面或棱,不能触摸光洁的光学面,严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边bb′。
(4)实验过程中,玻璃砖在纸上的位置不可移动。
(5)大头针应竖直地插在白纸上,且玻璃砖每两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应大一点,以减小确定光路方向时造成的误差。
5.实验数据处理
(1)计算法:
用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。
算出不同入射角时的
(2)作sinθ1-sinθ2图象:
改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作sinθ1-sinθ2图象,由
可知图象应为直线,如实验原理图乙所示,其斜率为折射率。
(3)“单位圆”法确定sinθ1、sinθ2,计算折射率n。
以入射点O为圆心,以一定的长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO′于E′点,过E作NN′的垂线EH,过E′作NN′的垂线E′H′。
如实验原理图丙所示,。
只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n。
某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率,所使用的玻璃砖两面平行。
正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图所示。
(1)此玻璃的折射率计算式为n=__________(用图中的θ1、θ2表示);
(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度_______(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。
利用插针法可以测量半圆柱形玻璃砖的折射率。
实验方法如下:
在白纸上做一直线MN,并做出它的一条垂线AB,将半圆柱形玻璃砖(底面的圆心为O)放在白纸上,它的直边与直线MN对齐,在垂线AB上插两个大头针P1和P2,然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针,可以确定光线P1P2通过半圆柱形玻璃砖后的光路,从而求出玻璃的折射率。
实验室中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、木板和大头针外,还有量角器等;
(3)某学生用上述方法测量玻璃的折射率,在他画出的垂线AB上竖直插上了P1、P2两枚大头针,但在半圆柱形玻璃砖右侧的区域内,不管眼睛放在何处,都无法透过半圆柱形玻璃砖同时看到P1、P2的像,原因是_______________________________,他应该采取的措施是_______________________________;
(4)为了确定光线P1P2通过半圆柱形玻璃砖后的光路,在玻璃砖的右侧,最少应插枚大头针。
(5)请在半圆柱形玻璃砖的右侧估计所插大头针的可能位置,并用“×
”表示,做出光路图。
为了计算折射率,应该测量的量(在光路图上标出),有:
_______________________________,计算折射率的公式是_______________________________。
(2)大(3)光线P1P2垂直于界面进入半圆柱形玻璃砖后,到达圆弧面
(1)由图得到,光线在玻璃砖上表面上入射角为i=90°
–θ1,折射角为r=90°
–θ2,根据折射定律得,n=。
(2)在宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择时,玻璃砖宽度较大时,引起的角度误差较小。
(3)不管眼睛放在何处,都无法透过半圆柱形玻璃砖同时看到P1、P2的像,原因是没有光线射出,则
甘肃省兰州第一中学)如图所示,某同学利用方格坐标纸测定半圆形玻璃砖的折射率,OA是画在纸上的直线,他在直线OA适当位置先后竖直插上P1、P2两枚大头针,如图所示放上玻璃砖(如粗黑线所示),然后插上P3、P4大头针。
(1)其中他确定P3大头针位置的方法是______。
(2)若该同学实验操作规范准确,其记录的情况如图所示。
该同学还用圆规做了一个以O为圆心,半径与玻璃砖相同的半圆(如图中虚线所示)。
请算出玻璃砖的折射率n=________。
(3)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖绕圆心顺时针转过一小角度,由此测得玻璃砖的折射率将________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
(1)透过玻璃砖看,使P3挡住P1、P2的像
(2)1.5(3)偏小
(1)透过玻璃砖看,P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像;
北京市西城区)如图甲、图乙所示,在“用插针法测定玻璃的折射率”的实验中,当光线AO以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B,从而确定折射光线OO′。
(1)如图甲,测出入射角i和折射角r,则玻璃的折射率n=_________。
(2)如图乙,以O为圆心,作圆与OA、OO′分别交于P、Q两点,过P、Q两点分别作法线NN′的垂线,垂足分别为P′、Q′,则玻璃的折射率可以表示为n=_________。
考点4用双缝干涉测光的波长
一、实验:
如实验原理图甲所示,电灯发出的光,经过滤光片后变成单色光,再经过单缝S时发生衍射,这时单缝S相当于一个单色光源,衍射光波同时到达双缝S1和S2之后,S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源,相邻两条明(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ,双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关,其关系式为:
,因此,只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。
两条相邻明(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出。
测量头由分划板、目镜、手轮等构成。
如实验原理图乙所示。
双缝干涉仪,即:
光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头,另外还有学生电源、导线、刻度尺。
(1)观察双缝干涉图样
①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如实验原理图丁所示。
②接好光源,打开开关,使灯丝正常发光。
③调节各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏。
④安装双缝和单缝,尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝平行,二者间距约5cm~10cm。
⑤在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。
(2)测定单色光的波长
①安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。
②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央,记下手轮上的读数,将该条纹记为第1条亮纹;
转动手轮,使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数;
将该条纹记为第n条亮纹,测出n个亮条纹间的距离a,则相邻两亮条纹间距
③用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的)。
④重复测量、计算,求出波长的平均值。
二、实验中的注意事项
1.数据处理
(1)条纹间距的计算:
移动测量头的手轮,分划板中央刻线在第1条亮纹中央时读数为a1,在第n条亮纹中央时读数为an,则。
(2)根据条纹间距与波长的关系
得
,其中d为双缝间距,l为双缝到屏的距离。
(3)测量时需测量多组数据,求λ的平均值。
2.注意事项
(1)调节双缝干涉仪时,要注意调整光源的高度,使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。
(2)放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上。
(3)调节测量头时,应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐,记清此时手轮上的读数,转动手轮,使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两条纹间的距离。
(4)不要直接测Δx,要测多个亮条纹的间距再计算得Δx,这样可以减小误差。
(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外层。
3.误差分析
(1)双缝到屏的距离l的测量存在误差。
(2)测条纹间距Δx带来的误差:
①干涉条纹没有调整到最清晰的程度。
②误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度。
③分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心。
④测量多条亮条纹间的距离时读数不准确,此间距中的条纹数未数清。
现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在如图所示的光具座上组成双缝干涉装置,用以测量红光的波长。
(1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左至右,表示各光学元件的字母排列顺序为C、、A。
(2)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图2所示。
然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,记下此时图3中手轮上的示数mm。
(3)已知双缝间距d为2.0×
10–4m,测得双缝到屏的距离L为0.700m,由计算式λ=,求得所测红光波长为nm。
(1)EDB
(2)13.870(3)
660
辽宁省大连市)双缝干涉实验装置如图所示。
现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和滤光片E等光学元件,要把它们放在下图所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量光的波长。
(1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左至右,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、______、A;
(2)若实验测得第一条亮纹到第四条亮纹中心间的距离Δx=6.930mm,双缝间距d=0.30mm,双缝到屏的距离1=1.000m,则对应的光波波长
=______m;
(计算结果保留两位有效数字)
(3)若分别用红、绿两束单色光做该实验,在距双缝相同距离的屏上分别得到右图所示的干涉图样,由图样可判定______(填“甲”或“乙”)是由红光得到的图样。
(1)EDB
(2)6.9×
10–7(3)甲
河南省南阳市)如图甲所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将实验仪器按要求安装在光具座上,并选用缝间距的双缝屏。
从仪器注明的规格可知,像屏与双缝屏间的距离。
接通电源使光源正常工作。
(1)已知测量头上主尺的分度值是1毫米,副尺(游标尺)上有20小格。
某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,使分划板中心刻线与某条纹
中心对齐,如图乙所示,此时测量头上主尺和副尺的示数情况如图丙所示,此示数为_____________
接着再转动手轮,使分划板中心刻线与某条纹
中心对齐时,测量头上的示数为
利用上述测量结果,经计算可得经滤光片射向双缝的色光的波长
______________
(结果保留2位有效数字)。
(2)另一同学按实验装置安装好仪器后,观察到光的干涉现象效果很好。
若他对实验装置做了一下改动后,在像屏上仍能观察到清晰的条纹,且条纹数目有所增加。
以下改动可能实现这个效果的是_______________。
A.仅将滤光片移至单
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- 高考 物理 高频 考点 解密 专题 20 选修 实验教学