第20讲 选考部分实验专题原卷版.docx
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第20讲选考部分实验专题原卷版
2020年高考物理二轮精准备考复习讲义
第七部分实验
第二十讲选考部分实验专题
一、理清单,记住干
1.油膜体积的测定——积聚法:
由于一滴纯油酸中含有的分子数仍很大,形成的单层分子所占面积太大,不便于测量,故实验中先把油酸溶于酒精中稀释,测定其浓度,再测出1mL油酸酒精溶液的滴数,取一滴用于实验,最后计算出一滴溶液中含有的纯油酸的体积作为油膜的体积.
2.油膜面积的测定:
如图所示,将画有油酸薄膜轮廓的有机玻璃板取下放在坐标格纸上,以边长为1cm的方格为单位,数出轮廓内正方形的格数(不足半格的舍去,超过半格的计为1格),计算出油膜的面积S.
3.单摆的测量
(1)测摆长:
用刻度尺量出摆线长l′(精确到毫米),用游标卡尺测出小球直径D,则单摆的摆长l=l′+
.
(2)测周期:
将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于5°),然后释放小球,记下单摆摆动30~50次的总时间,算出平均每摆动一次的时间,即为单摆的振动周期.
4.单摆测重力加速度数据处理
(1)公式法:
g=
,算出重力加速度g的值,再算出g的平均值.
(2)图象法:
作出lT2图象求g值.
5.光的波长λ=
Δx(Δx为条纹间距,l为双缝到屏的距离,d为双缝间距).
6.共振
做受迫振动的物体,它的固有频率与驱动力的频率越接近,其振幅就越大,当二者相等时,振幅达到最大,这就是共振现象.共振曲线如图所示.
二、研高考,探考情
【2019·全国卷Ⅲ】
(1)用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是__________________________________________________________。
实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以
______________________________________________________________________________。
为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是__________________________________。
【2019·天津高考】某小组做测定玻璃的折射率实验,所用器材有:
玻璃砖,大头针,刻度尺,圆规,笔,白纸。
(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度________。
A.选用两光学表面间距大的玻璃砖B.选用两光学表面平行的玻璃砖
C.选用粗的大头针完成实验D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
(2)该小组用同一套器材完成了四次实验,记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示,其中实验操作正确的是________。
(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点,再过A、B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)
【2019·北京高考】利用图1所示的装置(示意图),观察光的干涉、衍射现象,在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。
下列关于P处放置的光学元件说法正确的是( )
A.甲对应单缝,乙对应双缝B.甲对应双缝,乙对应单缝
C.都是单缝,甲对应的缝宽较大D.都是双缝,甲对应的双缝间距较大
【2019·全国卷Ⅱ】
(1)如图,长为l的细绳下方悬挂一小球a,绳的另一端固定在天花板上O点处,在O点正下方
l的O′处有一固定细铁钉。
将小球向右拉开,使细绳与竖直方向成一小角度(约为2°)后由静止释放,并从释放时开始计时。
当小球a摆至最低位置时,细绳会受到铁钉的阻挡。
设小球相对于其平衡位置的水平位移为x,向右为正。
下列图象中,能描述小球在开始一个周期内的xt关系的是________。
(2)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。
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:
(ⅰ)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可________。
A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动
C.将屏向远离双缝的方向移动D.使用间距更小的双缝
(ⅱ)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx,则单色光的波长λ=________。
(ⅲ)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300mm,测得屏与双缝间的距离为1.20m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm。
则所测单色光的波长为________nm(结果保留三位有效数字)。
三、考情揭秘
纵观近几年高考选考部分的实验一直属于冷点且多以填空题、选择题的形式的命题多是针对一些物理量的判断或简单计算,油膜法估测分子大小实验、光的双缝干涉实验以及单摆测重力加速度的考查热度增加。
应考策略:
准确记忆教材中的基础实验理解清楚实验要点及注意事项等.
四、定考点,定题型
超重点突破1用油膜法估测分子的大小
1.油膜体积的测定——积聚法:
由于一滴纯油酸中含有的分子数仍很大,形成的单层分子所占面积太大,不便于测量,故实验中先把油酸溶于酒精中稀释,测定其浓度,再测出1mL油酸酒精溶液的滴数,取一滴用于实验,最后计算出一滴溶液中含有的纯油酸的体积作为油膜的体积.
2.油膜面积的测定:
如图所示,将画有油酸薄膜轮廓的有机玻璃板取下放在坐标格纸上,以边长为1cm的方格为单位,数出轮廓内正方形的格数(不足半格的舍去,超过半格的计为1格),计算出油膜的面积S.
【例1】(2019·石家庄二模)在“用油膜法估测分子大小”的实验中,将1mL的油酸加入酒精中配制成1000mL的油酸酒精溶液,通过注射器测得80滴这样的溶液为1mL,取1滴溶液滴在撒有痱子粉的浅水槽中,待油膜界面稳定后,测得油膜面积为253cm2。
(1)估算油酸分子的直径d=________m(结果保留一位有效数字)。
(2)将上述油酸酒精溶液置于一个敞口容器中放置一段时间,再使用该溶液进行实验会导致分子直径的测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【针对训练1】在“用油膜法估测分子的大小”实验中
(1)(多选)该实验中的理想化假设是( )
A.将油膜看成单分子层油膜B.不考虑各油酸分子间的间隙
C.不考虑各油酸分子间的相互作用力D.将油酸分子看成球形
(2)实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精溶液的作用是( )
A.可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓B.对油酸溶液起到稀释作用
C.有助于测量一滴油酸的体积D.有助于油酸的颜色更透明便于识别
(3)某老师为本实验配制油酸酒精溶液,实验室配备的器材有:
面积为0.22m2的蒸发皿、滴管、量筒(50滴溶液滴入量筒体积约为1mL)、纯油酸和无水酒精若干.已知分子直径数量级为10-10m,则该老师配制的油酸酒精溶液浓度(油酸与油酸酒精溶液的体积比)至多为________‰(保留两位有效数字).
超重点突破2共振实验的理解
对共振的理解
(1)共振曲线:
如图所示,横坐标为驱动力频率f,纵坐标为振幅A,它直观地反映了驱动力频率对某固有频率为f0的振动系统受迫振动振幅的影响,由图可知,f与f0越接近,振幅A越大;当f=f0时,振幅A最大.
(2)受迫振动中系统能量的转化:
做受迫振动的系统机械能不守恒,系统与外界时刻进行能量交换.
【例2】.(2019·江苏扬州中学模拟)如图甲所示,在一条张紧的绳子上挂几个摆,当a摆振动的时候,通过张紧的绳子给其他各摆施加驱动力,使其余各摆也振动起来,达到稳定时b摆和c摆的周期大小关系是:
Tb____Tc(选填“大于”“小于”或“等于”),b摆和c摆中________摆的振幅最大,图乙是c摆稳定以后的振动图象,重力加速度为g,不计空气阻力,则a摆的摆长为________.
【针对训练2】下列说法中正确的是( )
A.某物体做自由振动时,其振动频率与振幅无关
B.某物体做受迫振动时,其振动频率与固有频率无关
C.某物体发生共振时的频率就是其自由振动的频率
D.某物体发生共振时的振动就是无阻尼振动
E.当驱动力的频率和物体固有频率相差越大时,物体振幅越大
超重点突破3 单摆周期公式及用单摆测定重力加速度
1.对单摆的理解
(1)回复力:
摆球重力沿切线方向的分力,F回=-mgsinθ=-
x=-kx,负号表示回复力F回与位移x的方向相反.
(2)向心力:
细线的拉力和重力沿细线方向的分力的合力充当向心力,F向=FT-mgcosθ.
两点说明:
当摆球在最高点时,F向=
=0,FT=mgcosθ.
当摆球在最低点时,F向=
,F向最大,FT=mg+m
.
2.周期公式T=2π
的两点说明
(1)l为等效摆长,表示从悬点到摆球重心的距离.
(2)g为当地重力加速度.
3.用单摆测定重力加速度
(1)实验原理与操作
(2)数据处理与分析
①数据处理
a.公式法:
g=
,算出重力加速度g的值,再算出g的平均值.
b.图象法:
作出lT2图象求g值.
②误差分析
产生原因
减小方法
偶然误差
测量时间(单摆周期)及摆长时产生误差
a.多次测量再求平均值
b.计时从单摆经过平衡位置时开始
系统误差
主要来源于单摆模型本身
a.摆球要选体积小,密度大的
b.最大摆角要小于5°
【例3】根据单摆周期公式T=2π
,可以通过实验测量当地的重力加速度.如图甲所示,将细线的上端固定在铁架台上,下端系一小钢球,就做成了单摆.
(1)用游标卡尺测量小钢球直径,示数如图乙所示,读数为________mm.
(2)以下是实验过程中的一些做法,其中正确的有________.
a.摆线要选择细些的、伸缩性小些的,并且尽可能长一些
b.摆球尽量选择质量大些、体积小些的
c.为了使摆的周期大一些,以方便测量,开始时拉开摆球,使摆线相距平衡位置有较大的角度
d.拉开摆球,使摆线偏离平衡位置不大于5°,在释放摆球的同时开始计时,当摆球回到开始位置时停止计时,此时间间隔Δt即为单摆周期T
e.拉开摆球,使摆线偏离平衡位置不大于5°,释放摆球,当摆球振动稳定后,从平衡位置开始计时,记下摆球做50次全振动所用的时间Δt,则单摆周期T=
【针对训练3】在利用单摆测当地重力加速度的实验中:
(1)利用游标卡尺测得金属小球直径如图甲所示,小球直径d=________cm.
(2)某同学测量数据如下表,请在图乙中画出LT2图象.
L/m
0.400
0.500
0.600
0.800
1.200
T2/s2
1.60
2.10
2.40
3.20
4.80
由图象可得重力加速度g=________m/s2(保留三位有效数字).
(3)某同学在实验过程中,摆长没有加小球的半径,其他操作无误,那么他得到的实验图象可能是下列图像中的________.
超重点突破4测玻璃砖的折射率
1.插针与测量
(1)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方向,直到P1的像被P2挡住,再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P1、P2的像及P3,记下P3、P4的位置.
(2)移去玻璃砖,连接P3、P4并延长交bb′于O′,连接OO′即为折射光线,入射角θ1=∠AOM,折射角θ2=∠O′ON.
(3)用量角器测出入射角和折射角,查出它们的正弦值,将数据填入表格中.
(4)改变入射角θ1,重复实验步骤,列表记录相关测量数据.
2.数据处理
(1)平均值法:
计算每次实验的折射率n,求出平均值
.
(2)图象法(如图甲所示).
(3)单位圆法(如图乙所示).
【例题4】(2019·郑州质量预测)某同学利用“插针法”测定平行玻璃砖的折射率,在坐标纸上记录的情况如图所示,虚线为以入射点O为圆心作出的圆,由此计算出玻璃砖的折射率为________,光在玻璃中的传播速度为________m/s.(光在真空中的传播速度为c=3.0×108m/s,结果均保留两位有效数字)
【针对训练4】某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率.开始时玻璃砖的位置如图中实线所示,使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上,该直线垂直于玻璃砖的直径边,然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动,同时在玻璃砖直径边一侧观察P1、P2的像,且P2的像挡住P1的像.如此观察,当玻璃砖转到图中虚线位置时,上述现象恰好消失.此时只需测量出________________________________,即可计算出玻璃砖的折射率.请用你的测量值表示出折射率n=________.
超重点突破5双缝干涉测光的波长
1.观察与记录
(1)调整单缝与双缝间距为几厘米时,观察白光的干涉条纹.
(2)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹.
(3)调节测量头,使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a1,转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时,记下手轮上的刻度数a2,则相邻两条纹间的距离Δx=
.
(4)换用不同的滤光片,测量其他色光的波长.
2.数据处理
用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l,由公式Δx=
λ得λ=
Δx计算波长,重复测量、计算,求出波长的平均值.
3.光的干涉
(1)光的双缝干涉
①条纹间隔均匀,亮度均匀,中央为亮条纹。
②条纹间距Δx=
λ,l、d相同时,Δx∝λ,例如,其他条件相同,双缝干涉时可见光中的红光条纹间距最大,紫光最小。
③如用白光做实验,中央为白色亮条纹,两边为彩色条纹。
(2)光的干涉现象:
薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)。
【例题5】在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,请按照题目要求回答下列问题.
(1)图中甲、乙两图都是光的条纹形状示意图,其中干涉图样是________.
(2)将下表中的光学元件放在图丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置,并用此装置测量红光的波长.
元件代号
A
B
C
D
E
元件名称
光屏
双缝
白光光源
单缝
透红光的滤光片
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,表示各光学元件的排列顺序应为________.(填写元件代号)
(3)已知该装置中双缝间距d=0.50mm,双缝到光屏的距离L=0.50m,在光屏上得到的干涉图样如图丁(a)所示,分划板在图中A位置时游标卡尺如图丁(b)所示,则其示数为________mm;在B位置时游标卡尺如图丁(c)所示.由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为________m(保留两位有效数字).
【针对训练5】(2019·北京朝阳高三一模)(多选)如图所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,某同学用黄色滤光片时得到一个干涉图样,为了使干涉条纹的间距变宽,可以采取的方法是( )
A.换用紫色的滤光片B.换用红色的滤光片
C.使光源离双缝距离近一些D.使光屏离双缝距离远一些
超重点突破6光的色散
1.光的色散
(1)现象:
一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带.
(2)成因:
棱镜材料对不同色光的折射率不同,对红光的折射率最小,红光通过棱镜后的偏折程度最小,对紫光的折射率最大,紫光通过棱镜后的偏折程度最大,从而产生色散现象.
2.各种色光的比较
颜色
红橙黄绿青蓝紫
频率ν
低―→高
同一介质中的折射率
小―→大
同一介质中速度
大―→小
波长
大―→小
临界角
大―→小
通过棱镜的偏折角
小―→大
【例6】(2019·四川南充三诊)(多选)如图所示,一束复色光由某介质射入真空后分解为a、b两束单色光。
以下说法正确的是( )
A.真空中a光的波长比b光的大
B.在同一介质中,a光的传播速度比b光慢
C.光由同一介质射入空气时,a光的临界角比b光小
D.a、b通过相同的单缝衍射实验装置,b光的中央亮条纹较宽
E.a、b通过相同的双缝干涉实验装置,b光的干涉条纹间距较小
【针对训练6】如图所示,一束复合光垂直玻璃砖界面进入球形气泡后分为a、b两种色光,下列说法正确的是( )
A.玻璃砖的气泡缺陷处显得更亮是光的全反射现象
B.a光在玻璃中的传播速度比b在玻璃中的传播速度大
C.a光的频率比b光的频率大
D.若保持复合光的方向不变仅将入射点上移,则a光最先消失
E.若让a、b两种色光通过同一双缝干涉装置,则a光形成的干涉条纹的间距较大
五、固成果,提能力
1.(2019·济南三模)在“用油膜法估测分子的大小”实验中,下列做法正确的是( )
A.用注射器吸取配置好的油酸酒精溶液,一滴一滴地滴入小量筒中,若100滴溶液的体积是1mL,则1滴溶液中含有油酸10-2mL
B.用浅盘装入适量的水,然后将痱子粉均匀地撒在水面上
C.用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液,等油膜的形状稳定之后再描绘其形状
D.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,再用刻度尺去量油膜的面积
E.根据1滴油酸溶液中油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜厚度d=
,即油酸分子的直径
2.如图所示,半圆形玻璃砖按图中实线位置放置,直径与BD重合。
一束白光沿着半圆柱形玻璃砖的半径从圆弧面垂直BD射到圆心O点上。
使玻璃砖绕O点逆时针缓慢地转过角度θ(0°<θ<90°),观察到折射光斑和反射光斑在弧形屏上移动。
在玻璃砖转动过程中,以下说法正确的是( )
A.在弧形屏上可以观察到反射光的色散现象
B.在弧形屏上可以观察到折射光的色散现象
C.红光在玻璃砖中传播速度最小
D.折射光斑在弧形屏上沿顺时针方向移动
E.玻璃砖旋转过程中弧形屏上最先消失的一定是紫光
3.(2019·河南濮阳三模)以下说法中正确的是( )
A.图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图,其中a光在水珠中传播的速度一定大于b光在水珠中传播的速度
B.图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图,当入射角i逐渐增大到某一值后不再会有光线从bb′面射出
C.图丙是双缝干涉示意图,若只减小屏到挡板间距离L,两相邻亮条纹间的距离Δx将减小
D.图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样,弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的
E.图戊中的M、N是偏振片,P是光屏,当M固定不动缓慢转动N时,光屏P上的光亮度将一明一暗交替变化,此现象表明光波是横波
4.(2019·辽宁卓越名校联盟二模)用双缝干涉测光的波长的实验装置如图所示,其中光源为白炽灯泡,调整实验装置使光屏上能观察到清晰的干涉条纹。
关于该实验,下列说法正确的是( )
A.取下滤光片,光屏上将出现彩色的干涉条纹
B.若单缝向右平移一小段距离,光屏上相邻两条亮纹中心的距离增大
C.若将双缝间的距离d增大,光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小
D.若将滤光片由红色换成绿色,光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小
E.测出n条亮条纹间的距离a,则相邻两条亮条纹中心的间距为Δx=
5.(2019·山东青岛二模)(多选)如图,光源S从水下向空气中射出一束由红光、黄光和蓝光组成的复色光,在水面上的P点分裂成a、b、c三束单色光,下列说法正确的是( )
A.c光为红色光
B.在水中传播时a光速度最大,c光波长最小
C.逐渐增大入射角,c光最先发生全反射
D.b光比a光更容易发生明显的衍射现象
E.a、b、c三种色光分别用同一双缝干涉实验装置发生干涉,a光相邻亮条纹间距最大
6.(2019·郑州一中模拟)
(1)几位同学做“用插针法测定玻璃折射率”实验,图示直线aa′、bb′表示在白纸上画出的玻璃砖的两个界面.几位同学进行了如下操作:
A.甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa′与bb′不平行,其他操作正确
B.乙同学在白纸上正确画出平行玻璃砖的两个界面aa′和bb′后,将玻璃砖向aa′方向平移了少许,其他操作正确
C.丙同学在白纸上画aa′、bb′两界面时,其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些,其他操作正确
上述几位同学的操作,对玻璃折射率的测定结果没有影响的是________(填写选项前的字母).
(2)在用插针法测玻璃砖折射率的实验中,已确定好入射方向AO,插了两枚大头针P1和P2,如图所示(①②③是三条直线).在以后的操作说法中你认为正确的是________.
A.在bb′侧调整观察视线,另两枚大头针P3和P4可能插在③线上
B.保持O点不动,减小入射角,在bb′侧调整观察视线,另两枚大头针P3和P4可能插在①线上
C.保持O点不动,增大入射角,在bb′侧调整观察视线,看不清P1和P2的像,这可能是光在bb′侧面发生全反射
7.在“用单摆测定重力加速度”的实验中:
(1)摆动时偏角满足的条件是偏角小于5°,为了减小测量周期的误差,计时开始时,摆球应是经过最________(填“高”或“低”)点的位置,且用停表测量单摆完成多次全振动所用的时间,求出周期.图甲中停表示数为一单摆全振动50次所用的时间,则单摆振动周期为________.
(2)用最小刻度为1mm的刻度尺测摆长,测量情况如图乙所示.O为悬挂点,从图乙中可知单摆的摆长为________m.
(3)若用L表示摆长,T表示周期,那么重力加速度的表达式为g=________.
(4)考虑到单摆振动时空气浮力的影响后,学生甲说:
“因为空气浮力与摆球重力方向相反,它对球的作用相当于重力加速度变小,因此振动周期变大.”学生乙说:
“浮力对摆球的影响好像用一个轻一些的摆球做实验,因此振动周期不变”.这两个学生中________.
A.甲的说法正确
B.乙的说法正确
C.两学生的说法都是错误的
8.如图所示,某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率.在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线,并让入射光线过圆心O,在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,连接OP3,图中MN为分界线,虚线半圆与玻璃砖对称,B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点,AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点.
(1)设AB的长度为l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO的长度为l4,为较方便地表示出玻璃砖的折射率,需用刻度尺测量________,则玻璃砖的折射率可表示为________.
(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为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”).
9.在“用油膜法估测分子的大小”实验中,所用油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL,用注射器测得1mL上述溶液为75滴.把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里,待水面稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廓,再把玻璃板放在坐标纸上,其形状和尺寸如图所示,坐标中正方形方格的边长为1cm.则
(1)油酸薄膜的面积是________cm2.
(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是______mL.(取一位有效数字)
(3)按以上实验数据估测出油酸分子直径约为______m.(取一位有效数字)
10.(2019·北京海淀区模拟)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d=0.20mm的双缝屏.然后,接通电源
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