新教材2024届高考物理二轮专项分层特训卷第一部分专题特训练专题六物理实验考点3热学光学实验（附解析）

考点3　热学、光学实验1.[2023·山东卷]利用图甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系．将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上，注射器内封闭一定质量的空气，下端通过塑料管与压强传感器相连．活塞上端固定一托盘，托盘中放入砝码，待气体状态稳定后，记录气体压强p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV之和)，逐次增加砝码质量，采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示．回答以下问题：(1)在实验误差允许范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况下，一定质量的气体________．A．p与V成正比B．p与成正比(2)若气体被压缩到V＝10.0mL，由图乙可读出封闭气体压强为________Pa(保留3位有效数字).(3)某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了ΔV，则在计算pV乘积时，他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而________(填“增大”或“减小”).2．[2023·海南卷][本题第(2)小问的物理量是根据题目编写的，与原题有些许出入]如图所示，在用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与光屏P平行放置，从另一侧用激光笔以一定角度照射，此时在光屏上的S1处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S2处，(1)请在图中画出激光束经玻璃砖折射后完整的光路图； (2)已经测出AB＝l1，OA＝l2，S1S2＝l3，则折射率n＝________(用l1、l2、l3表示)；(3)若改用宽度比ab更小的玻璃砖做实验，则S1S2间的距离会________(填“变大”“变小”或“不变”).题组一　热学实验3．[2023·江西赣州模拟]在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：①用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定②往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上，完成下列填空：(1)上述步骤中，正确的顺序是________．(2)油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸1mL，用注射器测得1mL上述溶液有200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，则每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________mL，油酸膜的面积是________cm2.根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________m．(此结果保留三位有效数字)(3)某学生在“用油膜法估测分子大小”的实验中，计算结果明显偏大，可能是由于________．A．油酸未完全散开B．计算油膜面积时，将所有不足1格的方格记作1格C．计算油膜面积时，舍去了所有不足1格的方格4．[2023·山东菏泽模拟]某同学通过图甲所示的实验装置，利用玻意耳定律来测定一颗形状不规则的冰糖的体积．实验步骤：①将冰糖装进注射器，插入活塞，再将注射器通过软管与压强传感器连接并固定注射器；②推动活塞，透过活塞所在的刻度读取了多组气体体积V，同时记录对应的传感器数据；③建立直角坐标系．(1)在实验操作中，下列说法正确的是________．A．活塞应用润滑油涂抹以保证空气密闭性 B．推动活塞时，可以用手握住注射器封闭空气部分C．为快速完成实验，可快速推动活塞(2)为了在坐标系中获得直线图像，若取y轴为V，则x轴为________(选填“”或“p”).(3)选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到图像如图乙所示(截距a、b已知)，若传感器和注射器连接处的软管容积为V0，则冰糖的体积为________.题组二　光学实验5．[2023·江西南昌模拟]某学习小组想用双缝干涉装置测量某种单色光的波长，将双缝干涉实验器材按要求安装在光具座上，装置如图甲所示．(1)安装时，先打开并调节光源，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮，然后再放好单缝和双缝，其中B处放________(填“单缝”或“双缝”)；(2)将单缝和双缝的高度调整后，在A处放上滤光片就可以观察到单色光的双缝干涉图样，如图乙所示，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．使用间距更小的双缝(3)某同学在测量时，转动手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准亮条纹M的中心，如图丙所示，则图丁中游标卡尺的示数为________mm；然后他继续转动手轮，使分划板中心刻线对准亮条纹N的中心，若游标卡尺的示数为17.4mm，则入射光的波长为________m．已知双缝间距d＝0.2mm，测得屏与双缝间的距离L＝500mm.6．[2023·广西河池模拟]在测量玻璃折射率的实验中：(1)小强同学以通过入射光线P1P2(图片中未标出)的直线与玻璃砖的交点O为圆心，以某一适当长度R为半径画圆，与OA交于P，与OO′的延长线交于Q，从P和Q分别作玻璃砖界面的法线NN′的垂线，P′和Q′分别为垂足，如图甲所示，用刻度尺量得PP′＝45mm，QQ′＝30mm，则玻璃砖的折射率n＝________．(2)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，小明、小强二位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图乙中①、②所示，其中小明同学用的是矩形玻璃砖，小强同学用的是梯形玻璃砖．他们的其它操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图．则小明同学测得的折射率与真实值相比________填(“偏大”“偏小”或“不变”)；小强同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”). 7.[2023·福建厦门一中校考]在估测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：①取油酸1.0mL注入1000mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到800mL的刻度为止．摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸的酒精溶液；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200滴；③在边长约40cm的浅水盘内注入约2cm深的水，将细痱子粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸的酒精溶液，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，膜上没有痱子粉，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，在玻璃板上绘出油酸膜的形状；⑤将画有油酸膜形状的玻璃板放在边长为1.0cm的方格纸上．(1)利用上述具体操作中的有关数据可知，一滴油酸的酒精溶液含油酸的体积为________m3，求得的油酸分子直径为________m(仅此空保留一位有效数字).(2)某同学实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较，数据都偏小．对于出现这种结果的原因，可能是由于________．A．在求每滴溶液体积时，1mL溶液的滴数少记了2滴B．计算油酸面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理C．水面上痱子粉撒的较多，油酸膜没有充分展开D．做实验之前油酸溶液搁置时间过长8．[2023·湖北十堰高中统考]某同学用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律．在橡胶套和柱塞间封闭着一段空气柱，空气柱的长度L可以从刻度尺读取，空气柱的压强p可以从与空气柱相连的压力表读取．缓慢地向下压或向上拉柱塞，保持空气柱的温度不变，测量空气柱的长度及对应的压强，得到如图乙所示的pL图像． 　(1)为了更直观地处理数据，将图乙化曲为直，绘制了如图丙所示的拟合直线，则图丙的横坐标为________(填“”“”“”或“L2”).(2)本实验探究的是气体等温变化时压强p与体积V变化的规律，但测量时却测量了空气柱的长度L，用L代替V的理由是________．A．空气柱的横截面积S恒定B．空气柱的温度恒定C．空气柱的压强恒定(3)根据实验数据，得出的结论为________．A．一定量的气体等温变化时，压强与体积成正比B．一定量的气体等温变化时，压强与体积成反比C．一定量的气体等容变化时，压强与温度成正比D．一定量的气体等容变化时，压强与温度成反比9．[2023·广东省江门市模拟]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)为了减小误差，P1和P2之间的距离应该________(选填“大一些”或“小一些”)；(2)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，上述长度中需用刻度尺测量的是________，则玻璃砖的折射率可表示为n＝________；(3)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”).10．[2023·广西来宾模拟]小张同学用如图甲所示的双缝干涉实验装置来测量光的波长．(1)在组装仪器时单缝和双缝应该相互________放置(选填“垂直”或“平行”).(2)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可以________．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．使用双缝之间的距离更大的双缝(3)观察测量的图样(如图乙所示)，调节仪器使分划板的中心刻线对准一条亮条纹A的中心，测量头的示数如图丙所示，其示数为________mm，移动手轮使分划板中心刻线对准另一条亮条纹B的中心，测量头的示数为10.495mm.已知双缝挡板与光屏间距为0.6m，双缝相距0.2mm，则所测单色光的波长为________m．(结果保留两位有效数字) 考点3　热学、光学实验1．解析：(1)在实验误差允许范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况下，一定质量的气体，p与成正比．故选B.(2)若气体被压缩到V＝10.0mL，则有＝mL－1＝100×10－3mL－1由图乙可读出封闭气体压强为p＝204×103Pa＝2.04×105Pa.(3)某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了ΔV，则在计算pV乘积时，根据p(V0＋ΔV)－pV0＝pΔV可知他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而增大．答案：(1)B　(2)2.04×105Pa　(3)增大2．解析：(1)光线穿过平行玻璃砖的出射光线和入射光线平行，过S1作BS2的平行线，交ad于C点，连接OC，光路图如答图所示．(2)根据几何关系可知，入射角的正弦值sini＝，折射角的正弦值sinr＝，根据折射定律n＝＝.(3)若玻璃砖的宽度变小，ad边与两条光线的交点距离变小，即BC变小，则S1S2间的距离也会变小．答案：(1)如图所示(2)　(3)变小3．解析：(1)“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：准备油酸酒精溶液(④)→准备带水的浅盘即痱子粉(②)→形成油膜(①)→描绘油膜轮廓(⑤)→计算分子直径(③)故正确的顺序为：④②①⑤③.(2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V＝×＝5×10－6mL，面积超过正方形一半的正方形的个数为58个，故油膜的面积S＝58×1×1cm2＝58cm2，油酸分子直径d＝＝m＝8.62×10－10m.(3)油酸未完全散开，则S测量值偏小，则直径测量值偏大，A正确；计算油膜面积时，将所有不足1格的方格记作1格，则S测量值偏大，则直径测量值偏小，B错误；计算油膜面积时，舍去了所有不足1格的方格，则S测量值偏小，则直径测量值偏大，C正确．答案：(1)④②①⑤③　(2)5×10－6　58　8.62×10－10　(3)AC4．解析：(1)活塞应用润滑油涂抹以保证空气密闭性，A正确；推动活塞时，为了保证封闭空气温度不变，不可以用手握住注射器封闭空气部分，B错误；为了保证封闭空气温度不变，应缓慢推动活塞，C错误． (2)气体发生等温变化，根据pV＝C可得V＝C·，为了在坐标系中获得直线图像，若取y轴为V，则x轴为.(3)设冰糖体积为V1，对一定量的气体，根据玻意耳定律可得p(V＋V0－V1)＝C，整理得V＝C·＋V1－V0，可知V1－V0＝b，解得冰糖的体积为V1＝b＋V0.答案：(1)A　(2)　(3)b＋V05．解析：(1)安装时，光具座上放置的光学元件依次为光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒和光屏，故B处应放单缝．(2)由Δx＝λ可知，若想增加从目镜中观察到的条纹个数，应减小相邻亮条纹的间距Δx，该同学可将屏向靠近双缝的方向移动，减小L，或使用间距d更大的双缝，B正确．(3)图丁中游标卡尺的示数为l＝11mm＋1×0.1mm＝11.1mm，相邻亮条纹间距为Δx＝mm＝0.9mm，由双缝干涉规律可得Δx＝λ，代入数据可解得入射光的波长为λ＝＝3.6×10－7m.答案：(1)单缝　(2)B　(3)11.1　3.6×10－76．解析：(1)玻璃砖的折射率n＝＝∶＝＝＝1.5.(2)图①小明同学测定折射率时，作出的折射光线如下图中虚线所示．实线表示实际光线，可见折射角增大，则由折射定律可知，折射率将偏小；图②小强同学测折射率时，主要操作正确，与玻璃砖形状无关，故乙同学测得的折射率与真实值相比不变．答案：(1)1.5　(2)偏小　不变7．解析：(1)一滴油酸的酒精溶液含油酸体积为V0＝×m3＝6.25×10－12m3.由方格纸中油膜轮廓可知，油膜对应的小方格有110个，则有油膜面积为S＝110×1×10－4m2＝1.1×10－2m2，则油酸分子直径为d＝＝m＝6×10－10m.(2)某同学实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较，数据都偏小．在求每滴溶液体积时，1mL溶液的滴数少记了2滴，则一滴油酸的酒精溶液含油酸体积计算值偏大，得到的油酸分子的直径偏大，A错误；计算油酸面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理，则油膜面积计算值偏大，得到的油酸分子的直径偏小，B正确；水面上痱子粉撒的较多，油酸膜没有充分展开，则油膜面积计算值偏小，得到的油酸分子的直径偏大，C 错误；做实验之前油酸溶液搁置时间过长，则一滴油酸的酒精溶液含油酸体积计算值偏小，得到的油酸分子的直径偏小，D正确．答案：(1)6.25×10－12　6×10－10　(2)BD8．解析：(1)根据理想气体状态方程有＝C，V＝SL可得p＝·.(2)气体的体积V＝SL，其中S为空气柱的横截面积，由于空气柱的横截面积S不变，所以用L代替V，A正确．(3)根据实验数据，得出的结论为一定量的气体等温变化时，压强与体积成反比，B正确．答案：(1)　(2)A　(3)B9．解析：(1)大头针之间的距离适当大一些，且垂直地插在纸面上，可使出射光线和折射光线定位准确，减小误差．(2)如图根据几何关系有sini＝，sinr＝，因此玻璃的折射率n＝＝＝，因此只需测量l1和l3即可．(3)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，当玻璃砖顺时针转过一个小角度时，光路图如图在处理数据时，由于P1和P2已经在玻璃砖转动前确定，认为l1是不变的，即入射角不变，而实际情况入射角变大，由n＝可知折射率不变，比值不变，玻璃砖转动后，入射角变大为i′＝i＋θ，由正弦三角函数图像 可知入射角i的图像斜率较大，而折射角r的图像斜率较小，所以入射角变大θ的同时，要保证折射率计算式子比值不变，折射角应该变大的程度更大，即实际折射角变为r′＝r＋θ＋α，由于默认法线不变，则变大实际的光线将远离原设定的法线，即测量的折射角变为r＋α，由几何关系可知l3变大，所以测量值n＝将偏大．答案：(1)大一些　(2)l1和l3　　(3)偏大10．解析：(1)单双缝必须平行，双缝前的单缝是光阑，为了产生相干的光，如果和双缝不平行，双缝上光的亮度不均匀，变成类似点光源，干涉条纹也会受影响，故单双缝必须平行．(2)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，则必须让条纹间距变窄，根据Δx＝λ可知，在使用同种光的情况下，可减小光屏和双缝之间的距离l，或增大双缝间距d.故选BD.(3)螺旋测微器读数5.5mm＋0.01mm×19.5＝5.695mm，由题意知条纹间距Δx＝mm＝1.2mm，由题根据Δx＝λ可得λ＝＝×0.2×10－3m＝4.0×10－7m.答案：(1)平行　(2)BD　(3)5.695(5.694～5.697均可)　4．0×10－7