专题集训(二十二)　热学和光学实验

专题集训(二十二)

热学和光学实验1.下列是《普通高中物理课程标准》中列出的两个必做实验的部分步骤,请完成实验操作和计算。(1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,某同学的实验操作如下:①取体积V1的纯油酸配制出体积V2的油酸酒精溶液,滴入N滴溶液到量筒,测出其体积为V3;②在浅盘中装入少量水,并在水面上均匀地轻轻撒上少量痱子粉;③用滴管将1滴油酸酒精溶液轻轻滴入水面中央,散开后可以看到油酸膜的轮廓,测得油酸膜面积S。在实验中,撒上少量痱子粉的作用是

,写出油酸分子直径的表达式D=

(用V1、V2、V3、N、S表示)。

方便显示出油酸膜的边界,便于测量油酸膜的面积

(2)“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验装置如图1所示;①在实验过程中某一步骤需要拨动拨杆,是为了

(填正确答案标号)。

A、调节单缝,使单缝和双缝平行B、调节双缝,使双缝和单缝平行C、调节单缝,使单缝和双缝高度相同D、调节双缝,使双缝和单缝高度相同A②实验中使分划板中心刻线与其中一条亮条纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮条纹,此时手轮上示数如图2所示。同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第11条亮纹中心对齐,此时手轮上示数如图3所示,则示数为

mm,求出相邻两个亮条纹的距离Δx。若双缝间距为d,双缝到屏的距离为L,则所测单色光波长的表达式为λ=

(结果用字母表示)。

13.451

2.某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率,具体步骤如下:①平铺白纸,用铅笔画两条互相垂直的直线AA'和BB',交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA',并使其圆心位于O点,画出玻璃砖的半圆弧轮廓线,如图(a)所示。②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖,记录折射光线与半圆弧的交点M。③拿走玻璃砖,标记CO光线与半圆弧的交点P。④分别过M、P作BB'的垂线MM'、PP',M'、P'是垂足,并用米尺分别测量MM'、PP'的长度x和y。⑤改变入射角,重复步骤②③④,得到多组x和y的数据。根据这些数据作出y-x图像,如图(b)所示。(1)关于该实验,下列说法正确的是

(单选,填标号)。

A.入射角越小,误差越小B.激光的平行度好,比用插针法测量更有利于减小误差C.选择圆心O点作为入射点,是因为此处的折射现象最明显(2)根据y-x图像,可得玻璃砖的折射率为

(保留三位有效数字)。

(3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径,则折射率的测量结果

(填“偏大”“偏小”或“不变”)。

B

1.57不变

3.可见光的波长范围为400~700nm,分子直径约为0.1~1.0nm。在中学实验室通过选用恰当的方法,可以测量这样的微小量。下列分别给出两种微小量的测量方法。(1)通过双缝干涉实验测量单色光的波长,实验装置如图甲所示,其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。①测量某亮条纹位置时,手轮上的示数如图乙所示,其示数为

mm。

②下列可以增加目镜中观察到条纹个数的方法为

(多选)。

A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.使用间距更大的双缝D.将实验中的紫光更换为红光③若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,假设某种单色光的条纹间距为Δx,则该单色光的波长λ=

。

4.486(4.485~4.488均可)BC

(2)用油膜法估测油酸分子的大小实验,将浓度为0.10%的油酸酒精溶液一滴一滴滴入量筒,测出一滴溶液的体积为4.5×10-2mL,向浅盘中倒入适量的水,并向水面均匀地撒入痱子粉,把一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸薄膜形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上描出油酸膜的轮廓,如图丙所示,数出形成的油膜占据了115个方格,坐标纸中正方形方格的边长为1cm,则估测出油酸分丙子的直径为

m(计算结果保留2位有效数字)。

3.9×10-9

4.气体实验定律是关于气体热学行为的基本实验定律,是建立理想气体概念的实验依据。在工程技术、环境保护、日常生活等多个方面发挥着关键作用。(1)理想气体忽略了气体分子间的分子力和分子势能,以下气体最接近理想气体的是 (

)

A.高温低压的气体 B.高温高压的气体C.低温低压的气体 D.低温高压的气体A(2)如图1所示某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,它主要由汽缸和活塞组成。开箱时,密闭于汽缸内的压缩气体膨胀,将箱盖顶起,如图所示。在此过程中,若缸内气体与外界无热交换,气体为理想气体,则缸内气体 (

)A.对外做正功,内能增大B.对外做正功,分子的平均动能减小C.对外做负功,分子的平均动能增大D.对外做负功,内能减小B(3)为了探究一定质量的气体等温变化的规律。某同学将注射器水平固定,然后把注射器活塞移动到体积最大的位置,并用橡皮帽封闭注射器右侧的细管,如图2所示。由于没有压强传感器,于是他把活塞和压力传感器相连,可测出移动活塞时,传感器对活塞的压力F。在温度不变的条件下缓慢移动传感器和活塞压缩气体并记录多组压力F和体积V的值,活塞受到的摩擦忽略不计。

BC

②

(4)如图4所示,在高温天气下一辆轿车的胎压监测系统显示某一条轮胎的胎压为p0=3.20atm、温度为47℃。气体视为理想气体,轮胎内部体积始终保持不变。求:①该轮胎温度为27℃时,该轮胎的胎压p1。②由于该胎压偏高,故驾驶员快速放出了适量气体,此时监测系统显示的胎压为2.40atm、温度为27℃。放出气体的质量与原来轮胎内气体的质量之比为多少?

5.可发出红、黄、绿三色光的多层警示灯,被广泛应用于数控机床、电子机械自动化生产线等工业领域。某同学想采用如图甲所示的实验装置测定三种色光的波长:(1)打开多层警示灯的绿光甲灯,将遮光筒对准光源放置。在光源和双缝之间还必须放置一个

(选填“滤光片”或“单缝”),其目的是保证经双缝得到的两列光是

(选填“相干”或“非相干”)光;

(2)已知双缝之间的距离为0.6mm,双缝到屏的距离为1.5m,绿光的干涉图样如下图乙所示,分划板中心刻度线在A位置时螺旋测微器的读数为1.128mm,在B位置时读数如图丙所示,为

mm,则该绿光的波长为

nm(计算结果保留三位有效数字)。

单缝相干6.526540(3)该同学又进行了几组实验,通过照相底片记录了干涉图样,分别测定了红光、黄光的波长(红光625nm、黄光570nm)。下图中(a)(b)(c)是实验中记录下的三种色光的干涉图样,但被不小心弄混了,经判断绿光产生的干涉图样是图

(选填“(a)”“(b)”或“(c)”)。

c

6.自动洗衣机水位检测的精度会影响洗净比和能效等级。某款洗衣机水位检测结构如图1所示。洗衣桶内水位升高时,集气室内气体压强增大,铁芯进入电感线圈的长度增加,从而改变线圈的自感系数。洗衣机智能电路通过测定LC振荡电路的频率来确定水位高度。某兴趣小组在恒温环境中对此装置进行实验研究。(1)研究集气室内气体压强与体积的关系。①洗衣桶内水位H一定时,其内径D的大小

(填“会”或“不会”)影响集气室内气体压强的大小。

②测量集气室高度h0、集气室内径d。然后缓慢增加桶内水量,记录桶内水位高度H和集气室进水高度,同时使用气压传感器测量集气室内气体压强p。H和h数据如下表所示。H/cm15.0020.0025.0030.0035.0040.0045.0050.00h/cm0.330.400.420.520.610.700.780.87不会

H见解析

乙【解析】(1)①集气室内气体压强等于桶内水位高度H和集气室进水高度的高度差产生的压强和