專題六 實驗技能與創(chuàng)新
用油膜法估測分子的大小，主要對如何通過采用估算的方法測出微小量分子直徑的方法，體現(xiàn)如何進(jìn)行理想化處理；探究氣體實驗定律、測定玻璃的折射率實驗方法主要體現(xiàn)在基本作圖上，這也是實驗基本方法，一定要掌握好．用雙縫干涉測光的波長實驗方法主要體現(xiàn)在精密量具的讀數(shù)上，掌握了游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的原理和讀數(shù)方法后，對實驗四的讀數(shù)也就會了．
命題點一　用油膜法估測分子的大小
(4)用滴管(或注射器)向水面中央滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散開，形成單分子油膜．(5)待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將一塊較大的玻璃板蓋在淺盤上，用彩筆將油酸薄膜的形狀畫在玻璃板上．(6)將玻璃板取出放在坐標(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積S.
4．誤差分析．(1)油酸酒精溶液的實際濃度和理論值間存在偏差；(2)一滴油酸酒精溶液的實際體積和理論值間存在偏差；(3)油酸在水面上的實際分布情況和理想中的“均勻”“單分子純油酸層”間存在偏差；(4)采用“互補(bǔ)法(即不足半個舍去，大于半個的算一個)”計算獲得的油膜面積與實際的油膜面積間存在偏差．
某實驗小組完成“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗．(1)該小組進(jìn)行下列實驗操作，請選出需要的實驗操作，并將它們按操作先后順序排列：D________C(用字母符號表示)；
(2)某次實驗時，滴下油酸酒精溶液后，爽身粉迅速散開形成如圖所示的“鋸齒”邊沿圖案，出現(xiàn)該圖樣的可能原因是______．A．盆中裝的水量太多B．爽身粉撒得太多，且厚度不均勻C．盆太小，導(dǎo)致油酸無法形成單分子層
解析：(1)“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(nèi)每增加一定體積時的滴數(shù)，由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積；往淺盤里倒入約2 cm深的水，水面穩(wěn)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(wěn)定，將帶有坐標(biāo)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(jù)油酸的體積和面積計算出油酸分子直徑的大?。畡t實驗操作順序為DBFEC.(2)出現(xiàn)該圖樣的可能原因是：爽身粉撒得太多，且厚度不均勻，導(dǎo)致油酸沒有均勻排列開．故選B.
答案：(1)BFE　(2)B
在做“用油膜法估測分子的大小”實驗中，油酸酒精溶液的濃度為每104 mL溶液中有純油酸6 mL.用注射器得1 mL上述溶液中有液滴50滴．把1滴該溶液滴入盛水的淺水盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺水盤上，在玻璃板上描出油膜的輪廓，隨后把玻璃放在坐標(biāo)紙上，其形狀如圖所示，坐標(biāo)中正方形小方格的邊長為20 mm.求：
(1)油酸膜的面積是多少？(2)每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是多少？(3)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測出油酸分子的直徑是多少？
解析：(1)求油酸膜的面積時，先數(shù)出“整”方格的個數(shù)，對剩余小方格的處理方法是：不足半個的舍去，多于半個的算一個，數(shù)一下共有59個小方格．面積S＝nS0＝59×(20×10－3)2 m2＝2.4×10－2 m2.
在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，將6 mL的油酸溶于酒精，制成10 L的油酸酒精溶液，測得1 mL的油酸酒精溶液有75滴．現(xiàn)取1滴該油酸酒精溶液滴在水面上，待水面穩(wěn)定后，將帶有網(wǎng)格線的透明塑料蓋板放在淺盤上，用彩筆在塑料蓋板上描出油膜的輪廓，其形狀和尺寸如圖所示，塑料蓋板上的小方格邊長為1 cm.則：(1)油酸膜的面積是________cm2；
(2)1滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是________mL；(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)
(3)按以上實驗數(shù)據(jù)估測出油酸分子的直徑約為________m；(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)(4)某同學(xué)在實驗中最終得到的計算結(jié)果比大部分同學(xué)的結(jié)果偏大，對出現(xiàn)這種結(jié)果的原因，下列說法可能正確的是________．A．錯誤地將油酸酒精溶液的體積直接作為油酸的體積進(jìn)行計算B．計算油酸膜面積時，錯將不完整的方格作為完整方格處理C．計算油酸膜面積時，只數(shù)了完整的方格數(shù)D．水面上爽身粉撒得較多，油酸膜沒有充分展開
命題點二　探究氣體實驗定律1．“探究氣體等溫變化的規(guī)律”實驗．本實驗應(yīng)用物理實驗中常用的控制變量法，探究在氣體質(zhì)量和溫度不變的情況下(即等溫過程)，氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系，如圖所示．
(1)為保證等溫變化，實驗過程中不要用手握住注射器有氣體的部位．同時，改變體積過程應(yīng)緩慢，以免影響密閉氣體的溫度．為保證氣體密閉，應(yīng)在活塞與注射器內(nèi)壁間涂上潤滑油，注射器內(nèi)外氣體的壓強(qiáng)差不宜過大．(2)實驗中所用的壓力表精度較高，而氣柱體積是直接在注射器上讀出的，其誤差會直接影響實驗結(jié)果．
2．探究一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)變化圖像與特點．
利用圖裝置驗證氣體等溫變化實驗規(guī)律，用一個帶兩根細(xì)管的橡皮塞塞緊燒瓶的瓶口，壓強(qiáng)傳感器通過其中一根不帶閥門的細(xì)管連通燒瓶中的空氣，另一根帶閥門的細(xì)管連通注射器．開始時閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，注射器針筒的最大刻度線到閥門之間充滿了水．實驗時打開閥門，緩慢推動注射器活塞向燒瓶內(nèi)注入水．根據(jù)注射器刻度記錄注入水的體積V，同時記錄對應(yīng)氣體的壓強(qiáng)p值，得到多組實驗數(shù)據(jù)．利用圖像法處理數(shù)據(jù)得到甲圖．
(3)某同學(xué)在處理數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)pV′乘積隨壓強(qiáng)p增大而變小，即nRT變小，導(dǎo)致這個現(xiàn)象的原因是①裝置出現(xiàn)漏氣，②環(huán)境溫度降低．
答案：(1)V　b　(2)氣體體積從V2減小到V1過程中外界對氣體做的功的大小　(3)①裝置出現(xiàn)漏氣，②環(huán)境溫度降低
右圖是“用DIS研究在溫度不變時，一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系”的實驗裝置示意圖．實驗操作步驟如下：①將活塞移動到注射器滿刻度處；②用軟管連接注射器和壓強(qiáng)傳感器，并將壓強(qiáng)傳感器重置；③用數(shù)據(jù)線依次連接壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機(jī)；④推動活塞，記錄多組注射器上的刻度數(shù)值V，以及相應(yīng)的壓強(qiáng)傳感器示數(shù)p.
命題點三　測定玻璃的折射率
2．實驗過程．(1)鋪白紙、畫線．①如圖所示，將白紙用圖釘按在平木板上，先在白紙上畫出一條直線aa′作為界面，過aa′上的一點O畫出界面的法線MN，并畫一條線段AO作為入射光線．
②把玻璃磚平放在白紙上，使它的長邊跟aa′對齊，畫出玻璃磚的另一條長邊bb′.
(2)插針與測量．①在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線的方向，直到P1的像被P2擋住，再在觀察的這一側(cè)依次插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P1、P2的像及P3，記下P3、P4的位置．②移去玻璃磚，連接P3、P4并延長交bb′于O′，連接OO′即為折射光線，入射角θ1＝∠AOM，折射角θ2＝∠O′ON.③用量角器測出入射角和折射角，查出它們的正弦值，將數(shù)據(jù)填入表格中．④改變?nèi)肷浣铅?，重復(fù)實驗步驟，列表記錄相關(guān)測量數(shù)據(jù)．
4．注意事項．(1)玻璃磚應(yīng)選用厚度、寬度較大的．(2)大頭針要插得豎直，且間隔要大些．(3)入射角不宜過大或過小，一般在15°～75°之間．(4)玻璃磚的折射面要畫準(zhǔn)，不能用玻璃磚界面代替直尺畫界線．(5)實驗過程中，玻璃磚和白紙的相對位置不能改變．
如圖所示，在插針法測量玻璃折射率的實驗中，兩位同學(xué)先把方格紙固定在木板上．在方格紙上畫出一條直線aa′作為界面(線)，過aa′上的一點O畫出界面的法線NN′，并畫一條線段AO作為入射光線．再把玻璃磚放到方格紙上，畫出玻璃磚的下界面bb′的位置．在直線AO上插兩枚大頭針P1和P2，再在玻璃磚的另一側(cè)插上大頭針P3和P4.確定光路后利用折射定律計算折射率．
(1)關(guān)于本實驗下列說法正確的是______；A．實驗時入射角應(yīng)適當(dāng)大些B．為了減小誤差，插大頭針時應(yīng)使P1和P2、P3和P4的間距小一些C．插大頭針P4時，應(yīng)使P4同時擋住P3和P1、P2的像D．該實驗原理只能測量兩面平行的玻璃磚的折射率(2)利用上述方格紙上的實驗記錄，計算此玻璃磚的折射率為________；(答案可以用分?jǐn)?shù)或根號表示)(3)若某同學(xué)在插大頭針時將P1插到了入射光線的左側(cè)一點的位置(偏差很小)，其他操作均沒有錯誤，則該同學(xué)測出的折射率________．(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)
解析：(1)實驗時入射角應(yīng)適當(dāng)大些，可以減小誤差．故A正確；為了減小誤差，插大頭針時應(yīng)使P1和P2、P3和P4的間距大一些．故B錯誤；光在同一均勻介質(zhì)中沿直線傳播，所以插大頭針P4時，應(yīng)使P4同時擋住P3和P1、P2的像．故C正確；該實驗原理不僅能測量兩面平行的玻璃磚的折射率，也可以測兩面不平行的．故D錯誤．故選AC.(2)光路圖如圖所示
某研究小組根據(jù)光學(xué)知識，設(shè)計了一個測液體折射率的儀器．如圖所示，在一個圓盤上，過其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF.在半徑OA上，垂直盤面插上兩枚大頭針P1、P2并保持位置不變．每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進(jìn)入液體中，而且總使得液面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2，在圓周EC部分插上P3，使P3擋住P1、P2的像．同學(xué)們通過計算，預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可以直接讀出液體折射率的值．
(1)若∠AOF＝30°，OP3與OC之間的夾角為30°，則P3處刻的折射率的值為__________；(2)圖中P3、P4兩處，對應(yīng)折射率較大的是__________；(3)下列關(guān)于該實驗的說法，正確的是__________．A．大頭針P1、P2應(yīng)適當(dāng)遠(yuǎn)一些B．∠AOF可以非常小C．EC弧上的刻度是不均勻的D．插大頭針P3應(yīng)垂直于盤面
命題點四　用雙縫干涉測光的波長
②接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光．③調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏．④安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，二者間距約5～10 cm，這時，可觀察白光的干涉條紋．⑤在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋．(2)測定單色光的波長．①安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋．②使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第1條亮紋；轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數(shù)a2，將該條紋記為第n條亮紋．③用刻度尺測量雙縫到光屏的距離l(d是已知的)．④改變雙縫間的距離d，雙縫到屏的距離l，重復(fù)測量．
4．注意事項．(1)安裝時，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且間距適當(dāng)．(2)光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近．(3)調(diào)節(jié)的基本依據(jù)是：照在光屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測量頭與遮光筒不共軸所致，干涉條紋不清晰一般原因是單縫與雙縫不平行所致，故應(yīng)正確調(diào)節(jié)．
利用雙縫干涉測定光的波長的實驗中，雙縫間距d＝0.4 mm，雙縫到光屏間的距離l＝0.5 m，實驗時，接通電源使光源正常發(fā)光，調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋．
(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，該同學(xué)可________．A．將單縫向雙縫靠近B．將屏向靠近雙縫的方向移動C．將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動D．使用間距更小的雙縫(2)某種單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖2所示，分劃板在圖中A、B位置時游標(biāo)卡尺讀數(shù)也如圖2中所給出，則①分劃板在圖中A位置時游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為xA＝11.1 mm，在B位置時游標(biāo)卡尺讀數(shù)為xB＝________mm，相鄰兩條紋間距Δx＝________mm；②該單色光的波長λ＝________m；
(3)如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，如圖3所示．則在這種情況下測量干涉條紋的間距Δx時，測量值________實際值．(選填“大于”、“小于”或“等于”)
(2022·遼寧沈陽三模)某實驗小組利用圖1裝置測量某種單色光的波長，實驗時，接通電源使光源正常發(fā)光，調(diào)節(jié)器材，在目鏡中可以觀測到干涉圖樣。(1)如圖1所示，實驗所需器材在光具座上依次排列，則A、B處分別是________、________。(填“單縫”“雙縫”)
(2)在目鏡中看到的干涉圖樣是圖2中________(填“甲”或“乙”)。(3)移動測量頭上的手輪，使分劃板的中心刻線對準(zhǔn)第2條亮紋的中心，記下此時手輪上讀數(shù)x1；轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板的中心刻線向右移動對準(zhǔn)第6條亮紋的中心，此時手輪上的讀數(shù)為x2，如圖3所示，則讀數(shù)x2＝________mm；已知雙縫與屏的距離為L，雙縫間距為d，則單色光的波長λ＝________。(用題目中給出的字母表示)

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