2024屆高考物理二輪復(fù)習(xí)第18講熱學(xué)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新課件-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

第18講　熱學(xué)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新
用油膜法估測(cè)分子的大小，主要對(duì)如何通過(guò)采用估算的方法測(cè)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(shí)驗(yàn)定律、測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)方法主要體現(xiàn)在基本作圖上，這也是實(shí)驗(yàn)基本方法，一定要掌握好．用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)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(cè)微器的原理和讀數(shù)方法后，對(duì)實(shí)驗(yàn)四的讀數(shù)也就會(huì)了.
命題點(diǎn)一　用油膜法估測(cè)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(kāi)，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(pán)上，用彩筆將油酸薄膜的形狀畫(huà)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(shí)際濃度和理論值間存在偏差；(2)一滴油酸酒精溶液的實(shí)際體積和理論值間存在偏差；(3)油酸在水面上的實(shí)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(gè)舍去，大于半個(gè)的算一個(gè))”計(jì)算獲得的油膜面積與實(shí)際的油膜面積間存在偏差．
某實(shí)驗(yàn)小組完成“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)．(1)該小組進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)操作，請(qǐng)選出需要的實(shí)驗(yàn)操作，并將它們按操作先后順序排列：D________C(用字母符號(hào)表示)．
(2)某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，滴下油酸酒精溶液后，爽身粉迅速散開(kāi)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(wú)法形成單分子層
解析：(1)“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)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(shí)的滴數(shù)，由此計(jì)算出一滴油酸酒精溶液的體積；往淺盤(pán)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(pán)
上，然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上；計(jì)算出油膜的面積，根據(jù)油酸的體積和面積計(jì)算出油酸分子直徑的大小．則實(shí)驗(yàn)操作順序?yàn)镈BFEC.(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(méi)有均勻排列開(kāi)．故選B.
答案：(1)BFE　(2)B
在做“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)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(pán)里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺水盤(pán)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(zhǎng)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(cè)出油酸分子的直徑是多少？
1．在“油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，(1)本實(shí)驗(yàn)中做了三點(diǎn)理想化假設(shè)：將油酸分子視為球形；______________；油酸分子是緊挨在一起的；(2)配制油酸酒精溶液時(shí)，油酸酒精溶液的濃度為每1 000 mL 溶液中有純油酸5 mL，用注射器測(cè)得0.5 mL上述溶液有100滴，把一滴該溶液滴入盛水的表面撒有爽身粉的淺盤(pán)里，測(cè)得油酸膜的近似輪廓如圖1所示，圖1中正方形小方格的邊長(zhǎng)為2 cm，則估測(cè)出油酸分子的直徑是________m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)；
(3)在一次實(shí)驗(yàn)中得到了如圖2所示的油膜，如果按此油膜來(lái)計(jì)算分子直徑，你認(rèn)為測(cè)量結(jié)果相對(duì)真實(shí)值會(huì)____________(選填“偏大”“偏小”或“無(wú)系統(tǒng)誤差”)．
2．(1)在用油膜法估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入標(biāo)注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液．然后用滴管吸取這種溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面達(dá)到量筒中1 mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有爽身粉的盛水淺盤(pán)中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜穩(wěn)定后，放在帶有正方形坐標(biāo)格的玻璃板下觀察油膜，如圖甲所示．坐標(biāo)格的每個(gè)小正方形大小為2 cm×2 cm.由圖可以估算出油膜的面積是________cm2，由此估算出油酸分子的直徑是________m(保留1位有效數(shù)字)．
(2)圖乙是用掃描隧道顯微鏡拍下的一個(gè)“量子圍欄”的照片．這個(gè)量子圍欄是由48個(gè)鐵原子在銅的表面排列成直徑為1.4×10－8 m的圓周而組成的，由此可以估算出鐵原子的直徑約為_(kāi)_______m(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)．
命題點(diǎn)二　探究氣體實(shí)驗(yàn)定律1．“探究氣體等溫變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)．本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)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(guò)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(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要用手握住注射器有氣體的部位．同時(shí)，改變體積過(guò)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(rùn)滑油，注射器內(nèi)外氣體的壓強(qiáng)差不宜過(guò)大．
(2)實(shí)驗(yàn)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(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)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(diǎn)．
利用如圖所示裝置驗(yàn)證氣體等溫變化實(shí)驗(yàn)規(guī)律，用一個(gè)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(guò)其中一根不帶閥門(mén)的細(xì)管連通燒瓶中的空氣，另一根帶閥門(mén)的細(xì)管連通注射器．開(kāi)始時(shí)閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，注射器針筒的最大刻度線到閥門(mén)之間充滿了水．實(shí)驗(yàn)時(shí)打開(kāi)閥門(mén)，緩慢推動(dòng)注射器活塞向燒瓶?jī)?nèi)注入水．根據(jù)注射器刻度記錄注入水的體積V，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)氣體的壓強(qiáng)p值，得到多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．利用圖像法處理數(shù)據(jù)得到圖甲．
(3)某同學(xué)在處理數(shù)據(jù)時(shí)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(gè)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(guò)程中外界對(duì)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
1.某物理實(shí)驗(yàn)小組為了探究在壓強(qiáng)不變的情況下氣體的體積與熱力學(xué)溫度的關(guān)系，選用了如圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置，圖中壓強(qiáng)計(jì)的指針可指示出管內(nèi)氣柱的壓強(qiáng)，刻度可指示出氣柱的體積，整個(gè)裝置安裝在固定架上，實(shí)驗(yàn)中氣柱質(zhì)量不變．
(1)將下列實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整；①在燒杯中放入冰水混合物，使其浸沒(méi)氣柱，壓強(qiáng)計(jì)示數(shù)穩(wěn)定后，記下冰水混合物的熱力學(xué)溫度T、氣柱的體積V和壓強(qiáng)p0；②改變燒杯內(nèi)的水溫，使水浸沒(méi)氣柱，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，緩慢調(diào)節(jié)活塞位置改變氣柱的體積，使壓強(qiáng)計(jì)的示數(shù)_______，記下氣柱體積和水的熱力學(xué)溫度；③多次改變水溫，重復(fù)步驟②；
(2)下表為某次實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)：
(3)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在圖(b)給出的坐標(biāo)系中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出V-T圖線．
(4)根據(jù)作出V-T的圖線可知，一定質(zhì)量的氣體在壓強(qiáng)不變的情況下，體積V與熱力學(xué)溫度T成________關(guān)系．
解析：(1)本實(shí)驗(yàn)是探究在壓強(qiáng)不變的情況下氣體的體積和熱力學(xué)溫度的關(guān)系，故需要控制壓強(qiáng)保持不變，使壓強(qiáng)計(jì)示數(shù)為p0.(3)根據(jù)表格的數(shù)據(jù)，補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)并描點(diǎn)連線，作出如下圖線：
(4)根據(jù)作出的V-T圖線可知，一定質(zhì)量的氣體在壓強(qiáng)不變的情況下，體積V與熱力學(xué)溫度T成一次線性關(guān)系．
答案：(1)p0　(3)圖見(jiàn)解析　(4)線性
2．下圖是“用DIS研究在溫度不變時(shí)，一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．實(shí)驗(yàn)操作步驟如下∶①將活塞移動(dòng)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(jì)算機(jī)；④推動(dòng)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(diǎn)三　測(cè)定玻璃的折射率1．實(shí)驗(yàn)原理．
②把玻璃磚平放在白紙上，使它的長(zhǎng)邊跟aa′對(duì)齊，畫(huà)出玻璃磚的另一條長(zhǎng)邊bb′.
(2)插針與測(cè)量．①在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2，透過(guò)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(zhǎng)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(cè)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(shí)驗(yàn)步驟，列表記錄相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)．
4．注意事項(xiàng)．(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(guò)大或過(guò)小，一般在15°～75°之間．(4)玻璃磚的折射面要畫(huà)準(zhǔn)，不能用玻璃磚界面代替直尺畫(huà)界線．(5)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚和白紙的相對(duì)位置不能改變．
某同學(xué)用插針?lè)y(cè)量某種材料制成的三棱鏡的折射率，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)先在木板上鋪一張方格紙，方格紙上的小格子均為正方形，將棱鏡放在方格紙上，然后畫(huà)出棱鏡的界面，如圖所示．在棱鏡的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，用“?”表示大頭針的位置，然后在另一側(cè)透過(guò)棱鏡觀察，并依次插上大頭針P3和P4，利用相關(guān)實(shí)驗(yàn)器材測(cè)出棱鏡的折射率，下列說(shuō)法正確的有________．A．P3只需擋住P2的像B．P4擋住P3的同時(shí)，還要擋住P1和P2的像
C．該實(shí)驗(yàn)除刻度尺外，還必須使用量角器D．該實(shí)驗(yàn)僅需使用刻度尺，無(wú)需使用量角器(2)經(jīng)正確操作，四枚大頭針的位置如圖所示，請(qǐng)?jiān)趫D上作出實(shí)驗(yàn)光路圖．(3)依據(jù)光路圖，可得該棱鏡的折射率為_(kāi)_______(計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)．
解析：(1)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，要先在白紙上放好玻璃磚，在玻璃磚的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，然后在玻璃磚另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在一側(cè)相繼又插上兩枚大頭針P3和P4，使P3同時(shí)擋住P1、P2的像，P4擋住P3及P1、P2的像，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；該實(shí)驗(yàn)僅需使用刻度尺，無(wú)需使用量角器，故C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確．故選BD.
某研究小組根據(jù)光學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)液體折射率的儀器．如圖所示，在一個(gè)圓盤(pán)上，過(guò)其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF.在半徑OA上，垂直盤(pán)面插上兩枚大頭針P1、P2并保持位置不變．每次測(cè)量時(shí)讓圓盤(pán)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(guò)計(jì)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_(kāi)_________．(2)圖中P3、P4兩處，對(duì)應(yīng)折射率較大的是__________．(3)下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)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(pán)面
命題點(diǎn)四　用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)
②接好光源，打開(kāi)開(kāi)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(shí)，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(cè)定單色光的波長(zhǎng)．①安裝測(cè)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(duì)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(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中央，記下此時(shí)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(cè)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(cè)量．
(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(cè)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(cè)定光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)中，雙縫間距d＝0.4 mm，雙縫到光屏間的距離l＝0.5 m，實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(gè)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(dòng)C．將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng)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(shí)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(shí)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為xA＝11.1 mm，在B位置時(shí)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(zhǎng)λ＝________m.
(3)如果測(cè)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(cè)量干涉條紋的間距Δx時(shí)，測(cè)量值______(選填“大于” “小于”或“等于”)實(shí)際值．
某實(shí)驗(yàn)小組利用圖1裝置測(cè)量某種單色光的波長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(cè)到干涉圖樣。(1)如圖1所示，實(shí)驗(yàn)所需器材在光具座上依次排列，則A、B處分別是________、________．(均選填“單縫”“雙縫”)
(2)在目鏡中看到的干涉圖樣是圖2中________(選填“甲”或“乙”)．(3)移動(dòng)測(cè)量頭上的手輪，使分劃板的中心刻線對(duì)準(zhǔn)第2條亮紋的中心，記下此時(shí)手輪上讀數(shù)x1；轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板的中心刻線向右移動(dòng)對(duì)準(zhǔn)第6條亮紋的中心，此時(shí)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(zhǎng)，雙縫間距為d，則單色光的波長(zhǎng)λ＝________(用題目中給出的字母表示)．
解析：(1)發(fā)生干涉的條件是相位差恒定且頻率相同，所以組裝儀器時(shí)，A處應(yīng)固定單縫，產(chǎn)生相位差恒定的光；B處固定雙縫，產(chǎn)生兩列頻率相同的光，從而可以在毛玻璃上形成穩(wěn)定的干涉圖樣．(2)干涉圖樣為明暗相間且等間距的條紋，故選甲．(3)由圖示螺旋測(cè)微器可知，固定刻度讀數(shù)1.5 mm，可動(dòng)刻度讀數(shù)為20.0×0.01＝0.200 mm，

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