资源简介 (共80张PPT)第17讲 其他实验题型1 用单摆测定重力加速度题型2 测量玻璃的折射率题型3 用双缝干涉实验测量光的波长题型4 用油膜法估测油酸分子的大小题型5 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系网络构建备用习题【关键能力】关注这些实验中有关仪器的选择、实验的操作注意事项、有关实验现象特征的记录及分析,会进行简单计算,新高考下,注意原选考模块实验也成为必考实验的内容.尤其是要关注新教材新增实验.题型1 用单摆测定重力加速度1.构成单摆的条件:细线的质量要小、弹性要小,选用体积小、密度大的小球,摆角不超过 .2.要使摆球在同一竖直面内摆动,不能形成圆锥摆,方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放.3.测周期的方法:(1)要从摆球通过平衡位置时开始计时.因为摆球通过平衡位置时速度大、计时误差小,而在最高点时速度小、计时误差大.(2)要测多次全振动的时间来计算周期.如在摆球通过平衡位置时开始计时,且在数“零”的同时按下停表,以后每当摆球从同一方向通过平衡位置时计数1次.例1 某物理课外活动小组准备用单摆测量当地的重力加速度:(1) 下列器材和操作最合理的是___.A. B. C. D.√[解析] 根据单摆理想模型可知,为减小空气阻力的影响,摆球应采用密度较大、体积较小的铁球,为使单摆摆动时摆长不变,摆线应用不易变形的细丝线,悬点应用铁夹来固定.故选D.A. B. C. D.(2) 某次测量小球直径的结果如图所示,则这次测量的读数为___________________________ .均可[解析] 这次测量的读数为 .(3) 实验中,测得摆球经过次全振动的总时间为 .在测量单摆的摆长时,先用毫米刻度尺测得摆线长度为,再用游标卡尺测量摆球的直径为 .则重力加速度的表达式为 _ __________.(用题目中给出的字母表示)[解析] 根据单摆周期公式,其中, ,解得.(4) 如果测的 值偏小,可能的原因是___.A.测摆长时,摆线拉得过紧B.摆线上端悬点未固定,振动中出现松动,使摆线长度增加了C.开始计时时,停表过迟按下D.实验时误将49次全振动记为50次√[解析] 因为重力加速度的表达式为 ,测摆长时摆线拉得过紧,所测摆长偏大,则所测重力加速度偏大,故A错误;摆线上端悬点未固定,振动中出现松动,即实际中的摆线长度增加了,测量的摆长偏小,故所测重力加速度偏小,故B正确;开始计时时,停表过迟按下,所测周期偏小,则所测重力加速度偏大,故C错误;实验中误将49次全振动次数记为50次,所测周期偏小,则所测重力加速度偏大,故D错误.例2 [2024·东阳中学模拟] 如图甲所示是某物理兴趣小组设计的实验装置,能够测量当地的重力加速度并验证机械能守恒定律.先将力传感器固定在天花板上,再用一条细线使其一端系在传感器上,另一端系住一个小球,传感器可以显示出拉力的大小.(1) 实验开始前,用游标卡尺测出小球的直径,示数如图乙所示,则小球的直径____ .让小球处于自然悬挂状态,此时传感器显示的拉力大小为,测出悬线的长为 .[解析] 游标卡尺的读数为 .9.7(2) 将小球拉离平衡位置使细线与竖直方向成一定的张角 (未知但很小),由静止释放小球,使小球在竖直面内做往复运动,力传感器测出悬线的拉力随时间变化的关系如图丙所示,其中拉力的最小值与最大值分别为 、,拉力变化周期为,则当地的重力加速度 _ __________(用已知和测量的物理量符号表示).[解析] 单摆周期为,摆长,根据单摆周期公式 ,,可得 .(3) 验证机械能守恒定律成立的表达式为__________________(用、 、表示).[解析] 由机械能守恒定律得,又因为, ,,得 .题型2 测量玻璃的折射率1.插针法示意图2.数据处理(1)计算法:用量角器测量入射角和折射角,并查出其正弦值和,算出不同入射角时的,并取平均值.(2)图像法改变不同的入射角,测出不同的折射角 ,作图像,由 可知,图像应为直线,如图所示,其斜率表示折射率.(3)单位圆法以入射点为圆心,以一定长度 为半径画圆,交入射光线于点,交折射光线于点,过作的垂线,过作的垂线 .如图所示,,, ,则.只要用刻度尺测出、 的长度就可以求出 .3.误差分析(1)确定入射光线、出射光线时造成误差,故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些.(2)入射角和折射角的测量造成误差,故入射角应适当大些,以减小测量的相对误差.例3 如图甲是测量玻璃折射率的一种方式.在木板上铺一张白纸,把玻璃砖放在纸上,用铅笔描出玻璃砖的两个透光面边界和 .在玻璃砖的一侧插两个大头针、 .眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针,使把挡住.在眼睛这一侧再插第三个大头针 ,使它把、都挡住,插第四个大头针 ,使它把前三个大头针都挡住.四个大头针位置如图所示.(1) 关于该实验,下列说法正确的是____.A.、大头针连线与 边界夹角越大,误差越小B.插在光学元件同侧的两个大头针间的距离应适当大些C.实验时若无量角器,也可用圆规和直尺等工具进行测量[解析] A、B大头针连线与 边界夹角要适当,不是越大越好,故A错误;为减小实验误差,插在光学元件同侧的两个大头针间的距离应适当大些,故B正确;实验时若无量角器,也可用圆规和直尺等工具进行测量,将角度正弦值之比转化为角度对边长度之比,故C正确.√√(2) 经正确操作后,请在图甲上画出光路图,标出在 界面的法线、入射角和折射角;[答案] 如图所示[解析] 光路图如图所示.(3) 假设该玻璃砖边界和 边不平行,按照该方式进行的测量结果比真实值______(填“偏大”“相等”或“偏小”).相等[解析] 玻璃砖两个表面是否平行对入射角和折射角无影响,按照该方式进行的测量结果与真实值相等.(4) 假设作图时其余部分均正确,只有玻璃砖 边界出现偏差,作成虚线,如图乙所示.按照该边界的测量结果比真实值______(填“偏大”“相等”或“偏小”).偏小[解析] 由题意作光路图,只有玻璃砖 边界出现偏差,可知入射角不发生变化,折射角大于实际的折射角,根据折射定律,可知按照该边界的测量结果比真实值偏小.例4 [2024·山东枣庄模拟] 如图甲所示,图中阴影部分 为透明材料制成的柱形光学元件的横截面,为半径为的 圆弧,某实验小组为测量该光学元件的折射率,先通过作图确定了圆弧圆心 的位置.请回答下面问题:(1) 实验小组先在处插一枚大头针,然后在线段和 之间某一位置插大头针,在边右侧任意位置观察,发现都无法挡住 ,原因是_________________________,若要在边右侧观察到挡住,应将向____边方向移动(选填“”或“ ”).[解析] 发现都无法挡住,原因是光线在 边发生了全反射,应减小入射角,即将向 边方向移动.光线在边发生了全反射(2) 该小组经过讨论,重新设计了实验方案,进行了如下操作:①在处插大头针,在边右侧合适位置插大头针 ,调整观察角度,再插上大头针,使把和 都挡住;②画出元件边界,作出图乙所示光路图,以、连线与边交点 为圆心作圆,分别过圆与直线和的交点作 边的垂线,垂足分别为、 ;③用刻度尺测出线段和的长度分别为、 ,则该元件的折射率___.[解析] 根据折射定律可知 .(3) 若测得该元件的折射率,在 处固定一点光源,只考虑首次从圆弧直接射向、的光线,从点光源射向圆弧 的光中,有一部分不能从、面直接射出,则这部分光照射到圆弧 上的弧长为_____.[解析] 测得该元件的折射率 ,则全反射的临界正弦角为,则 ,如图所示,若沿方向射到 面上的光线刚好发生全反射,则,同理,若沿 方向射入的光线恰好在面上发生全反射,可得 ,因此,据几何关系可得 .题型3 用双缝干涉实验测量光的波长1.装置及器材2.数据处理(1)条纹间距.(2)波长.(3)计算多组数据,求 的平均值.3.误差分析(1)双缝到屏的距离的测量存在误差.(2)测条纹间距带来的误差.①干涉条纹没有调整到最清晰的程度.②分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心.③测量多条亮条纹间的距离时读数不准确,此间距中的条纹数未数清.例5 [2024·湖州二中模拟](1) 如图所示是“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验装置.(1) 如图所示是“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验装置.① 实验时,应首先调节______和________的中心均位于遮光筒的轴线上,并使单缝和双缝竖直且互相平行.光源滤光片[解析] 应首先调节光源和滤光片的中心均位于遮光筒的轴线上,并使单缝和双缝竖直且互相平行,使光源发出的光束沿遮光筒的轴线把屏照亮.② 在滤光片插座上分别插入红色和绿色滤光片,看到的红色条纹间距______(选填“等于”“大于”或“小于”)绿色条纹间距.大于[解析] 根据双缝干涉条纹间距公式 ,红光的波长比绿光的波长大,可知红色条纹间距大于绿色条纹间距.③ 若要增大双缝干涉条纹间距,下列操作正确的有___.A.减小双缝与光源间的距离 B.增大双缝与光源间的距离C.增大滤光片与单缝间的距离 D.增大双缝与屏间的距离√[解析] 根据双缝干涉条纹间距公式 可知,在同样波长的光照射下,增大双缝到光屏的距离,或减小双缝的间距 ,都可以增大干涉条纹间距.故选D.(2) 下列关于拨杆的功能、安装及操作的说法中,正确的是_____.A.用手拨动拨杆可使单缝与双缝平行,从而使干涉图样更清晰B.拨杆端插入单缝上的卡口中,用手左右拨动拨杆的端使 处左右移动,并带动 处小孔中套入的支柱C.拨杆处小孔套入双缝所在处的支柱,用手左右拨动拨杆的端使 端左右移动,并带动单缝上的卡口D.拨杆处小孔套入双缝所在处的支柱,用手上下拨动拨杆的端使 端上下移动,并带动单缝上的卡口√√[解析] 实验中拨杆的作用在于,将拨杆B处小孔套入双缝所在处的支柱,用手左右拨动拨杆的C端使A端左右移动,并带动单缝上的卡口位置,使单缝与双缝平行,从而使干涉图样更清晰,A、C正确,B、D错误.例6 在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上,如图甲所示.已知双缝间的距离为,屏距双缝的距离为 ,用测量头测量条纹间距.(1) 将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图乙 所示;然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,此时如图乙 所示的手轮上的示数为_______,求得相邻亮纹的间距为______ .[解析] 如图乙所示的手轮上的示数为 ,如图乙所示的手轮上的示数为 ;相邻亮纹的间距为 .13.8702.310(2) 波长的表达式为____(用、、 表示).[解析] 根据双缝干涉条纹间距公式 得 .(3) 若改用频率较高的单色光照射,得到的干涉条纹间距将______(选填“变大”“不变”或“变小”).变小[解析] 改用频率较高的单色光照射,光的波长变短,根据 知得到的干涉条纹间距变小.(4) 图丙为上述实验装置部分示意图.为单缝,、为双缝,屏上 点处为一条亮条纹.若实验时单缝偏离光轴,向下微微移动,则可以观察到 点处的干涉条纹___(填选项前的字母).A.向上移动 B.向下移动 C.间距变大 D.间距变小[解析] 实验时单缝偏离光轴,向下微微移动,通过双缝、 的光仍是相干光,仍可产生干涉条纹,对于中央亮纹来说,从单缝经过、 到中央亮纹的路程差仍等于0,则中央亮纹 的位置略向上移动,故A正确,B错误;由于 、、均不变,则双缝干涉条纹间距 不变,故C、D错误.√题型4 用油膜法估测油酸分子的大小1.装置和器材2.数据处理(1)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积.方法是计算轮廓范围内正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个,用正方形的个数乘单个正方形的面积就是油膜的面积.(2)根据油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积,利用一滴溶液中纯油酸的体积和薄膜的面积,算出油酸薄膜的厚度,即为油酸分子的直径.看分子直径数量级(单位为)是否为,若不是则需重做实验.3.(1)纯油酸体积的计算引起误差.(2)油膜面积的计算造成误差.①油膜形状的边界画线造成误差;②数格子的个数造成误差.例7 [2024·绍兴一中模拟](1) 如图所示的四个图反映“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中的四个步骤,将它们按操作先后顺序排列应是______(用符号表示).[解析] “用油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为:配置油酸酒精溶液 测定一滴油酸酒精溶液的体积 准备浅水盘形成油膜 描绘油膜边缘测量油膜面积 计算分子直径,则操作先后顺序应是 .(2) 取油酸注入 的容量瓶内,然后向瓶中加入酒精,直到液面达到 的刻度为止,得到油酸酒精混合溶液.用滴管吸取混合溶液逐滴滴入量筒,记录滴入的滴数直到量筒达到 为止,恰好共滴了100滴.取一滴混合溶液滴在浅盘内的水面上(已撒爽身粉),数得油膜轮廓占面积为小格子120格.则油酸分子的直径约为___________(结果保留2位有效数字).[解析] 油膜约占120格,面积约为 ,一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为,油酸分子的直径约等于油膜的厚度, .(3) 该同学做完实验后,发现自己所测的分子直径 明显偏大,出现这种情况的原因可能是_____.A.将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算B.油酸酒精溶液长时间放置,酒精挥发使溶液的浓度发生了变化C.计算油膜面积时,只数了完整的方格数D.求每滴溶液中纯油酸的体积时, 溶液的滴数多记了10滴√√[解析] 计算油酸分子直径的公式是,是纯油酸的体积, 是油膜的面积,将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算,则 取值偏大,导致 偏大,故A正确;油酸酒精溶液长时间放置,酒精挥发使溶液的浓度增大,则取值偏小,导致 偏小,故B错误;计算油膜面积时,只数了完整的方格数,则取值偏小,导致 偏大,故C正确;求每滴溶液中纯油酸的体积时,的溶液的滴数多记了10滴,则取值将偏小,导致 偏小,故D错误.(4) 用油膜法测出油酸分子的直径后,要测定阿伏加德罗常数,还需要知道油酸的___.A.摩尔质量 B.摩尔体积 C.质量 D.体积[解析] 设一个油酸分子体积为,则,由 可知,要测定阿伏加德罗常数,还需知道油酸的摩尔体积,故B正确.√例8 在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中:(1) 以下操作不正确的是___.A.直接将一滴油酸滴到水面上B.向浅盘中倒入 左右深的水,均匀地撒上爽身粉C.油膜稳定后将玻璃板盖到浅盘上画出油膜轮廓[解析] 油酸浓度太大且不溶于水,直接滴一滴油酸不能形成单分子油层,故A错误;为了便于观察油酸在水面扩散的面积,所以在水面均匀撒上爽身粉,故B正确;为了定量测出油酸扩散面积,用带方格的玻璃板盖到浅盘上画出油膜轮廓,故C正确.√(2) 前面正确操作后,某同学将油酸酒精溶液滴到均匀撒好爽身粉的水面上时油膜的面积会___.A.变大 B.变小 C.先变大后变小[解析] 酒精溶于水,油酸酒精溶液滴到水中在酒精的作用下形成单分子油膜,随后酒精挥发油膜的面积又缩小,故选C.√(3) 不同实验小组向水面滴入一滴油酸酒精溶液时得到以下油膜形状,做该实验最理想的是___.A. B.C.√[解析] 最理想的情况是爽身粉很薄,容易被油酸酒精溶液冲开,近似圆形,故选C.题型5 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系1.装置器材2.数据处理及结论(1)空气柱的体积等于空气柱长度与柱塞的横截面积的乘积.(2)以压强为纵坐标,以体积的倒数为横坐标,作出图像.(3)在误差允许的范围内,一定质量的气体在温度不变的条件下,压强跟体积的倒数成正比,即压强与体积成反比.例9 两个实验小组做“探究等温情况下一定质量气体的压强与体积的关系”的实验.(1) 第一个实验小组的同学利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律,注射器中密封了一定质量的气体.① 实验过程中,下列操作正确的是_____.(填正确答案标号)A.应该以较快的速度推拉柱塞来改变空气柱的体积B.实验前应先利用天平测量出注射器、柱塞及压力表的总质量C.推拉柱塞时,手不可以握住整个注射器D.实验过程中要保证橡胶套的密闭性良好,以保证空气柱的质量一定√√[解析] 应该以较慢的速度推拉柱塞来改变空气柱的体积,以避免操作动作过快使空气柱的温度发生改变,A错误;因压强由压力表测得,不是由平衡条件计算出的,所以实验前不需要利用天平测量出注射器、柱塞及压力表的总质量,B错误;实验过程中手不能握住注射器,以免改变空气柱的温度,使气体发生的不是等温变化,C正确;实验过程中要保证橡胶套的密闭性良好,以保证空气柱的质量一定,D正确.② 实验时,缓慢推动活塞,注射器内气体的体积逐渐减小.若实验过程中环境温度逐渐降低,测得多组空气柱的压强和体积 的数据,则实验得到的 图像应为图选项中的___.(填正确答案标号)[解析] 根据理想气体状态方程,可得 ,可知随着环境温度逐渐降低, 图像的斜率会逐渐减小,A项正确.√A. B. C. D.(2) 第二个实验小组的同学用气体压强传感器做实验,实验装置如图乙所示.在操作规范、不漏气的前提下,测得多组压强和体积 的数据并作出图像,发现图线不过坐标原点,如图丙所示.造成这一结果的原因是____________________;图丙中 的物理含义是____________________________________.胶管的容积不可忽略连接压强传感器和注射器的胶管的容积[解析] 根据理想气体状态方程得,解得 ,造成这一结果的原因是胶管的容积不可忽略;图丙中 的物理含义是连接压强传感器和注射器的胶管的容积.例10 [2024·湖南长沙模拟] 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.(1) 将冰糖装进注射器,通过推、拉活塞改变封闭气体的体积和压强.若实验过程中不慎将活塞拔出针筒,则______(填“需要”或“不需要”)重做实验.需要[解析] 实验需要保持气体温度与质量不变,操作中,若实验过程中不慎将活塞拔出针筒,则必须废除之前获得的数据,重做实验,这是为了保持气体质量不变.(2) 实验中通过活塞所在刻度读取了多组体积及对应压强,为了在坐标系中获得直线图像,应选择___.A.图像 B.图像 C.图像 D. 图像√[解析] 设冰糖的体积为,则气体的体积为 ,由玻意耳定律知,为了获得直线图像,应表示为,选择 图像,故选C.(3) 选择合适的坐标后,该同学通过描点作图,得到直线的函数图像如图乙所示,忽略传感器和注射器连接处的软管容积,则这颗冰糖的体积为___.[解析] 由函数关系结合图像可知 .1. 用如图所示实验装置做“用单摆测重力加速度”的实验.(1)在摆球自然悬垂的状态下,用米尺测出摆线长为l,用游标卡尺测得摆球的直径为d,则单摆摆长为 (用字母l、d表示). l+[解析] 在摆球自然悬垂的状态下,用米尺测出摆线长为l,用游标卡尺测得摆球的直径为d,则单摆摆长为L=l+.(2)为了减小测量误差,下列说法正确的是 (填选项前的字母). A.将钢球换成塑料球B.当摆球经过平衡位置时开始计时C.把摆球从平衡位置拉开一个很大的角度后释放D.记录一次全振动的时间作为周期,根据公式计算重力加速度gB[解析] 将钢球换成塑料球,会增加阻力的影响从而增加误差,选项A错误;当摆球经过平衡位置时开始计时,可减小测定周期产生的误差,选项B正确;单摆的摆角要小于5°,否则就不是简谐运动了,则把摆球从平衡位置拉开一个很大的角度后释放,会增加实验误差,选项C错误;应该至少测量30次全振动的时间测量周期,记录一次全振动的时间作为周期误差会较大,选项D错误.(3)若测得的重力加速度g值偏小,可能的原因是 (填选项前的字母). A.把悬点到摆球下端的长度记为摆长B.把摆线的长度记为摆长C.摆线上端未牢固地系于悬点,在振动过程中出现松动D.实验中误将摆球经过平衡位置49次记为50次BC[解析] 根据T=2π可知g=,把悬点到摆球下端的长度记为摆长,则L测量值偏大,则测得的g偏大,选项A错误;把摆线的长度记为摆长,则L测量值偏小,则测得的g偏小,选项B正确;摆线上端未牢固地系于悬点,在振动过程中出现松动,则实际摆长变大,计算所用的摆长偏小,则测得的g偏小,选项C正确;实验中误将摆球经过平衡位置49次记为50次,则周期测量值偏小,则测得的g偏大,选项D错误.(4)某同学利用质量分布不均匀的球体作摆球测定当地重力加速度,摆球的重心不在球心,但是在球心与悬点的连线上.他仍将从悬点到球心的距离当作摆长L,通过改变摆线的长度,测得6组L和对应的周期T,画出T2-L图线,然后在图线上选取A、B两个点,坐标分别为(LA,)(LB,),如图所示.由图可计算出重力加速度g= . [解析] 若摆球重心在球心以上x处,则T=2π,解得T2=L-x,则图像的斜率为k=,解得g=.(1)以入射点O为圆心,以R=5 cm长度为半径画圆,与入射线PO交于M点,与折射线的延长线OQ交于F点,过M、F点分别向法线作垂线,量得MN=1.68 cm,FE=1.12 cm,则该玻璃砖的折射率n= . 2. 图甲所示是利用插针法测定玻璃砖折射率的实验得到的光路图,玻璃砖的入射面AB和出射面CD并不平行.1.5[解析] 由几何知识得,入射角的正弦sin i=,折射角的正弦sin r=,则折射率n=≈1.5.(2)若玻璃砖AB面与CD平行,但某同学操作时将界线aa'、bb'画好后误用另一块宽度稍窄的玻璃砖如图乙所示,实验中除用原界线外,其他操作都正确,则测得玻璃的折射率将 (填选项前的字母). A.偏大 B.偏小C.不影响结果 D.不能确定B[解析] 如图所示,实线是实际光线,虚线是该同学所作的光线,可见,该同学利用插针法确定入射光线、折射光线后,测得的入射角不受影响,但测得的折射角比真实的折射角偏大,因此测得的折射率偏小.3. 探究气体等温变化规律的实验装置如图甲所示.空气柱的长度由刻度尺读取、气体的压强通过柱塞与注射器内空气柱相连的压力表读取.(1)为得到气体的压强与体积关系,下列做法正确的是 (填选项前的字母). A.柱塞上涂油是为了减小摩擦力B.改变气体体积应缓慢推拉柱塞C.推拉柱塞时可用手握住注射器D.实验前应测得柱塞受到的重力B[解析] 柱塞上涂油是为了防止漏气,并不是为了减小摩擦力,A错误;实验中为了使气体能够做等温变化,改变气体体积应缓慢推拉柱塞,B正确;推拉柱塞时不可用手握住注射器,会使气体温度变高,C错误;实验前应测量柱塞的横截面积,并不是测量重力,这样才能得到空气柱的体积,D错误.(2)采用该装置进行实验,操作过程无误,但根据测得的数据作出的V-图像不过坐标原点,如图乙所示,图像不过原点的可能原因为: ..与橡皮帽连接处的气体(或者气体实际体积比测量值大等等)实验时未考虑注射器前端[解析] 注射器前端与橡皮帽连接处的气体未测量在内,所以气体实际体积比测量值大,导致根据测得的数据作出的V-图像不过坐标原点. 展开更多...... 收起↑ 资源预览