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专题分层突破练18　光学与热学实验
A组
1.某实验小组使用图甲的装置测量某红色激光的波长。用光具座固定激光笔和刻有双缝的黑色纸板,双缝间的宽度d=0.2 mm。激光经过双缝后投射到光屏中的条纹如图乙所示,由刻度尺读出A、B两亮纹间的距离x=　　　　 mm。通过激光测距仪测量出双缝到投影屏间的距离l=2.0 m,已知(Δx为相邻两条亮纹间的距离),则该激光的波长λ=　　　　 m。如果用紫色激光重新实验,相邻亮纹间距会　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
甲
乙
2.如图甲所示,在测量玻璃折射率的实验中,两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜,并确定AB和AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线,并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2,再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。
甲
(1)此后正确的操作步骤是　　　　。
A.插上大头针P3,使P3挡住P2的像
B.插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像
C.插上大头针P4,使P4挡住P3的像
D.插上大头针P4,使P4挡住P1、P2的像和P3
(2)正确完成上述操作后,在纸上标出大头针P3、P4的位置(图中已标出)。为测量该种玻璃的折射率,两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路图和若干条辅助线,如图乙、丙所示。能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图　　　　(选填“乙”或“丙”),所测玻璃折射率的表达式为n=　　　　(用lED、lFG表示)。
乙
丙
B组
3.(2024江苏常州期中)用油膜法估测油酸分子的大小的实验步骤如下:
A.向浅盘中倒入适量的水,并向水面均匀地撒入爽身粉
B.将1 mL纯油酸加入酒精中,得到2×103 mL的油酸酒精溶液
C.把玻璃板放在坐标纸上,计算出薄膜的面积S(坐标纸中正方形小方格的边长为20 mm)
D.将配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下50滴溶液的体积
E.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
F.按照得到的数据,估算出油酸分子的直径
(1)上述步骤中,正确的顺序是　　　　(填步骤前的字母)。
(2)实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精的作用是　　　　。
A.可使油酸和爽身粉之间形成清晰的边界轮廓
B.对油酸溶液起到稀释作用
C.有助于测量一滴油酸的体积
D.有助于油酸的颜色更透明便于识别
(3)下图为描出的油酸膜轮廓,油酸膜的面积约为　　　　 m2。
(4)已知50滴溶液的体积为1 mL,估算油酸分子的直径约为　　　　 m(保留两位小数)。
(5)某同学在用油膜法估测分子直径的实验中,计算结果明显偏小,可能是由于　　　　(填选项前的字母)。
A.油酸未完全散开
B.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格
C.求每滴体积时,1 mL的溶液的滴数少记了10滴
D.油酸酒精溶液配制的时间较长,酒精挥发较多
4.(2024广西玉林模拟)用图所示装置完成探究气体等温变化的规律实验。
(1)下列说法正确的是　　　　。
A.实验时需要用手握住注射器外壁
B.实验时缓慢地向上拉或向下压柱塞,是为了尽量减小注射器与柱塞间的摩擦
C.封闭一定质量的气体时,先要摘除橡胶套,拉动柱塞使之移到适当位置后,再用橡胶套封闭注射器的注射孔
(2)某实验小组进行了两次规范的实验,并由记录的数据作出了p-V图像,如图甲、乙图线所示。若两次实验气体的质量一定,则气体温度T甲　　　　T乙;若两次实验气体的温度不变,则气体质量m甲　　　　m乙。(两空均选填“>”“<”或“=”)
答案：
1.答案 54.0　5.40×10-7　变小
解析 刻度尺的分度值为1 mm,由刻度尺读出A、B两亮纹间的距离为x=79.0 mm-25.0 mm=54.0 mm,由图乙可知Δx= mm=5.40 mm,由Δx=λ,可得λ= m=5.40×10-7 m,如果用紫色激光重新实验,由于紫色激光的波长较小,由可知,d、l不变,则相邻亮纹间距会变小。
2.答案 (1)BD　(2)丙　
解析 (1)此后正确的操作步骤是插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像;插上大头针P4,使P4挡住P1、P2的像和P3。
(2)能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图丙。根据折射定律可得n=。
3.答案 (1)BDAECF　(2)B　(3)0.024 4　(4)4.10×10-10　(5)D
解析 (1)实验步骤为将配制好的油酸酒精溶液,通过量筒测出1滴此溶液的体积。然后将1滴此溶液滴在有爽身粉的浅盘里的水面上,等待形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔描绘出油酸膜的形状,将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,按不足半个舍去,多于半个的算一个,统计出油酸薄膜的面积。则用1滴此溶液的体积除以1滴此溶液的面积,恰好就是油酸分子的直径;由此可知,正确的步骤是BDAECF。
(2)由于油酸不溶于水,无论是否有酒精,油酸和爽身粉之间形成清晰的边界轮廓,故A错误。用酒精将油酸稀释制成油酸酒精溶液,可以减少滴到水面上油酸的量,使更容易测量油酸的面积,并且当滴到水面上时,酒精迅速溶于水,很容易形成单分子油膜,因此酒精起到稀释作用,故B正确。一滴油酸的体积和一滴溶液的体积测量方法相同,取50滴等于1毫升,从而算出一滴的体积,故C错误。油酸的颜色和油酸酒精溶液基本都是无色的,故D错误。
(3)每个正方形的面积为S0=20×20(mm)2=4×10-4 m2。面积超过正方形面积一半的正方形的个数为60个,则油酸膜的面积约为S=60×4×10-4 m2=0.024 4 m2。
(4)每滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积为V=×10-6 m3=1×10-11 m3,油酸分子的直径为d= m≈4.10×10-10 m。
(5)计算油酸分子直径的公式d=,V是纯油酸的体积,S是油膜的面积。油酸未完全散开,S偏小,故得到的分子直径d将偏大,故A错误。数方格时舍去了所有不足一格的方格,计算出的油膜面积偏小,导致计算结果偏大,故B错误。求每滴体积时,1 mL的溶液的滴数少记了10滴,则会使计算的油滴体积偏大,导致计算的分子直径也偏大,故C错误。油酸酒精溶液配制的时间较长,酒精挥发较多时,计算的油滴体积偏小,计算的分子直径也偏小,故D正确。
4.答案 (1)C　(2)>　>
解析 (1)实验时为防止温度发生变化,不能用手握注射器推拉柱塞,故A错误;实验时缓慢地向上拉或向下压柱塞,是为了防止温度发生变化,故B错误;在封闭一定质量的气体时,要先摘除橡胶套,拉动柱塞使之移到适当位置后,再用橡胶套封闭注射器的注射孔,故C正确。故选C。
(2)在p-V图像中,根据=C,可得pV=CT,即离坐标原点越远的等温线温度越高,故T甲>T乙。由pV=nRT可知在相同情况下,当温度T不变时,所选气体的质量m越大,pV值越大,可知m甲>m乙。

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