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2021届高考物理二轮复习 专题七 第3讲 选考实验作业

2021届高考物理二轮复习 专题七 第3讲 选考实验作业

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- 10 -

第3讲 选考实验
(45分钟)
[基础题组专练]
1．(2019·高考全国卷Ⅲ)用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是_______________________________________________。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以________________________________。为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是__________________________________。
解析：用油膜法估测分子直径时，需使油酸在水面上形成单分子层油膜，为使油酸尽可能地散开，将油酸用酒精稀释。根据V＝Sd，要求得分子的直径d，则需要测出油膜面积，以及一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积测一滴油酸酒精溶液的体积，其方法可用累积法，即1 mL油酸酒精溶液的滴数。
答案：使油酸在浅盘的水面上容易形成单分子层油膜　把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出1 mL油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积　单分子层油膜的面积
2．某同学利用“插针法”测定平行玻璃砖的折射率，在坐标纸上记录的情况如图所示，虚线为以入射点O为圆心作出的圆，由此计算出玻璃砖的折射率为________，光在玻璃中的传播速度为________m/s。(光在真空中的传播速度为c＝3.0×108 m/s。结果均保留两位有效数字)

解析：玻璃砖的折射率为n＝＝＝＝＝1.5，光在玻璃中的传播速度v＝＝ m/s＝2.0×108 m/s。
答案：1.5　2.0×108
3．在“用油膜法估测分子的大小”实验中，已知一滴溶液中油酸的体积为V油酸，配制的油酸溶液中，纯油酸与溶液体积之比为1∶500，1 mL溶液滴250滴，那么1滴溶液的体积是________mL，所以一滴溶液中油酸体积为V油酸＝________cm3。若实验中测得结果如表所示，请根据所给数据填写出空白处的数值，并与公认的油酸分子长度值L0＝1.12×10－10 m作比较，判断出此实验________(选填“符合”或“不符合”)数量级的要求。
次数
S/cm2
L＝/cm
L平均值/m
1
533

2
493

3
563

解析：由题给条件得，1滴溶液的体积为V溶液＝ mL＝4×10－3 mL，
因为＝，
故1滴溶液中油酸体积为
V油酸＝V溶液＝× cm3＝8×10－6cm3。
据此算得3次测得L的结果分别为
L1＝1.5×10－8cm，
L2＝1.62×10－8cm，
L3＝1.42×10－8cm
其平均值为＝＝1.51×10－10m
这与公认值的数量级相吻合，故本次估测数值符合数量级的要求。
答案：见解析
4．“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，实验装置如图所示。

(1)令单缝宽度为h，双缝之间的距离为d，双缝到屏的距离为l，当采取下列四组数据中的________时，可能在光屏上观察到清晰可辨的干涉条纹。
A．h＝10 mm，d＝0.1 mm，l＝100 cm
B．h＝1 mm，d＝0.1 mm，l＝100 cm
C．h＝1 mm，d＝10 mm，l＝10 cm
D．h＝10 mm，d＝10 mm，l＝100 cm
(2)用某种单色光照射双缝得到如图所示的干涉条纹，则分划板在图中A、B位置时，游标卡尺读数分别为yA＝________ mm，yB＝________mm，相邻两条纹间距Δy＝________mm。

解析：(1)根据公式Δy＝λ可得h越小，d越小，l越大，干涉条纹越清晰，故选B。
(2)A图中读数为yA＝11 mm＋0.1×1 mm＝11.1 mm，B图中的读数为yB＝15 mm＋6×0.1 mm＝15.6 mm，相邻条纹间距为Δy＝ mm＝0.75 mm。
答案：(1)B　(2)11.1　15.6　0.75
5. 某实验小组在进行“用单摆测定重力加速度”的实验中，单摆摆动过程中的摆角小于5°。
(1)实验中，某同学用机械秒表测单摆完成多次全振动的时间如图所示，则秒表示数为________s。

(2)若在测量单摆的周期时，从单摆运动到最低点开始计时且记数为0，到第n次经过最低点所用的时间为t；在测量单摆的摆长时，先用毫米刻度尺测得悬挂后的摆线长(从悬点到摆球的最上端)为l，再用游标卡尺测得摆球的直径为d，用上述物理量的符号写出重力加速度的表达式g＝________。
(3)为了提高实验精度，在实验中可改变几次摆长L并测出相应的周期T，以L为横坐标、T2为纵坐标，作出了T2－L图线如图所示，求得该直线的斜率k，则重力加速度g＝________。

解析：(1)由图示秒表可知，其示数为60 s＋15.2 s＝75.2 s；
(2)单摆的摆长L＝l＋，单摆的周期为T＝＝，
由单摆周期公式T＝2π可知重力加速度为g＝；
(3)由单摆周期公式T＝2π 可知T2＝L，则T2－L图像的斜率k＝，则加速度g＝。
答案：(1)75.2　(2)　(3)
6．在用油膜法估测分子的大小实验中，用a mL的纯油酸配制成b mL的油酸酒精溶液，再用滴管取1 mL油酸酒精溶液，让其自然滴出，共n滴。现在让其中一滴落到盛水的浅盘内，待油膜充分展开后，测得油膜的面积为S cm2，则：
(1)估算油酸分子的直径大小是________cm。
(2)用油膜法测出油酸分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油滴的________。
A．摩尔质量　　　　　　　　 B．摩尔体积
C．质量 D．体积
解析：(1)据题得，油酸酒精溶液的浓度为，一滴油酸酒精溶液的体积为 mL，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V＝· mL＝ mL，则油酸分子的直径为d＝＝ cm。
(2)设一个油酸分子的体积为V1，则V1＝πd3，由NA＝可知，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油滴的摩尔体积，B项正确。
答案：(1)　(2)B
[能力题组专练]
7．(1)某同学尝试用DIS测量单摆的周期。如图，用一个磁性小球代替原先的摆球，在单摆下方放置一个磁传感器，其轴线恰好位于单摆悬挂点正下方。图中磁传感器的引出端A应接到数据采集器。使单摆做小角度摆动，当磁感应强度测量值最大时，磁性小球位于________。若测得连续N个磁感应强度最大值之间的时间间隔为t，则单摆周期的测量值为________(地磁场和磁传感器的影响可忽略)。

(2)多次改变摆长使单摆做小角度摆动，测量摆长L及相应的周期T。此后，分别取L和T的对数，所得到的 lg T­lg L图线为________(选填“直线”“对数曲线”或“指数曲线”)；读得图线与纵轴交点的纵坐标为c，由此得到该地重力加速度g＝________。
解析：(1)单摆做小角度摆动，当磁感应强度测量值最大时，磁性小球位于最低点(或平衡位置)。若测得连续N个磁感应强度最大值之间的时间间隔为t，则单摆周期的测量值为。
(2)由T＝2π 可知lg T＝lg＋lg L，故lg T­lg L图像为直线。由题意可知lg＝c，故g＝。
答案：(1)最低点　　(2)直线　
8．一实验小组在做插针法“测定玻璃的折射率”实验时，发现老师给的一块两面平行的玻璃砖，其中一面aa′是镀银面，光线能反射但不能穿过，于是利用观察反射光线插针法测折射率，如甲图所示，四个黑点P1、P2、P3、P4依次分别为四个插针位置，乙图为画好边界线移去玻璃后的光路图，图中M为OO′的中点。

(1)请在图乙中画出玻璃内的光路，并标出光线进入玻璃时的入射角θ1和折射角θ2。
(2)用所给的字母，写出求解玻璃折射率的表达式n＝________。
(3)某同学将玻璃边界线画为丙图中的两条虚线，则测出的折射率与实际值相比将会偏________(选填“大”或“小”)。
解析：(1)分别作出过入射点与出射点的法线，然后作出折射光线与反射光线，光路图如图所示。

(2)折射率n＝。
(3)由丙图所示可知，界面aa′偏后，bb′与玻璃界面重合，则作光路图测出的入射角θ1不变而折射角θ2偏小，由n＝可知，所测折射率偏大。
答案：(1)图见解析　(2)　(3)大
9．在用双缝干涉测光的波长实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲所示)，并选用缝间距d＝0.20 mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离L＝700 mm。然后，接通电源使光源正常工作。

(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x1＝1.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2＝________mm。
(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx ＝________mm；这种色光的波长λ＝________nm。
解析：(1)此实验的测量头采用50分度的游标尺读数原理，精确度是0.02 mm，主尺读数是15 mm，游标读数是1×0.02 mm＝0.02 mm，因此x2＝15 mm＋0.02 mm＝15.02 mm。
(2)从各暗纹的编号可得n＝7，则
Δx＝＝＝ mm＝2.31 mm
λ＝Δx＝m＝6.6×10－7m＝6.6×102nm。
答案：(1)15.02　(2)2.31　6.6×102
10．某小组在做“用单摆测定重力加速度”实验后，为进一步探究，将单摆的轻质细线改为刚性重杆。通过查资料得知，这样做成的“复摆”做简谐运动的周期T＝2π，式中Ic为由该摆决定的常量，m为摆的质量，g为重力加速度，r为转轴到重心C的距离。如图甲，实验时在杆上不同位置打上多个小孔，将其中一个小孔穿在光滑水平轴O上，使杆做简谐运动，测量并记录r和相应的运动周期T；然后将不同位置的孔穿在轴上重复实验，实验数据见表，并测得摆的质量m＝0.50 kg。

r/m
0.45
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
T/s
2.11
2.14
2.20
2.30
2.43
2.64
(1)由实验数据得出图乙所示的拟合直线，图中纵轴表示________。
(2)Ic的国际单位为________，由拟合直线得到Ic的值为________(保留到小数点后两位)。
(3)若摆的质量测量值偏大，重力加速度g的测量值________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
解析：(1)由T＝2π ，可得T2r＝＋r2，所以图中纵轴表示T2r。
(2)Ic单位与mr2单位一致，因为mr2的国际单位为kg·m2，所以Ic的国际单位为kg·m2；
结合T2r＝＋r2和题图中的截距和斜率，解得Ic的值约为0.17。
(3)重力加速度g的测量值是通过求斜率得到的，与质量无关，所以若摆的质量测量值偏大，重力加速度g的测量值不变。
答案：(1)T2r　(2)kg·m2　0.17　(3)不变