专题限时集训(十七) 热学、光学实验
1．(2024·福建省宁德第一中学校考一模)在估测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：
①取油酸1.0 mL注入2 500 mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到2 500 mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液；
②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数，直到达到1.0 mL为止，恰好共滴了100滴；
③在边长约40 cm的浅水盘内注入约2 cm深的水，将爽身粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有爽身粉，可以清楚地看出油膜轮廓；
④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油膜的形状；
⑤将画有油酸膜形状的玻璃板放在边长为1.0 cm的方格纸上。
(1)利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积为________ m3，求得的油酸分子直径为________ m(此空保留一位有效数字)。
(2)于老师在该实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较，数据偏大。出现这种结果的原因，可能是________。
A．计算油酸膜面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理
B．水面上爽身粉撒的较多，油酸膜没有充分展开
C．求每滴溶液体积时，1 mL的溶液的滴数多记了10滴
2．(2024·江西统考一模)某小组探究气体在等温变化时压强随体积变化的规律。实验方案如下：在带刻度的注射器内密封一段掺入酒精蒸气的空气，然后将注射器与气体压强传感器连接管相连接。气体压强p由传感器测量，气体体积V等于注射器读数与连接管的容积(1 cm3)之和。
(1)实验时手不要握注射器筒，且应缓慢推动注射器活塞，其目的是____________________________________________________________________。
(2)下表是小组采集的一组数据，数据真实可靠，请在图中描出第1至9个数据点，并画出p-图线。
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
p/kPa 99.0 110.0 120.9 135.4 154.7 181.2 223.3 281.1 330.0
V/cm3 21.0 19.0 17.0 15.0 13.0 11.0 9.0 7.0 5.0
/cm-3 0.048 0.053 0.059 0.067 0.077 0.091 0.111 0.143 0.200
(3)由p-图像中前8个数据点的分布情况可知：在等温变化时，气体的压强与体积关系为________；第9个数据点显著偏离上述规律，小组猜想是因为气体的质量减小了，下列哪个选项支持该猜想______。
A．部分酒精蒸气进入气体压强传感器连接管
B．在测量第9个数据点时发现注射器筒壁出现模糊，部分酒精蒸气液化
3．(2024·安徽卷)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。
(1)为测量玻璃的折射率，按如图甲所示进行实验，以下表述正确的一项是______。(填正确答案标号)
A．用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a′
B．在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2
C．实验时入射角θ1应尽量小一些，以减小实验误差
(2)为探究介质折射率与光的频率的关系，分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面。保持相同的入射角，根据实验结果作出光路图，并标记红光和绿光，如图乙所示。此实验初步表明：对于同一种介质，折射率与光的频率有关。频率大，折射率________(选填“大”或“小”)。
(3)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图丙、丁所示。保持相同的入射角α1，测得折射角分别为α2、α3(α2<α3)，则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃________(选填“>”或“<”)n介质。此实验初步表明：对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。
4．甲、乙两同学在做“测量玻璃的折射率”的实验时，分别选用平行玻璃砖和半圆形玻璃砖做实验。
(1)甲同学在画好平行玻璃砖界面两条直线后，不慎误将玻璃砖向上平移至图甲中虚线位置，而其他操作均正确，则测得的折射率将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(2)乙同学插大头针P1、P2确定入射光线，另一侧垂直纸面插大头针P3，OP3为折射光线，作BA、CD垂直法线于A、D两点；则玻璃砖的折射率可表示为n＝________(用图中线段长度表示)；若乙同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心逆时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
5．(2024·福建漳州统考二模)某小组用如图甲所示的双缝干涉装置来测量红光的波长。所用器材有：光具座、毛玻璃屏、双缝、白光光源、单缝、红光滤光片等光学元件。
(1)实验过程如下：
①取下遮光筒左侧的元件，打开光源，调节光源高度和角度，使它发出的光束能直接沿着遮光筒的轴线把屏照亮；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，使各元件的中心位于遮光筒的轴线上，调节单、双缝间距并使之相互平行。要使白光通过器材A后获得单一颜色的红光，则图中器材A的名称是________(选填“滤光片”或“单缝”)；
③用米尺测量双缝到屏的距离L；
④将测量头(其读数方法同螺旋测微器)的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该条亮纹定为第1条亮条纹。转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，如图乙所示，此时示数为________ mm，再求得相邻亮条纹的间距Δx；
⑤已知双缝间距d，可求得所测红光的波长。
(2)关于本实验，下列说法正确的是________。(填正确答案标号)
A．减小双缝间距，干涉条纹间距减小
B．增大双缝到屏的距离，干涉条纹间距增大
C．去掉器材A后，干涉现象消失
D．若挡住双缝中的一条缝，屏上也会有条纹
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1．解析：(1)一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积为V0＝ m3＝4×10-12 m3，由题图可知油膜中大约有112个小方格，则油膜面积为S＝112×(1×10-2)2 m2＝1.12×10-2 m2，则油酸分子直径为d＝＝ m≈4×10-10 m。
(2)于老师在该实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较，数据偏大，根据d＝。计算油酸膜面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理，则油膜面积测量值偏大，油酸分子的直径测量值偏小，故A错误；水面上爽身粉撒的较多，油酸膜没有充分展开，则油膜面积测量值偏小，油酸分子的直径测量值偏大，故B正确；求每滴溶液体积时，1 mL的溶液的滴数多记了10滴，则一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积测量值偏小，油酸分子的直径测量值偏小，故C错误。故选B。
答案：(1)4×10-12 4×10-10 (2)B
2．解析：(1)实验时手不要握注射器筒，且应缓慢推动注射器活塞，其目的是减小传热和做功对气体温度的影响。
(2)描点如图所示。
(3)由p 图像中前8个数据点的分布情况可知：在等温变化时，气体的压强与体积成反比；由图可知，第9个数据点显著偏离上述规律，可能是在测量第9个数据点时部分酒精蒸气遇冷液化使注射器筒壁出现模糊。故选B。
答案：(1)减小传热和做功对气体温度的影响 (2)见解析图 (3)成反比 B
3．解析：(1)在白纸上画出一条直线a作为界面，把长方体玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与a对齐。用直尺或者三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，画出直线a′代表玻璃砖的另一边，而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a′，故A错误；在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2，故B正确；实验时入射角θ1应尽量大一些，但也不能太大(接近90°)，以减小实验误差，故C错误。故选B。
(2)由题图乙可知，入射角相同，绿光的折射角小于红光的折射角，根据光的折射定律n＝，可知绿光的折射率大于红光的折射率，又因为绿光的频率大于红光的频率，所以频率大，折射率大。
(3)根据折射定律可知，玻璃的折射率为n玻璃＝，该介质的折射率为n介质＝，其中α2<α3，所以n玻璃>n介质。
答案：(1)B (2)大 (3)>
4．解析：(1)如图所示，
可知所作的折射光线与实际的折射光线平行，所以在入射角和折射角测量准确的情况下，测得的折射率将不变。
(2)设入射角为α、折射角为β、半圆弧轮廓线半径(玻璃砖半径)为R，则由几何关系可知sin α＝＝、sin β＝＝，根据折射定律可得玻璃砖的折射率n＝＝，结合题图(b)可知yx图像的斜率为该玻璃砖的折射率，故该玻璃砖的折射率n＝≈1.58。
答案：(1)不变 (2) 偏小
5．解析：(1)②获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片；④测量头固定刻度读数为13.5 mm，可动刻度读数为37.0×0.01 mm，示数为13.5 mm＋37.0×0.01 mm＝13.870 mm。
(2)由Δx＝λ可知，减小双缝间距d，干涉条纹间距将增大，A错误；增大双缝到屏的距离L，干涉条纹间距将增大，B正确；去掉滤光片后，干涉现象不会消失，会出现彩色的干涉条纹，C错误；发生干涉现象时，若挡住双缝中的一条缝，屏上也会有条纹，是衍射条纹，D正确。故选BD。
答案：(1)②滤光片 ④13.870 (2)BD
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