第二十一讲　热学和光学实验-2026年高考物理总复习课件（86页PPT）

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专题七　实验
第二十一讲　热学和光学实验
1.原理:认为油酸薄膜是由单层的油酸分子紧密排列组成,油膜的厚度就是油酸分子的直径d=,如图所示。
考点一　用油膜法估测油酸分子的大小
2.对“V”的测量
(1)配制一定浓度的油酸酒精溶液,设其浓度为n;
(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液,读出它的体积为V0;
(3)再把它一滴滴地滴入烧杯中,记下液滴的总滴数N;
(4)则一滴油酸酒精溶液中,纯油酸的体积V=n。
3.对“S”的测量
(1)数出轮廓范围内正方形的个数n0,不足半个的舍去,多于半个的算一个;
(2)用正方形的个数乘单个正方形的面积S0计算出油膜的面积S(即n0S0)。
【例1】在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中。
(1)下列说法正确的是　　　　。
A.测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时,可以用注射器挤出一滴油酸滴入烧杯中,观察注射器上的体积变化
B.测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时,如果不使用爽身粉,也可以在水中加入红墨水后混合均匀,再滴入一滴油酸酒精溶液
C.实际的油酸分子是球形的,因此通过计算得到的油酸分子直径即是球的直径
D.计算油酸分子的大小时,认为水面油酸为单分子层且认为分子间紧密排布
(2)①若实验过程中发现,撒入的爽身粉过多,导致油酸分子未形成单分子层,则计算得到的油酸分子直径将　　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
②若实验中使用的油酸酒精溶液是经久置的,则计算得到的油酸分子直径
将　　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(3)某次实验中将1 mL的纯油酸配制成5 000 mL的油酸酒精溶液,用注射器测得1 mL溶液为80滴,再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中,描出的油膜轮廓如图所示,每格边长是0.5 cm,根据以上信息,可估算出油酸分子的直径约为　　　　m(结果保留一位有效数字)。
【答案】(1)D　(2)偏大　偏小　(3)7×10-10
【解析】(1)测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时,至少要测量50滴到100滴油酸酒精溶液的体积,然后计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积,A错误;测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时,使用爽身粉才能看出油膜的轮廓,在水中加入红墨水后混合均匀不能看出油膜的轮廓,B错误;
实验时只是把油酸分子看作是球形的理想模型,实际的油酸分子不是球形的,因此通过计算得到只是将油酸分子看成是球形时的油酸分子直径,C错误;
计算油酸分子的大小时,认为水面油酸为单分子层且认为分子间紧密排布,D正确。
故选D。
(2)①若实验过程中发现,撒入的爽身粉过多,导致油酸分子未形成单分子层,则油膜面积的测量值偏小,根据d=则计算得到的油酸分子直径将偏大;
②若实验中使用的油酸酒精溶液是经久置的,在溶液中的油酸浓度会偏大,实际计算时仍按原来的浓度计算,则计算得到的油酸分子直径将偏小;
(3)一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为V=×mL=2.5×10-6 mL,
油膜的面积为S=140×0.5×0.5 cm2=35 cm2,
分子直径d==m=7×10-10 m。
1.实验法:控制变量法
实验装置如图
考点二　探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
2.为保证等温变化,实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位。同时,改变体积过程应缓慢,以免影响密闭气体的温度。为保证气体密闭,应在活塞与注射器内壁间涂上润滑油,注射器内外气体的压强差不宜过大。
3.在等温过程中,气体的压强与体积的关系在p-V图像中呈现为双曲线(其中一支),如图甲。处理实验数据时,要通过变换,即画p-图像,把双曲线(其中一支)变为直线,说明p和V成反比,如图乙所示。这是科学研究中常用的数据处理的方法,因为一次函数反映的物理规律比较直观,容易得出相关的对实验研究有用的参数。
【例2】用图甲所示装置完成“探究气体等温变化的规律”实验,注射器刻度可测出气体体积(包含橡胶套内气体体积),气压计可测出压强。
(1)下列说法正确的是　　。
A.封闭一定质量的气体时,先要摘除橡胶套,拉动活塞使之移到最尾端后,再用橡胶套封闭注射器的注射孔
B.在活塞上涂润滑油,目的是减小摩擦
C.注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可,可以不标注单位
D.为节约时间,实验时应快速推拉活塞和读取数据
(2)利用正确操作测量的数据,作出了如图乙所示的一条过原点的直线。由图可知,当体积为2×10-5 mL时,注射器中气体的压强为　　　　　Pa。
(3)小明使用该实验装置时,由于润滑油涂得过多,活塞前面堆积了润滑油,实验得到如图丙所示的V-图像,图线截距为b,直线部分斜率为k,则前端堆积的润滑油的体积为　　　　,图线发生弯曲的可能原因是　　　　　　　。
【答案】(1)C
(2)1×105
(3)b　气体温度升高
【解析】(1)封闭一定质量的气体时,应在活塞处于适当位置时用橡胶套封闭注射器的注射孔,若先摘除橡胶套,拉动活塞移到最尾端,再封闭,很难保证封闭的气体质量一定, A错误;
在活塞上涂润滑油,目的是防止漏气,保证被封闭气体的质量不变,而不是减小摩擦, B错误;
在“探究气体等温变化的规律”实验中,根据pV=C(C为常数),只要刻度分布均匀,就可以研究 p与V的关系,不需要标注单位,C正确;
快速推拉活塞会使气体温度发生变化,不满足等温条件;快速读取数据会导致测量误差增大,故D错误。
故选C。
(2)由图乙可知p与成正比,当V=2×10-5m3=20 mL时,=×103 L-1=50×103 m-3,从图中对应压强p=100×103Pa=1×105 Pa。
(3)设前端堆积的润滑油的体积为V0,气体实际体积为 V实,则V=V0+V实,根据玻意耳定律pV实=C可得,V=V0+。
在V-图像中,纵截距就是V0,即b。图线弯曲原因可能是气体温度升高,不满足等温条件;或者气体发生泄漏,导致气体质量发生变化。
1.一个重要的实验步骤
在玻璃砖的另一侧插上P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上P4,使P4挡住P3和P1、P2的像。
考点三　测量玻璃的折射率
2.三个数据处理的方法
(1)计算法:由n=,算出不同入射角时的n值,并取平均值。
(2)图像法:作sin θ1-sin θ2图像,由n=可知其斜率为折射率。
(3)单位圆法:以入射点O为圆心,作半径为R的圆,如图所示,则sin θ1=,sin θ2=,OE=OE'=R,所以用刻度尺量出EH、E'H'的长度就可以求出n==。
3.两个减小误差的实验要求
(1)实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P3和P4之间、P2和O、P3与O'之间距离要稍大一些。
(2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°),当θ1太大时,反射光较强,出射光较弱,当θ1太小时,入射角、折射角测量的相对误差较大。
【例3】用“插针法”测量如图(a)所示的等腰三角形玻璃砖的折射率。
(1)以下实验步骤,正确的步骤顺序为　　　。
①在白纸上分别画出玻璃砖三条边对应的直线AB、AC、BC(A、B、C分别为三条直线的交点),并作一条直线MN与BC平行,测得∠BAC=θ,如图(b)所
示;
②测得入射光线P1P2与AB的夹角为i;
③在AB左侧光路上竖直插上大头针P1、P2,撤去玻璃砖,在白纸上借助大头针所插位置绘制光路;
④将玻璃砖放置且重合于A、B、C三点,用激光笔发出红光,调整入射角,使红光恰好经过直线MN;
(2)在步骤③中,两枚大头针的插入顺序为　　　　(选填“P1、P2”或“P2、P1”);
(3)玻璃砖对红光的折射率为n=　　　　;
(4)为探究玻璃砖折射率与光的频率的关系,改用蓝激光笔发射蓝光重复(1)中实验步骤,记录入射光线与AB的夹角为i',如图(c)所示,测得i'【答案】(1)①④③②　(2)P2、P1 (3)　(4)大
【解析】(1)根据实验的操作步骤,可知该实验的合理操作步骤为①④③②。
(2)在确定入射光线时,应先插离玻璃砖较近的大头针P2,再插离玻璃砖较远的大头针P1,这样更容易准确确定入射光线的方向。所以两枚大头针的插入顺序为P2、P1。
(3)作出入射光法线、辅助线如图所示。
由几何关系可知折射角为、i=θ,则折射率
n==。
(4)已知i'1.实验装置图及实验器材(如图所示)
双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。
考点四　用双缝干涉测量光的波长
2.原理:Δx=λ,因此,只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。
3.Δx的测量:调节测量头,使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a1;转动手轮,当分划板中心刻线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时,记下手轮上的读数a2;则相邻两条亮条纹间的距离Δx=。
【例4】在实验室用双缝干涉测光的波长,实验装置如图所示。
(1)双缝、光屏、单缝,依次是图中的　　　(填图中的字母)。
(2)①图是实验得到的红光双缝干涉图样照片,根据该图可判断双缝干涉的亮条纹间距　　　(选填“相等”或“不相等”)。
(3)在某次测量中,观察分划板中心线与乙图亮条纹P中心对齐时的情形,如图②所示。然后转动测量头手轮,当分划板中心线与亮条纹Q中心对齐时,目镜中观察到的图应为③图中的　　　。
(4)已知单缝与光屏间距L1,双缝与光屏的间距L2,单缝与双缝间距为d1,双缝间距为d2,图①中分划板中心线与亮条纹P中心对齐时手轮读数为x1,与亮条纹Q中心对齐时手轮读数为x2,则实验测得该光的波长的表达式
为　　　。
【答案】(1)DFC　(2)相等　(3)A (4)
【解析】(1)双缝干涉测光的波长的实验中,设备依次摆放的位置从左到右依次是光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏,所以双缝、光屏、单缝依次是图中的D、F、C;
(2)①图可判断双缝干涉的亮条纹间距相等;
(3)转动测量头手轮,当分划板中心线与亮条纹Q中心对齐时,目镜中观察到的图应为③图中的A;
(4)由Δx=λ得λ==。
1.(2024·上海卷)实验是人类认识物质世界的宏观性质与微观结构的重要手段之一,也是物理学研究的重要方法。
(1)通过“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验可推测油酸分子的直径约为 (　　)
A.10-15 m　　　　　B.10-12 m
C.10-9 m　 D.10-6 m
C　
(2)验证气体体积随温度变化关系的实验装置如图所示,用支架将封有一定质量气体的注射器和温度传感器固定在盛有热水的烧杯中。实验过程中,随着水温的缓慢下降,记录多组气体温度和体积的数据。
①不考虑漏气因素,符合理论预期的图线是　　　　　　。
A
②下列有助于减小实验误差的操作是　　　　　　。
A.实验前测量并记录环境温度
B.实验前测量并记录大气压强
C.待温度读数完全稳定后才记录数据
D.测量过程中保持水面高于活塞下端
D
【详解】(1)通过“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验可推测油酸分子的直径约为10-10 m或10-9 m,故选C。
(2)①实验过程中压强不变,根据==C可得V=T=,可知,在压强不变的情况下,气体体积与热力学温度成正比,与摄氏温度成一次函数关系。
故选A。
②环境温度不影响实验数据,实验前测量并记录环境温度并不能减小实验误差,故A错误;本实验压强不变,实验前测量并记录大气压强不能减小实验误差,故B错误;水温的缓慢下降,则温度的读数会一直缓慢变化,只有水温度和室温相同时,才会完全稳定,故C错误;测量过程中保持水面高于活塞下端,则活塞中气体的温度和水的温度基本一致,可以减少误差,故D正确。故选D。
2.(2023·广东卷)某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率,实验过程如下:
(1)将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上,用大头针在白纸上标记玻璃砖
的边界。
(2)①激光笔发出的激光从玻璃砖上的M点水平入射,到达ef面上的O点后反射到N点射出。用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出光孔Q的位
置。
②移走玻璃砖,在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路,作QM连线的延长线与ef面的边界交于P点,如图(a)所示。
③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2。PM的示数如图(b)所示,d1为
　　　 　cm,测得d2为3.40 cm。
2.25
(3)利用所测量的物理量,写出玻璃砖折射率的表达式n=　　　　 ;由测得的数据可得折射率n为　　　　(结果保留三位有效数字)。
(4)相对误差的计算式为δ=×100%。为了减小d1、d2测量的相对误差,实验中激光在M点入射时应尽量使入射角　　 　　。
　
1.51
稍小一些
【详解】(2)③刻度尺的最小分度为0.1 cm,由图可知,d1为2.25 cm;
(3)玻璃砖折射率的表达式n====,
代入数据可知n==1.51。
(4)相对误差的计算式为δ=×100%,为了减小d1、d2测量的相对误差,实验中d1、d2要尽量稍大一些,即激光在M点入射时应尽量使入射角稍小一些。
3.(2022·海南卷)在用双缝干涉测量光的波长的实验中,如图所示。
(1)a、b分别是 (　　)
A.单缝和双缝　 B.双缝和单缝
C.单缝和单缝 D.双缝和双缝
A　
(2)如果双缝间距是d,双缝到毛玻璃的距离是L,第一条亮条纹到第六条亮条纹间距是x,则光的波长是　　　　　。(用x、d、L表示)
【详解】(1)由双缝干涉原理可知,先用滤光片得到单色光,然后用单缝得到细长的光源,最后用双缝得到两束相干光,故a、b分别为单缝和双缝。故选
A。
(2)第一条亮条纹到第六条亮条纹间距是x,则相邻亮条纹间距为Δx=,根据Δx=可得,光的波长是λ==。
4.(2025·上海卷)光是从哪里来,又回到哪里去 光是一个物理学名词,其本质是一种处于特定频段的光子流。光源发出光,是因为光源中电子获得额外能量。如果能量不足以使其跃迁到更外层的轨道,电子就会进行加速运动,并以波的形式释放能量。如果跃迁之后刚好填补了所在轨道的空位,从激发态到达稳定态,电子就停止跃迁。否则电子会再次跃迁回之前的轨道,并且以波的形式释放能量。
(1)以下哪个选项中的图样符合红光和紫光的双缝干涉图样 (　　)
A　
(2)如图所示,自然光经过两个偏振片,呈现在光屏上,偏振片B绕圆心转动且周期为T,则光屏上两个光强最小的时间间隔为 (　　)
A.2T　　 B.T　　
C.0.5T　　D.0.25T
C　
(3)物理王兴趣小组在做“测量玻璃的折射率”实验时,若从c侧观察,插入c时,应遮住a、b;插入d时,应遮住　　　 ,依据图中所标数据,可得出该玻璃的折射率为　　　 。
a、b的像和c　
n=
【详解】(1)干涉条纹是平行等距明暗相间的条纹,根据Δx=λ,红光的波长大于紫光的波长,可知红光的条纹间距大于紫光的条纹间距,故A正确。
(2)根据偏振原理,偏振片B每转过半周透光强度从最小到最强,再到最小,可知光屏上两个光强最小的时间间隔为0.5 T,故选C。
(3)若从c侧观察,插入c时,应遮住a、b;插入d时,应遮住c以及a、b的像;
该玻璃的折射率为n=。
专题集训(二十二)　热学和光学实验
1.下列是《普通高中物理课程标准》中列出的两个必做实验的部分步骤,请完成实验操作和计算。
(1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,某同学的实验操作如下:
①取体积V1的纯油酸配制出体积V2的油酸酒精溶液,滴入N滴溶液到量筒,测出其体积为V3;
②在浅盘中装入少量水,并在水面上均匀地轻轻撒上少量痱子粉;
③用滴管将1滴油酸酒精溶液轻轻滴入水面中央,散开后可以看到油酸膜的轮廓,测得油酸膜面积S。
在实验中,撒上少量痱子粉的作用是　　　　
　　　　　　　　,写出油酸分子直径的表达式D=　　 　　(用V1、V2、V3、N、S表示)。
方便显示出油酸膜的边界,便于测量
油酸膜的面积
(2)“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验装置如图1所示;
①在实验过程中某一步骤需要拨动拨杆,是为了　　　　　(填正确答案标号)。
A、调节单缝,使单缝和双缝平行
B、调节双缝,使双缝和单缝平行
C、调节单缝,使单缝和双缝高度相同
D、调节双缝,使双缝和单缝高度相同
A
②实验中使分划板中心刻线与其中一条亮条纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮条纹,此时手轮上示数如图2所示。同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第11条亮纹中心对齐,此时手轮上示数如图3所示,则示数为　　　 mm,求出相邻两个亮条纹的距离Δx。若双缝间距为d,双缝到屏的距离为L,则所测单色光波长的表达式为λ=　　　　 (结果用字母表示)。
13.451　
【解析】(1)在实验中,撒上少量痱子粉的作用是方便显示出油酸膜的边界,便于测量油酸膜的面积;1滴酒精油酸溶液中油酸的体积为V=·,直径为D==。
(2)①在实验过程中某一步骤需要拨动拨杆,是为了调节单缝,使单缝和双缝平行。故选A。
②题图3所示螺旋测微器读数为13 mm+45.1×0.01 mm=13.451 mm;
根据条纹间距公式Δx=·λ,可得λ=。
2.某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率,具体步骤如下:
①平铺白纸,用铅笔画两条互相垂直的直线AA'和BB',交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA',并使其圆心位于O点,画出玻璃砖的半圆弧轮廓线,如图(a)所示。
②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖,记录折射光线与半圆弧的交点M。
③拿走玻璃砖,标记CO光线与半圆弧的交点P。
④分别过M、P作BB'的垂线MM'、PP',M'、P'是垂足,并用米尺分别测量MM'、PP'的长度x和y。
⑤改变入射角,重复步骤②③④,得到多组x和y的数据。根据这些数据作出y-x图像,如图(b)所示。
(1)关于该实验,下列说法正确的是　　　　(单选,填标号)。
A.入射角越小,误差越小
B.激光的平行度好,比用插针法测量更有利于减小误差
C.选择圆心O点作为入射点,是因为此处的折射现象最明显
(2)根据y-x图像,可得玻璃砖的折射率为　　　 (保留三位有效数字)。
(3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径,则折射率的测量结果　　　　 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
B　
1.57
不变
【解析】(1)入射角适当即可,不能太小,入射角太小,导致折射角太小,测量的误差会变大,故A错误;激光的平行度好,比用插针法测量更有利于减小误差,故B正确;相同的材料在各点的折射效果都一样,故C错误。故选B。
(2)设半圆柱体玻璃砖的半径为R,根据几何关系可得入射角的正弦值为sini=,折射角的正弦值为sinr=,折射率n==,可知y-x图像斜率大小等于折射率,即n=≈1.57。
(3)根据(2)中数据处理方法可知若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径,则折射率的测量结果不变。
3.可见光的波长范围为400~700 nm,分子直径约为0.1~1.0 nm。在中学实验室通过选用恰当的方法,可以测量这样的微小量。下列分别给出两种微小量的测量方法。
(1)通过双缝干涉实验测量单色光的波长,实验装置如图甲所示,其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。
①测量某亮条纹位置时,手轮上的示数如图乙所示,其示数为
　　　　 mm。
②下列可以增加目镜中观察到条纹个数的方法为　　　　　(多选)。
A.将单缝向双缝靠近
B.将屏向靠近双缝的方向移动
C.使用间距更大的双缝
D.将实验中的紫光更换为红光
③若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,假设某种单色光的条纹间距为Δx,则该单色光的波长λ=　　　　　。
4.486(4.485~4.488均可)
BC
(2)用油膜法估测油酸分子的大小实验,将浓度为0.10%的油酸酒精溶液一滴一滴滴入量筒,测出一滴溶液的体积为4.5×10-2 mL,向浅盘中倒入适量的水,并向水面均匀地撒入痱子粉,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,如图丙所示,数出形成的油膜占据了115个方格,坐标纸中正方形方格的边长为1 cm,则估测出油酸分丙子的直径为　　　 　m(计算结果保留2位有效数字)。
3.9×10-9
【解析】(1)①螺旋测微器的固定刻度读数为4 mm,可动刻度的读数为48.6×0.01 mm=0.486 mm,测量值为4 mm+0.486 mm=4.486 mm。
②由公式Δx=λ,可知条纹间距与双缝间距、双缝到屏的距离和光的波长有关,所以若想增加从目镜中观察到的条纹个数,就要减小条纹宽度,则可通过减小双缝到屏的距离、增大双缝间距、选用波长较短的光来实现,将单缝向双缝靠近对条纹间距无影响,将实验中的紫光更换为红光波长变大,则BC正确。故选BC。
③根据条纹间距公式Δx=λ,可计算单色光的波长λ=。
(2)油酸分子直径d==m≈3.9×10-9m
4.气体实验定律是关于气体热学行为的基本实验定律,是建立理想气体概念的实验依据。在工程技术、环境保护、日常生活等多个方面发挥着关键作用。
(1)理想气体忽略了气体分子间的分子力和分子势能,以下气体最接近理想气体的是 (　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.高温低压的气体　 B.高温高压的气体
C.低温低压的气体　 D.低温高压的气体
A
(2)如图1所示某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,它主要由汽缸和活塞组成。开箱时,密闭于汽缸内的压缩气体膨胀,将箱盖顶起,如图所示。在此过程中,若缸内气体与外界无热交换,气体为理想气体,则缸内气体 (　　)
A.对外做正功,内能增大
B.对外做正功,分子的平均动能减小
C.对外做负功,分子的平均动能增大
D.对外做负功,内能减小
B
(3)为了探究一定质量的气体等温变化的规律。某同学将注射器水平固定,然后把注射器活塞移动到体积最大的位置,并用橡皮帽封闭注射器右侧的细管,如图2所示。由于没有压强传感器,于是他把活塞和压力传感器相连,可测出移动活塞时,传感器对活塞的压力F。在温度不变的条件下缓慢移动传感器和活塞压缩气体并记录多组压力F和体积V的值,活塞受到的摩擦忽略不计。
①(多选)甲同学想通过作出p-的图像探究等温变化的规律,还需要测量的物理量有 (　　)
A.气体的温度　 B.注射器的内径
C.大气压强　 D.被封闭气体的质量
BC
②若细管内气体体积可忽略,乙同学根据实验数据作出如图3所示的F-的图像,则图像应该是图中的　　　　 (选填①、②或③);已知图像的斜率为k,图像与纵轴交点的纵坐标的绝对值为b,则气体刚被封闭时的体积为　　　　 (用k和b表示)。
②
(4)如图4所示,在高温天气下一辆轿车的胎压监测系统显示某一条轮胎的胎压为p0=3.20 atm、温度为47 ℃。气体视为理想气体,轮胎内部体积始终保持不变。求:
①该轮胎温度为27 ℃时,该轮胎的胎压p1。
②由于该胎压偏高,故驾驶员快速放出了适量气体,
此时监测系统显示的胎压为2.40 atm、温度为27 ℃。
放出气体的质量与原来轮胎内气体的质量之比为多少

①3 atm　②
【解析】(1)气体规律适用于温度不太低,压强不太大的情况,所以当温度不太低,压强不太大的气体可近似为理想气体,所以最接近理想气体的是高温低压的气体,故选A。
(2)缸内气体与外界无热交换,气体为理想气体,则由ΔU=W+Q,其中Q=0,开箱时,密闭于汽缸内的压缩气体膨胀,气体对外做正功,所以W<0,故气体内能减小,即ΔU<0,所以汽缸内气体的温度降低,分子平均定能减小,故选B。
(3)①设大气压强为p0,被封闭气体的横截面积为S,对活塞分析有F=pS-p0S,所以气体压强为p=p0+,所以要作出p-图像需要测量气柱的横截面积和大气压强,横截面积可以通过测量注射器的内径计算得出,故选BC。
②设气体刚封闭时气体体积为V0,此时大气压为p0,细管内的气体忽略不计,p0V0=(p0+)V,整理得F=-p0S,则斜率k=p0V0S,纵截距b=-p0S,因此根据实验数据作出F-的图像,则图像应该是图中的③;
根据斜率和纵截距可知V0=。
(4)①轮胎内气体等容变化,则=,所以p1=p0=×3.2 atm=3 atm。
②轮胎内温度为27 °C时的压强为3 atm,等温变化至2.4 atm时,由p1V1=p2V2,解得V2==1.25V1;放出气体的质量与原来轮胎内气体的质量之比为==。
5.可发出红、黄、绿三色光的多层警示灯,被广泛应用于数控机床、电子机械自动化生产线等工业领域。某同学想采用如图甲所示的实验装置测定三种色光的波长:
(1)打开多层警示灯的绿光甲灯,将遮光筒对准光源放置。在光源和双缝之间还必须放置一个　　　　　 (选填“滤光片”或“单缝”),其目的是保证经双缝得到的两列光是　　　　　 (选填“相干”或“非相干”)光;
(2)已知双缝之间的距离为0.6 mm,双缝到屏的距离为1.5 m,绿光的干涉图样如下图乙所示,分划板中心刻度线在A位置时螺旋测微器的读数为1.128 mm,在B位置时读数如图丙所示,为　　　　　 mm,则该绿光的波长为
　　　　　 nm(计算结果保留三位有效数字)。
单缝
相干
6.526
540
(3)该同学又进行了几组实验,通过照相底片记录了干涉图样,分别测定了红光、黄光的波长(红光625 nm、黄光570 nm)。下图中(a)(b)(c)是实验中记录下的三种色光的干涉图样,但被不小心弄混了,经判断绿光产生的干涉图样是图　　　　　　 (选填“(a)”“(b)”或“(c)”)。
c
【解析】(1)在光源和双缝之间还必须放置一个单缝,其目的是保证经双缝得到的两列光是相干。
(2)在B位置时读数6.5 mm+2.6×0.01 mm=6.526 mm;
条纹间距为Δx= mm=1.3495 mm,由Δx=λ解得该绿光的波长为
λ=Δx=×1.3495×10-3 m=5.398×10-7m≈540 nm。
(3)由波长关系λ红>λ黄>λ绿,则干涉图样条纹间距Δx红>Δx黄>Δx绿,所以绿光的条纹间距最小,则绿光产生的干涉图样是图c。
6.自动洗衣机水位检测的精度会影响洗净比和能效等级。某款洗衣机水位检测结构如图1所示。洗衣桶内水位升高时,集气室内气体压强增大,铁芯进入电感线圈的长度增加,从而改变线圈的自感系数。洗衣机智能电路通过测定LC振荡电路的频率来确定水位高度。
某兴趣小组在恒温环境中对此装置进行实验研究。
(1)研究集气室内气体压强与体积的关系。
①洗衣桶内水位H一定时,其内径D的大小　 　　(填“会”或“不会”)影响集气室内气体压强的大小。
②测量集气室高度h0、集气室内径d。然后缓慢增加桶内水量,记录桶内
水位高度H和集气室进水高度,同时使用气压传感器测量集气室内气体压强p。H和h数据如下表所示。
H/cm 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00
h/cm 0.33 0.40 0.42 0.52 0.61 0.70 0.78 0.87
不会　
实验中使用同一把刻度尺对H和h进行测量,根据数据判断,测量　　　　(填“H”或“h”)产生的相对误差较小。
③利用数据处理软件拟合集气室内气体体积V与的关系曲线,如图2所示。图中拟合直线的延长线明显不过原点,经检查实验仪器完好,实验装置密封良好,操作过程规范,数据记录准确,则该延长线不过原点的主要原因是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
H
见解析
(2)研究洗衣桶水位高度与振荡电路频率的关系图3是桶内水位在两个不同高度时示波器显示的u-t图像,u的频率即为LC振荡电路的频率。LC振荡电路的频率f与线圈自感系数L、电容C的关系是f=,则图中　　　　(填“甲”或“乙”)对应的水位较高。
乙
【解析】(1)①集气室内气体压强等于桶内水位高度H和集气室进水高度的高度差产生的压强和大气压强之和,根据p=ρgh可知,其内径D的大小不会影响影响集气室内气体压强的大小;
②由于实验中使用同一把刻度尺进行测量,分度值相同,根据数据分析,桶内水位高度H明显大于集气室内进水高度h,所以测量桶内水位高度H产生的相对误差较小;
③该延长线不过原点的主要原因是与集气室相连的细管中的气体被忽略不计,导致集气室气体体积V相比于实际气体体积偏小。
(2)桶内水位高度H越大,集气室内气体压强越大,铁芯进入电感线圈的长度越大,电感线圈的自感系数越大,根据T=2π可知LC振荡电路的周期越大,所以题图3中乙对应的水位较高。