【物理】2020届二轮复习专题九第18讲　热学、光学、机械振动实验作业（山东专用） 7页

第18讲　热学、光学、机械振动实验 一、单项选择题 ‎　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 ‎ ‎1.(2019河南郑州质量预测)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) ‎ 答案　1.5　2.0×108‎ 解析　玻璃砖的折射率为n=sinisinr=x‎1‎Rx‎2‎R=x‎1‎x‎2‎=‎3‎‎2‎=1.5‎ 光在玻璃中的传播速度 v=cn=‎3.0×1‎‎0‎‎8‎‎1.5‎ m/s=2.0×108 m/s。‎ ‎2.测量分子大小的方法有很多,如油膜法、显微法。‎ ‎(1)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,用移液管量取0.25 mL油酸,倒入标注250 mL的容量瓶中,再加入酒精后得到250 mL的溶液。然后用滴管吸取这种溶液,向小量筒中滴入50滴溶液,溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度,再用滴管取配好的油酸酒精溶液,向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下1滴溶液,在液面上形成油酸薄膜,待油膜稳定后,放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜,如图甲所示。坐标格中每个小正方形方格的大小为2 cm×2 cm。由图可以估算出 油膜的面积是　　　　cm2,由此估算出油酸分子的直径是　　　　m(结果保留一位有效数字)。 ‎ ‎(2)如图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片。这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.43×10-8 m的圆周而组成的。由此可以估算出铁原子的直径约为　　　　m(结果保留两位有效数字)。 ‎ 答案　(1)256　8×10-10　(2)9.4×10-10‎ 解析　(1)数油膜的正方形格数,大于半格的算一格,小于半格的舍去,得到油膜的面积S=64×2 cm×2 cm=256 cm2。溶液浓度为‎1‎‎1 000‎,每滴溶液体积为‎1‎‎50‎ mL,1滴溶液中所含油酸体积为V=2×10-5 cm3。油膜厚度即油酸分子的直径是d=VS≈8×10-10 m。‎ ‎(2)直径为1.43×10-8 m的圆周周长为D=πd≈4.49×10-8 m,可以估算出铁原子的直径约为d'=‎4.49×1‎‎0‎‎-8‎‎48‎ m≈9.4×10-10 m。‎ ‎3.用某种单色光做双缝干涉实验时,已知双缝间的距离d的大小恰好是图丁中游标卡尺的读数;双缝到毛玻璃屏间的距离的大小由图丙中的毫米刻度尺读出;实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮,把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹中心(如图乙所示),并记下手轮上的读数x1(如图戊所示),然后转动手轮,把分划线向右移动,直到对准第7条亮条纹中心并记下手轮上的读数x2(如图己所示),由以上测量数据可求出该单色光的波长为　　　　m。(结果保留两位有效数字) ‎ 答案　8.0×10-7‎ 解析　根据条纹间距公式Δx=ldλ可知,波长λ=dlΔx,由题图丁可直接读出d=0.25 mm=0.000 25 m,双缝到屏的距离由题图丙读出l=74.90 cm=0.749 0 m。由题图乙、戊、己可知,两条相邻亮条纹间的距离Δx=‎14.700-0.300‎‎6‎ mm=2.400 mm=0.002 400 m。将以上数据代入得λ=dΔxl=‎0.000 25×0.002 400‎‎0.749 0‎ m≈8.0×10-7 m。‎ ‎4.(2019湖北黄冈模拟)如图甲所示,用气体压强传感器“探究气体等温变化的规律”,操作步骤如下:‎ ‎①把注射器活塞推至注射器中间某一位置,将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接;‎ ‎②移动活塞,记录注射器的刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p;‎ ‎③重复上述步骤②,多次测量;‎ ‎④根据记录的数据,作出V-‎1‎p图线,如图乙所示。‎ ‎(1)完成本实验的基本要求是　　　　(填正确答案标号) ‎ A.在等温条件下操作 B.封闭气体的注射器密封良好 C.必须弄清所封闭气体的质量 D.气体的压强和体积必须用国际单位 ‎(2)理论上由V-‎1‎p图线分析可知,如果该图线　　　　　　　　,就说明气体的体积跟压强的倒数成正比,即体积与压强成反比。 ‎ ‎(3)若实验操作规范正确,则图线不过原点的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　,图乙中V0代表　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ 答案　(1)AB　(2)为过坐标原点的直线 ‎(3)传感器与注射器间有气体　传感器与注射器间气体体积 解析　(1)该实验的条件是温度不变、气体质量一定,所以要在等温条件下操作,注射器密封性要好,故A、B正确;研究质量一定的气体压强与体积的关系,不需要测量气体的质量,故C错误;研究气体的压强和体积的比例关系,单位无需统一为国际单位,故D错误。‎ ‎(2)根据理想气体状态方程pVT=C可知,实验数据画出的V-‎1‎p图线是过坐标原点的直线。‎ ‎(3)题图乙所示图线的方程为V=k‎1‎p-b,说明注射器中的气体的体积小于实际的封闭气体的体积,结合实验的器材可知,截距b代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积。‎ ‎5.(2019天津南开模拟)学校开展研究性学习,某研究小组的同学根据所学的光学知识,设计了一个测量液体折射率的仪器,如图所示。在一圆盘上,过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF,在半径OA上,垂直盘面插下两枚大头针P1、P2,并保持P1、P2位置不变,每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中,而且总使得液面与直径BC相平,EF作为界面的法线,而后在图中右上方区域观察P1、P2的像,并在圆周上插上大头针P3,使P3正好挡住P1、P2的像,同学们通过计算,预先在圆周EC部分刻好了折射率的值,这样只要根据P3所插的位置,就可直接读出液体折射率的值,则:‎ ‎(1)若∠AOF=30°,OP3与OC的夹角为30°,则P3处所对应的折射率的值为　　　　。 ‎ ‎(2)图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率的值大?‎ 答:　。 ‎ ‎(3)作AO的延长线交圆周于K,K处所对应的折射率的值应为　　　　。 ‎ 答案　(1)‎3‎　(2)P4处对应的折射率的值大　(3)1‎ 解析　(1)根据折射定律n=sin ‎θ‎1‎sin ‎θ‎2‎,题中θ1=60°,θ2=∠AOF=30°,所以n=sin60°‎sin30°‎=‎3‎。‎ ‎(2)题图中P4对应的入射角大于P3所对应的入射角,所以P4对应的折射率的值大。‎ ‎(3)因A、O、K在一条直线上,入射角等于折射角,所以K处对应的折射率的值应为1。‎ ‎6.在“用单摆测定重力加速度”的实验中:(1)摆动时偏角满足的条件是偏角小于5°,为了减小测量周期的误差,计时开始时,摆球应是经过最　　　　(填“高”或“低”)点的位置,且用停表测量单摆完成多次全振动所用的时间,求出周期。图甲中停表示数为一单摆全振动50次所用的时间,则单摆振动周期为　　　　。 ‎ ‎(2)用最小刻度为1 mm的刻度尺测摆长,测量情况如图乙所示。O为悬挂点,从图乙中可知单摆的摆长为　　　　　　m。 ‎ ‎(3)若用L表示摆长,T表示周期,那么重力加速度的表达式为g=　　　　。 ‎ ‎(4)考虑到单摆振动时空气浮力的影响后,学生甲说:“因为空气浮力与摆球重力方向相反,它对球的作用相当于重力加速度变小,因此振动周期变大。”学生乙说:“浮力对摆球的影响好像用一个轻一些的摆球做实验,因此振动周期不变”,这两个学生中　　　　　　　　。 ‎ A.甲的说法正确 B.乙的说法正确 C.两学生的说法都是错误的 答案　(1)低　2.05 s　(2)0.998 0　(3)‎4π‎2‎LT‎2‎　(4)A 解析　(1)摆球经过最低点时小球速度最大,容易观察和计时;题图甲中停表的示数为1.5 min+12.5 s=102.5 s,则周期T=‎102.5‎‎50‎ s=2.05 s。‎ ‎(2)从悬点到球心的距离即为摆长,可得L=0.998 0 m。‎ ‎(3)由单摆周期公式T=2πLg可得g=‎4π‎2‎LT‎2‎。‎ ‎(4)由于受到空气浮力的影响,小球的质量没变而相当于小球所受重力减小,即等效重力加速度减小,因而振动周期变大,选项A正确。‎ ‎7.利用单摆测量当地重力加速度的实验中。‎ 图1‎ ‎(1)利用游标卡尺测得金属小球直径如图1所示,小球直径d=　　　　cm。 ‎ ‎(2)某同学测量数据如表,请在图2中画出L-T2图像。‎ L/m ‎0.400‎ ‎0.500‎ ‎0.600‎ ‎0.800‎ ‎1.200‎ T2/s2‎ ‎1.60‎ ‎2.10‎ ‎2.40‎ ‎3.20‎ ‎4.80‎ 图2‎ 由图像可得重力加速度g=　　　　 m/s2(保留3位有效数字)。 ‎ ‎(3)某同学在实验过程中,摆长没有加小球的半径,其他操作无误,那么他得到的实验图像可能是下列图像中的　　　　。 ‎ 答案　(1)2.26　(2)图见解析　9.86　(3)B 解析　(1)小球的直径d=22 mm+0.1 mm×6=22.6 mm=2.26 cm。‎ ‎(2)L-T2图像如图所示 由T=2πLg可得L=g‎4‎π‎2‎T2,图像斜率k=‎g‎4‎π‎2‎ 对应图像可得k=‎1.200-0.400‎‎4.80-1.60‎=0.25‎ 可解得g=4π2k≈9.86 m/s2。‎ ‎(3)在实验中,若摆长没有加小球的半径d‎2‎,其他操作无误,可得L=g‎4‎π‎2‎T2-d‎2‎。故选项B正确,A、C、D错误。‎