选修实验(解析版)-【高频考点】2021年高考物理二轮复习讲义+分层训练.pdf
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1、解 密2 0通修实龄鲁 导航龙考学核心考点考纲要求用油膜法估测分子的大小实验一:探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度实验二:测定玻璃的折射率实验三:用双缝干涉测光的波长要求会正确使用温度计实验鱼 网 珞知 耨 学选修实验,用油膜法估测分子的大小探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度测定玻璃的折射率用双缝干涉测光的波长乂解遗考点凄考 克1 用油麒麻体制台各直校的大小,/於 备 加钠1 .原理:把一滴油酸酒精溶液滴在水面上,使油酸在水面上形成单分子油膜,如果把油酸分子简化成球形,则油膜的厚度即为油酸分子的直径,如图所示。V2 .计算:如果测出油酸的体积为匕单分子油膜的面积为S,则油酸分子的直径上3
2、.分子大小:除了一些有机物质的大分子外,多数分子大小的数量级为1 0一1 m。4 .油膜法测分子直径(1)实验步骤 在浅盘中倒入约2 c m深的水,将琲子粉均匀撒在水面上。用注射器往小量筒中滴入1 m L油酸酒精溶液,记下滴入的滴数明算出一滴油酸酒精溶液的体积均。将一滴油酸溶液滴在浅盘的液面上。待油酸薄膜形状稳定后,将玻璃放在浅盘上,用水彩笔(或钢笔)画出油酸薄膜的形状。将玻璃放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积S;或者玻璃板上有直径为1 c m的方格,则也可通过数方格数,算出油酸薄膜的面积S。根据已配好的油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积几V计算油酸薄膜的厚度d=-,即为油酸分子直径
3、的大小(2)注意事项实验前,必须把所有的实验用具擦洗干净,实验时吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用,不能混用,否则会增大误差,影响实验结果。待测油酸面扩散后又收缩,要在稳定后再画轮廓,扩散后又收缩有两个原因:一是水面受油酸液滴的冲击凹陷后又恢复;二是酒精挥发后液面收缩。本实验只要求估算分子大小,实验结果的数量级符合要求即可。1癖子粉不宜撒得过厚,油酸酒精溶液的浓度以小于诉为宜。1 U U U向水面滴油酸酒精溶液时,应靠近水面,不能离水面太高,否则油膜难以形成。5 .数据处理计算方法:(1)一滴油酸溶液的平均体积p 二 N滴油酸溶液的体积一 N(2)-滴油酸溶液中含纯油酸的体积v=_y x
4、油酸溶液的体积比。(体积比=纯、;油酸体积二)溶液的体积(3)油膜的面积S=X1 c m2o (为有效格数,小方格的边长为1 c m)V(4)分子直径d=。(代入数据时注意单位的统一)6 .几点说明(1)酒精油酸溶液配制后长时间放置,溶液的浓度容易改变,会给实验带来较大误差。(2)利用小格子数计算轮廓面积时,轮廓的不规则性容易带来计算误差。为减小误差,不足半个格子的舍去,多于半个格子的算一个。方格边长的单位越小,计算出的面积越精确。(3)测量量筒内溶液增加1 mL的滴数时,体积观测不准确会带来很大误差,注意正确的读取体积的方法,应选用内径小的量筒。(4)油膜形状的画线不准会带来误差。名/幡源东
5、钠(20 20 陕西西安市长安一中高三月考)在“用油膜法估测分子的大小”实验中,(1)实验中使用到油酸酒精溶液,其 中 酒 精 溶 液 的 作 用 是;A.可使油酸和癖子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(2)某老师为本实验配制油酸酒精溶液,实验室配备的器材有:面积为0.20 0?的蒸发皿、滴管、量筒(5 0滴溶液滴入量筒体积约为1 毫升)、纯油酸和无水酒精若干,已知分子直径数量级为1 0-m,则该老师配制的油酸酒精溶液浓度(油酸与油酸酒精溶液的体积比)至多为_%(保留两位有效数字)。【答案】B 1.0【详解】(1)
6、”实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精溶液的作用是对油酸溶液起到稀释作用,故选Bo(2)(2 J -滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积VDS一滴油酸酒精溶液的体积50 50则该老师配制的油酸酒精溶液浓度(油酸与油酸酒精溶液的体积比)至多为V 0.2*IO x 5 0,八“=7=.(J/(X)v M名 砥豚秣制(2 0 2 0 全国高三专题练习)在“用油膜法估测分子的大小”实验中,(1)该实验中的理想化假设是(一)A.将油膜看成单分子层油膜B.不考虑各油酸分子间的间隙C.不考虑各油酸分子间的相互作用力D.将油酸分子看成球形(2)实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精溶液的作用是()A.可使油酸和瘫子粉之间
7、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)某老师为本实验配制油酸酒精溶液,实验室配备的器材有:面积为0.2 2 1 7?的蒸发皿、滴管、量 筒(5 0滴溶液滴入量筒体积约为1 毫 升)、纯油酸和无水酒精若干。已 知 分 子 直 径 数 量 级 为 则 该 老 师配 制 的 油 酸 酒 精 溶 液 浓 度(油 酸 与 油 酸 酒 精 溶 液 的 体 积 比)至 多 为%o (保留两位有效数字)。【答案】A B D B 1.1【详解】(1)”计算分子直径是根据体积与面积之比,所以需将油膜看成单分子层油膜,不考虑各油酸分子间的间隙
8、,将油酸分子看成球形,故选A B D;(2)2 实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精溶液的作用是对油酸起到稀释作用,酒精稀释油酸是为了进一步减小油酸的面密度,使油酸分子尽可能的少在竖直方向上重叠,更能保证其形成单层分子油膜,也就是为了减小系统误差;故选B。(3)3根据题意可知,形成的油膜的面积不能超过蒸发皿的面积,当油膜面积等于蒸发皿的面积时此时油酸浓度最大,一滴油酸的体积为V=dS=10mx0.22m2=2.2x 10 m3一滴酒精油酸溶液的体积为V=cm3=2xl0-8m3 50因此油酸的浓度为V=1.1%2.(2020上海位育中学高二期中)在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中:(D与实验中
9、“将油酸分子看成是球形的”采用的方法相同的是()A.引入质点的概念 B.平均速度的定义C.引入重心的概念 D.研究加速度与力或质量关系的实验(2)有下列实验步骤:往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水。待水面稳定后将适量的痒子粉均匀地撒在水面上。用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待薄膜形状稳定。将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上,计算出油膜的面积,根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一海地滴入量筒中,记下量筒内每增加一定体积时的滴数,由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。将玻璃板放在浅盘上,然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。上
10、述步骤中,正确的顺序是。(填写步骤前面的数字)(3)将len?的油酸溶于酒精,制成300cm3的油酸酒精溶液;测 得Icn?的油酸酒精溶液有50滴。现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上,测得所形成的油膜的面积是0.13 m 由此估算出油酸分子的直径约为m。(结果保留一位有效数字)(4)某同学在用油膜法估测分子直径的实验中,计算结果明显偏大,可能是由于哪些原因造成的?(试写出两条)【答案】A 41253(14253)5xlO10 瘫子粉过厚;计算滴数时少记了几滴【详解】将油酸分子看成球形,属于理想化模型,而引入质点的概念采用的方法也是理想化模型,平均速度是采用比值定义法,重心是等效法,研究加速度与力
11、或质量关系的实验采用的是控制变量法。故选A o(2)2 本实验步骤为:配制酒精油酸溶液一测定一滴酒精油酸溶液的体积(题图中的)T准备浅水盆()T形成油膜()一描绘油膜边缘,测量油膜面积()T计算分子直径()。故实验步骤为:。3 一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V=-X xlO-6m3=xlO-9m3300 50 15油酸分子直径为4 X IO-d=-m5xlO-lomS 0.13(4)4 在用油膜法估测分子直径的实验中,计算结果明显偏大,可能是由于油酸未完全散开计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格。(其它答案也可以,如:琲子粉过厚;薄膜形状未稳定就开始描绘形状;计算滴数时少记了几滴等)考 支
12、2用单族制煲W力加速覆/於备知鹤i.实验原理当偏角很小时,单摆做简谐运动,其运动周期为7 =2 兀 1 1 它与偏角的大小及摆球的质量无关,由此得到g =*。因此,只要测出摆长/和振动周期7,就可以求出当地重力加速度g的值。2.实验器材带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球,不易伸长的细线(约 1米)、秒表、毫米刻度尺和游标卡尺。3.实验步骤(1)让细线的一端穿过金属小球的小孔,然后打一个比小孔大一些的线结,做成单摆。(2)把细线的上端用铁夹固定在铁架台上,把铁架台放在实验桌边,使铁夹伸到桌面以外,让摆球自然下垂,在单摆平衡位置处作上标记,如实验原理图。(3)用毫米刻度尺量出摆线长度八用游标卡
13、尺测出摆球的直径,即得出金属小球半径厂,计算出摆长l=l+r.(4)把单摆从平衡位置处拉开一个很小的角度(不超过5。),然后放开金属小球,让金属小球摆动,待摆动平稳后测出单摆完成3 0 5 0次全振动所用的时间t,计算出金属小球完成一次全振动所用时间,这个时间就是单摆的振动周期,即7 =2(N为全振动的次数),反复测3次,再算出周期亍=立 马 上 马。N3(5)根据单摆振动周期公式7 =2 U收计算当地重力加速度g=%。(6)改变摆长,重做儿次实验,计算出每次实验的重力加速度值,求出它们的平均值,该平均值即为当地的重力加速度值。(7)将测得的重力加速度值与当地重力加速度值相比较,分析产生误差的
14、可能原因。4.注意事项(1)构成单摆的条件:细线的质量要小、弹性要小,选用体积小、密度大的小球,摆角不超过5。(2)要使摆球在同一竖直面内摆动,不能形成圆锥摆,方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放。(3)测周期的方法:要从摆球过平衡位置时开始计时;因为此处速度大、计时误差小,而最高点速度小、计时误差大。要测多次全振动的时间来计算周期;如在摆球过平衡位置时开始计时,且在数“零”的同时按下秒表,以后每当摆球从同一方向通过最低位置时计数1次。(4)本实验可以采用图象法来处理数据。即用纵轴表示摆长/,用 横 轴 表 示 将 实 验 所 得 数 据 在 坐标平面上标出,应该得到一条倾斜直线,直线的斜率&
15、这是在众多的实验中经常采用的科学处理数4兀2据的重要办法。5.数据处理处理数据有两种方法:(1)公式法:测出3 0 次或5 0 次全振动的时间3 利用T =2 求出周期;不改N变摆长,反复测量三次,算出三次测得的周期的平均值尸,然后代入公式g=亲 求 重力加速度。(2)图象法:由单摆周期公式不难推出:/=,因此,分别测出一系列摆长/对应的周期T,作4 7 r的图象,图象应是一条通过原点的直线,求出图线的斜率,即可求得重力加速度值。6.误差分析(1)系统误差的主要来源:悬点不固定,球、线不符合要求,振动是圆锥摆而不是在同一竖直平面内的振动等。(2)偶然误差主要来自时间的测量上,因此,要从摆球通过
16、平衡位置时开始计时,不能多计或漏计振动次数。名/我率求例(20 20.海南中学高二期中)在用单摆测重力加速度的实验中:(1)用毫米刻度尺测得单摆的悬线长为9 8.0 0 c m ,用 20 分度的游标卡尺测摆球的直径时示数如图甲所示则摆球的直径为 mm,摆长为 cm1,2 3 4 5 6n0.05,”01234567890(2)某实验小组为了比较准确地测量出当地的重力加速度值,决定采用单摆测重力加速度。实验中为了减少摆长的测量误差对实验精度的影响,小组决定用不同长度的摆线对应的单摆周期,绘出/图线,从而间接测定当地的重力加速度。A.若 7 2 一/图线的斜率为上,则当地的重力加速度计算公式为g
17、=;B.实验小组测得的数据如图乙所示,请在答题卡上的图丙上绘制出尸-/图线(可用铅笔绘图);摆线长 m0.60.70.8周期7 7 s1.5 81.7 01.8 20.911.11.21.9 22.0 32.132.22图乙周期平方T2/S22.482.893.303.704.114.524.92C.请 根 据 图 丙 的 一/图 线 算 出 该 直 线 的 斜 率 忆=s2/m;/mD.若取兀2 =9,8 7,实验小组测定的当地重力加速度值为8=m/s (保留三位有效数字)54.5【答 案】20.80 99.044.07 9.702.54/k(9.69-9.72)【详 解】(I)1|摆球的直
18、径20mm+16x 0.05mm=20.80mm 摆 长 为I=10.40mm+98.00cm=99.04cm(2)3根据解得T=17T7T24zr2 _/图线的斜率为女,则解得Q=kg4n24 T?一/图线如图所示4.545T2/s5 斜率k,-A-T-2=-2-.-3-5-s-2/m,=4.07s22/,mM 0.56J当地重力加速度值为g=-=9.70m/s2k跟踪秣习1.(2020全国高三专题练习)用单摆测定重力加速度的实验装置如图所示。组装单摆时,应 在 下 列 器 材 中 选 用(选填选项前的字母)。A.长度为1m左右的细线 B.长度为30cm左右的细线C.直径为1.8cm的塑料球
19、 D.直径为1.8cm的铁球测出悬点。到小球球心的距离(摆长)L 及单摆完成次全振动所用的时间则重力加速度g=(用 L、f 表示)o下表是某同学记录的3 组实验数据,并做了部分计算处理。请计算出第3 组实验中的T=s,g=m/s2o组次123摆长L/cm80.0090.00100.0050次全振动时间r/s90.095.5100.5振动周期77s1.801.91重力加速度g/(m-s-2)9.749.73用 多 组 实 验 数 据 作 出 图 像,也可以求出重力加速度g。已知三位同学作出的7 L 图线的示意图如图 中 的 氏 c 所示,其中和匕平行,。和 c 都过原点,图线匕对应的g 值最接近
20、当地重力加速度的值。则相 对 于 图 线 从 下 列 分 析 正 确 的 是 (选填选项前的字母)。A.出现图线的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长LB.出现图线c 的原因可能是误将49次全振动记为50次C.图线c 对应的g 值小于图线6 对应的g 值某同学在家里测重力加速度。他找到细线和铁锁,制成一个单摆,如图所示,由于家里只有一根量程为 3 0 c m 的刻度尺,于是他在细线上的A点做了一个标记,使得悬点。到 A点间的细线长度小于刻度尺量程。保持该标记以下的细线长度不变,通过改变。、A间细线长度以改变摆长。实验中,当。、A间细线的长度分别为小,2 时,测 得 相 应 单 摆 的 周
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