备战2019年高考物理高频考点解密专题20选修实验教学案..doc
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1、1专题 20 选修实验核心考点 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考点 1 用油膜法估测分子直径的大小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。2计算:如果测出油酸的体积为 V,单分子油膜的面积为 S,则油酸分子的直径 d=VS。3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 10-10 m。4油膜法测分子直径(1)实验步骤在浅盘中倒入约 2 cm 深的水,将痱子粉均匀撒
2、在水面上。 用 注 射 器 往 小 量 筒 中 滴 入 1 mL 油 酸 酒 精 溶 液 , 记 下 滴 入 的 滴 数 n, 算 出 一 滴 油 酸 酒 精 溶 液 的 体 积V0。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 cm 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 V。2计算油酸薄膜的厚度 d=VS,即为油酸分子直径的大小(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
3、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。痱子粉不宜撒得过厚,油酸酒精溶液的浓度以小于10为宜。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(2)一滴油酸溶液中含纯油酸的体积V= 油酸溶液的体积比。(体积比= )(3)油膜的面积 S=n1 cm2。( n 为有效格数,小方格的边长为 1 cm)(4)分子
4、直径 d=V。(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。 在用油膜法估测分子的大小的实验中,具体操作如下:取油酸 1.0 mL 注入 250 mL 的容量瓶内,然后向瓶中加入酒精,直到液面达到 250 mL
5、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; 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 量 筒 达 到 1.0 mL 为 止 , 恰 好 共 滴 了3100 滴 ;在边长约 40 cm 的浅水盘内注入约 2 cm 深的水,将细石膏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,膜上没有石膏粉,可以清楚地看出油膜轮廓;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; 将 画 有 油 膜 形 状 的 玻 璃 板 放 在
6、边 长 为 1.0 cm 的 方 格 纸 上 , 算 出 完 整 的 方 格 有 67 个 , 大 于 半 格 的 有 14个,小于半格的有 19 个。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为_m 3,油膜面积为_m2,求得的油膜分子直径为_m。(结果全部取 2 位有效数字)【参考答案】 140 38. 94.10【试题解析】油酸酒精溶液的浓度为 25,一滴溶液的体积为 1mL0,则一滴油酸酒精溶液含纯油酸为 ;油膜的面积 ;油膜分子直径为 。1(2018山东省济宁市)在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中,将 6 mL 的油酸溶于酒精,制成40mL的油酸酒精溶液,测量 1 m
7、L 的油酸酒精溶液有 75 滴。现取一滴该油酸酒精溶液在水面上形成油膜,油膜的面积是 :(1)按以上数据,可估算出油酸分子的直径为_m。(结果保留 1 位有效数字)(2)某同学在实验中,计算出的分子直径明显偏大,可能是由于_。A油酸分子未完全散开B油酸中含有大量酒精C计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格D求每滴油酸酒精溶液的体积时,1 mL 的溶液滴数 75 错计成了 76【答案】(1)710 10 (2)AC42(2018山东省济南第一中学)利用“单分子油膜法估测分子直径”实验体现了构建分子模型的物理思想,也体现了通过对宏观量的测量来实现对微观量的间接测量方法。某同学在做“用单分子油膜法
8、估测分子大小”的实验时,油酸酒精溶液的浓度为每 1 000 mL 溶液中有纯油酸 0.1mL,用注射器测得 1 mL 上述溶液有 50 滴,把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里,待水面稳定后,测得油酸膜的近似轮廓如图所示,图中正方形小方格的边长为 1 cm,求:(计算结果均保留 2 位有效数字)(1)油酸膜的面积是_ 2m;(2)根据上述数据,估测出油酸分子的直径是_ 。【答案】(1) 34.01 (2) 105.考点 2 用单摆测定重力加速度51实验原理当偏角很小时,单摆做简谐运动,其运动周期为2lTg,它与偏角的大小及摆球的质量无关,由此得到24lgT。因此,只要测出摆长 l 和振
9、动周期 T,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 l,用游标卡尺测出摆球的直径,即得出金属小球半径 r,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
10、出单摆完成 3050 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 NtT( N 为全振动的次数),反复测 3 次,再算出周期。(5)根据单摆振动周期公式2lTg计算当地重力加速度24lgT。(6)改变摆长,重做几次实验,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
11、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6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 l,用横轴表示 T2,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 24gk。这是在众多的实验中经常采用的科学处理数据的重要办法。75数据处理处理数据有两种方法:(1)公式法:测出 30 次或 50 次全振动的时间 t,利用 NtT求出周期;不改变摆长,反复测量
12、三次,算出三次测得的周期的平均值 T,然后代入公式24lg求重力加速度。(2)图象法:由单摆周期公式不难推出:24gl,因此,分别测出一系列摆长 l 对应的周期 T,作 lT2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,要从摆球通过平衡位置时开始计时,不能多计或漏计振动次数。单摆测定重力加速度的实验中:(1)实验时用 20 分度的游标卡尺测量摆球直径,示数如图甲所示,该摆球的直径 d= mm。(2)悬点到小球底部的
13、长度 l0,示数如图乙所示, l0= cm。(3)实验时用拉力传感器测得摆线的拉力 F 随时间 t 变化的图象如图丙所示,然后使单摆保持静止,得到如图丁所示的 Ft 图象。那么:重力加速度的表达式 g= (用题目中的物理量 d、 l0、 t0表示)。设摆球在最低点时 Ep=0,已测得当地重力加速度为 g,单摆的周期用 T 表示,那么测得此单摆摆动时的机械能 E 的表达式是 。A213()FgTB213()8F8C23()6FgTD23()4FgT【参考答案】(1)11.70 (2)100.25 (3)201()4ldtBD 【试题解析】(1)由甲图可知,主尺上的读数是 11 mm,游标尺上第
14、14 个刻度与主尺对齐,所以游1(2018四川省广安市)某同学做“用单摆测定重力加速度”的实验,已知单摆在摆动过程中的摆角小于 5;在测量单摆的周期时,从单摆运动到最低点开始计时且记为 1,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,现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。(1)该单摆在摆动过程中的周期为 T=_;(2)请你帮助该同学写出求重力加速度的一般表达式 g=_(用题中所给的物理量的符号表示);(3)该同学用游标卡尺测量小球的直径,如图甲所示,读数是_cm;(4)为了提高实验精度,该同学采用的措施是:在实验中改变几
15、次摆长 l 并测出相应的周期 T,从而9得出多组对应的 T 与 l 的数据,以 2T为纵坐标, l 为横坐标得到如图乙所示的图线为一条倾斜直线,并求得该直线的斜率为 k,则重力加速度 g=_(用 k 表示);图中直线并没有坐标原点,而是与纵轴的正半轴相交于一点,则实验过程中可能存在的失误是_;【答案】(1) 21tn (2) (3)2.07 (4)2k计算摆长时漏加小球半径2(2018湖北省黄冈市)某同学利用单摆测量重力加速度。10(1)他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下,用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最顶端的长度 0L=96.82 cm,再用螺旋测微器测量摆球直径,结果如图甲所示,则摆球直径
16、 d=_cm;(2)实验时,他利用如图乙所示装置记录振动周期,在摆球运动的最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻,光敏电阻与某自动记录仪相连,该仪器显示的光敏电阻阻值 R 随时间 t 的变化图线如图丙所示,则该单摆的振动周期为 T=_s;(3)根据以上测量数据可得重力加速度 g=_(结果保留三位有效数字),如果该同学测得的 g 值偏小,可能的原因是_(填正确答案标号)A摆线上端未牢固地系于悬点,振动中出现松动,使摆线长度增加了B计算摆长时用的是 L= 0+dC摆球摆动的振幅偏小 【答案】(1)2.360 0 (2)2.000 (3)9.66 A【解析】(1)摆球直径 d=23.5 mm
17、+0.01 mm10.0=23.600 mm=2.360 0 cm;考 点 3 测 定 玻 璃 的 折 射 率111实验原理如实验原理图甲所示,当光线 AO1以一定的入射角 1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出与入射光线 AO1对应的出射光线 O2B,从而求出折射光线 O1O2和折射角 2,再根据 12sin或 1PNQ算出玻璃的折射率。2实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、直尺、铅笔。3实验步骤(1)用图钉把白纸固定在木板上。(2)在白纸上画一条直线 aa,并取 aa上的一点 O 为入射点,作过 O 点的法线 NN。(3)画出线段 AO 作为入射光线,并在 AO 上插上 P
18、1、 P2两根大头针。(4)在白纸上放上玻璃砖,使玻璃砖的一条长边与直线 aa对齐,并画出另一条长边的对齐线bb。(5)眼睛在 bb的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向,使 P1的像被 P2的像挡住,然后在眼睛这一侧插上大头针 P3,使 P3挡住 P1、 P2的像,再插上 P4,使 P4挡住 P3和 P1、 P2的像。(6)移去玻璃砖,拔去大头针,由大头针 P3、 P4的针孔位置确定出射光线 O B 及出射点 O,连接O、 O得线段 OO。(7)用量角器测量入射角 1和折射角 2,并查出其正弦值 sin 1和 sin 2。(8)改变入射角,重复实验,算出不同入射角时的 12sin,并取
19、平均值。4注意事项12(1)玻璃砖应选厚度、宽度较大的。(2)入射角不宜过大或过小,一把为 1575。(3)用手拿玻璃砖时,手只能接触玻璃砖的毛面或棱,不能触摸光洁的光学面,严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边 bb。(4)实验过程中,玻璃砖在纸上的位置不可移动。(5)大头针应竖直地插在白纸上,且玻璃砖每两枚大头针 P1与 P2间、 P3与 P4间的距离应大一点,以减小确定光路方向时造成的误差。5实验数据处理(1)计算法:用量角器测量入射角 1和折射角 2,并查出其正弦值 sin 1和 sin 2。算出不同入射角时的 12sin,并取平均值。(2)作 sin 1sin 2图象:改变不同的入射角
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