专题18 实验与探究(2)-【备战高考】备战2027高考物理母题题源同步练

子，选其末动量方向为正方向，则？=m0,巾1= 一，又△p=p:一力1，故解出△p=0.40mc,方向与 末动量方向一致 11.【解析】(1)核反应方程式为 4H→He+2e ① (2)由爱因斯坦的质能方程△E=△mc2 ② 核反应所释放的能量△E为 △E=(4mp-He-2me)c2 ③ (3)由能量关系得Pt=n△E ④ Pt Pt 得n=△正(4mp-mH-2m.)c 12.【解析】已知地球的公转周期T=365天= 31536000s, 日地间距离R=8×60×3×108m=1.44×101m. 尚万有引力走#袋-m答众得M-求 4π2 GT =1.79×1030kg. 由爱因斯坦质能方程E=mc2得一次Y射线爆 发放出的能量 E=1.79×100×(3×108)J=1.611×107J. 13.【解析】(1)4H→He+2e (2)△m1=4×1.0073u-(4.0015+2×0.00055)u =0.0266u 所以△E=△m1c2=0.0266×931.5MeV=24.78 MeV=4X10-12] (3)因为太阳每秒钟释放的能量为3.8×106J, 则太阳每秒钟减小的质量为△m,=△E=3.8×109 (3×108)2 kg≈0.4×1010kg (4)太阳的质量为2×1030kg,太阳还能存在时 间为 △m3_2×1030×3×104 t= s=15×1016s≈5× △m2 0.4×1016 10年 题源3原子物理与动量守恒 1.(1)9n+H→H (2)EA-2EB 1 【解析】(1)见答案 (2)光子能量e=m,动量力=么 ,且= 入 得p=,则pa:pa=21 A照射时，光电子的最大初动能EA=eA一W. 同理，EB=eB一W。, 解得W,=EA一2EB· 2.【解析】设中子和作减速剂的物质的原子核 A的质量分别为mm和mA,碰撞后速度分别为'. 和'A.碰撞前后的总动量和总能量守恒，有 mmvn=mnv'm+十mAv'A ① 合m,=宁m,e+ 1 2mAv'月 ② 式中m为碰撞前中子速度，由题设 72A=k2 ③ 由①②③式得，经1次碰撞后中子速率与原速率 之比为 骨 经N次碰撞后，中子速率与原速率之比为 ) 专题18实验与探究(2) 十年高考母题原型训练 A组 题源1选修3一3实验 1.(1)乙(2)2t。变大变大 【解析】(1)游标卡尺两外测量爪对齐，甲图放 小球的地方并不对齐，正确的是乙图 (2)一个周期内小球应该两次经过最低点，使光 敏电阻的阻值发生变化，故周期为t1十2t。一t=2t0: 小球的直径变大后，摆长变长，周期变大；使得每次经 过最低，点的时间变长， 2.A【解析】单摆摆角小于5度时，才可近似 看成简谐振动，故摆角为15度时测定的周期误差较 大，选项C、D错误；测量周期时计时起点最好选在平 衡位置，因为此时小球速度较大，所以选项A正确， 选项B错误， 3.(1)偏小(2)T(或t、n),9T' 【解析】()单摆的摆长1=1+号，本题中用线 长1代替摆长L,从而使得重力加速度的测量值偏小 (2)因要验证T与日的关系，所以需要测量周期 T'(也可测t和n,T'=t/n)和摆角日，由于该图线在 横轴上的截距大于零，结合题意知，图象中的横轴表 示T' 题源2选修3一4实验 1.(1)挡住C及A、B的像1.8(1.6~1.9都算 对)(2)1260km4.2km【解析】(1)见答案 (2)设P波的传播时间为t,则x=pt,x=vs(t +△t) 解得x=ps△t,代入数据得x=1260km Up一0s 由λ=vsT,解得λ=4.2km 2.(1) (2)1.51(在1.51的误差0.03范围内都可以) (3)A 3.长塔大【解析】相邻明暗相间条纹间的 距离是△x= 入，因此要增大△，只要想办法增大波 长入或增大双缝与光屏之间的距离1即可， 题源3选修3一5实验 P2【解析】由题意可知，OP是未放B球 。1 时，A球从槽中自由滚下落地的水平距离，OM是入 射球A与被碰球B碰撞后落地的水平距离，OV是 被碰球B碰撞后落地的水平距离， 则未放B球时，A球落地点的记录纸上的P点 设A球的质量为2m,则B球的质量为m,则A、B 组成的系统碰撞前的总动量为 p=2m·OP=2m×8.62=17.24m 碰撞后系统的总动量为 p'=2m·OM+m·ON=2m×2.68+m×11.50 =16.86m 系统碰撞前总动量力与碰撞后总动量力'的百分 误差为 D-1×100%=17.24m216.86m×100% 17.24m =2%. B组 题源1选修3一3实验 1.(1)98.599.8s(2)B【解析】(1)由摆长 公式l=1′+d/2,知1=98.50cm=0.9850m,由秒表 的读数方法，可求得单摆振动50次所用的时间t=短 针读数(t1)+长针读数(t2)=3×30s+9.8s= 99.8s,同时可求得周期T. (2)通过g产，可知g偏小的可能原因有二 一是摆长！的测量值偏小，即测量值小于实际值，可 知A错，B正确；二是周期T的测量值偏大，如开始 计时时，过早按下秒表；停止计时时，过迟按下秒表： 误把n十1次全振动数为n次等等.由此可知C、D选 项皆错.故正确答案为B. 2.(1)BD(2)a(3)0.39.86 【解析】(1)测量筒的下端口到摆球球心之间的 距离(，用到毫米刻度尺，测单摆的周期用秒表，所以 测量工具选B、D. (2)设摆线在筒内部分的长度为，由T= 牛五得，T=4元1+4 2g l十h,可得T2一1关系图 g g 06 象为a (3)将T2=0,l=-30cm代入上式可得： h=30cm=0.3m; 将T2=1.20,1=0个代入上式可求得： g=x=9.86m/s2. 3.4×10-38×10i填表略符合要求 【解析】由题给条件得，1滴溶液的体积为V席液 1 ,V油=1 =250m1.=4X10ml,因为7500，故1滴溶液 中油酸体积为： 11 Vaa50y2250×250m=8x10cm 据此算得3次测得L的结果分别为： 1.5×10-8cm1.62×10-8cm1.42×10-8cm 其平均值为：L=+L:+L=1.51×100m 3 这与公认值的数量相吻合，故本次估测数值符合 数量级的要求 +a器 (2)ACD【解析】(1)每一滴油酸 V 酒精溶液中合有纯油酸的体积V,=N“,所以油酸分 子的直径为d= Vo av (2)设坐标纸上每一个小方格的面积为S。,所画 轮廓内的方格数为n,则分子的直径d=N:n av 一由 此可知A、C、D都将使测量结果偏大，计算油膜面积 时，若将不完整的方格作为完整方格处理会导致油膜 面积偏大，从而使所测分子直径偏小，故B项错 题源2选修3一4实验 1.C【解析】纵后横向光一种透过，一种遮蔽. 旋转偏振片P.PQ放置的方向不同，通过P的光线 有一部分不能通过Q.A、B两点光的强度A不变，B 有变化. 2.【解析】(1)滤光片E是从白光中选出单色 红光，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源， 最后成像在毛玻璃屏上，所以排列顺序为：C、E、D、 。1 B、A. (2)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、 双缝时，必须使缝相互平行：单缝、双缝间距离大约在 5~10cm:要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的 中心在同一轴线上. (3)螺旋测微器的读数应该：先读整数刻度，然后 看半刻度是否露出，最后看可动刻度，图乙读数为13. 870mm,图甲读数为2.320mm,所以相邻条纹间距 4x=13.870-2.320 mm=2.310mm. 5 (4)由条纹间距离公式△x= 合得A=央代 入数值得：入=6.6×10-7m=6.6×102nm. 3【解析】)报据折射定律川一，题中 9=60,0:=∠A0F=30°，所以n=sin60 sin30 =1.73. (2)图中P,对应的入射角大于P?所对应的入 射角，所以P,对应的折射率大 (3)因A、O、K在一条直线上，入射角等于折射 角，所以K处对应的折射率应为1. 题源3选修3一5实验 (1)cbad(2)天平A、B两滑块的质量M1、M: (3)M1L1/t1=ML2/t2(4)粘连好可以避免 因漏记弹簧的动量而带来较大的实验误差 专题19力与机械 热与热机 十年高考母题原型训练 A组 题源1刚体的平衡 1.D【解析】由力矩平衡知识可得，增加同样 的钩码时，顺时针力矩和逆时针力矩仍然相等，因此 木棒仍能平衡，故选项D正确. 2.(1)BC(2)①OA>0.20m②OA> 0.25m【解析】(1)皮带连接着两轮的转动，从主动专题18实验与探究(2) 考纲·题型解读 本部分为选修内容，主要以考查基础为主，其中用单摆测定当地的重力加速度、测定玻璃的折射率、用双缝干涉测光的波 长、验证动量守恒定律是高考考查的热点.常以填空题、选择题形式考查实验原理、实验设计能力、实验步骤、实验数据处理以及 误差分析等 十年高考母题题源揭秘 题源1 选修3一3实验 计算出油膜的面积S,求面积时以坐标纸上边长为1cm的 正方形为单位，计算出正方形的个数，不足半个的舍去，多 解题模型1.1 于半个的算一个 实验：用油膜法估测分子的大小 (5)根据纯油酸的体积V和油膜的面积S,可计算出油 酸薄膜的厚度L=V/S,即油酸分子的大小」 1.了解本实验的实验原理及所需要的器材，了解实验的注 (6)将浅盘里的水溶液及痱子粉倒出、洗净，再重复步 意事项 目的2.会正确测出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油 骤(2)一(5)两次，并计算出油酸分子大小，最后求出油酸 膜的面积 分子大小的平均值， 3.会计算分子的大小，正确处理实验数据 2.注意事项 利用油酸分子的特性（一端亲水，另一端不亲水），可使油 (1)油酸溶液配制后不要长时间放置，以免浓度变化， 酸在水面上形成单分子薄膜，测出油酸的体积V和单分子 原理 薄膜的面积，即可得到单分子薄膜的厚度L,即油酸分子 而选成较大实层误送。尚酸酒特的流度以小于为宝。 的大小 (2)注射器针头高出水面的高度应在1cm之内，当针头 浅盘（边长40cm左右），水，玻璃板或有机板（比浅盘略 靠水面很近（油酸未滴下之前）时，会发现针头下方的粉层已 器材大)，油酸酒精溶液（浓度的体积分数为1/200或1/500）， 被排开，这是由于针头中酒精挥发所致，不影响实验效果. 量杯，带针头的注射器或滴管，廉子粉，水彩笔，坐标纸 (3)动手做实验之前要训练好滴法. (4)待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓， 1.实验步骤 扩散后又收缩有两个原因：第一，水面受油酸液滴冲击凹 (1)用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一 陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩. 滴一滴地滴入量杯中，记下量杯内增加一定体积（如1mL) (5)当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边 时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精的体积，然后再按油 缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用 酸酒精溶液的浓度计算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的 清水冲洗，这样做可保持盘的清洁. 体积. (6)从盘的中央加痱子粉，使粉自动扩散至均匀，这是 (2)往浅盘里倒入约2cm深的水，待水稳定后，将适量 由于以下两种因素所致：第一，加粉后水的表面张力系数 的排子粉均匀地撒在水面上， 变小，水将粉粒拉开；第二，粉粒之间的排斥这样做，比将 (3)用注射器或滴管将油酸酒精溶液滴一滴在水面 粉撒在水面上的效果更好， 上，形成如图所示的形状，待油酸薄膜的形状稳定后，将准 (7)本实验只要求估算分子的大小，实验结果的数量 备好的玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用水彩笔描 级符合要求即可， 在玻璃板上」 3.误差分析 (1)油酸酒精溶液配制后长时间放置，溶液的浓度容 浮在水面上的痱子粉油酸膜 易改变，会给实验带来较大误差. (2)利用数小格子计算轮廓面积时，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. (4)将画有油膜轮廓的玻璃板正确地放在坐标板上， (3)测量量筒内溶液增加1L的滴数时，注意正确的 ·262· 观察方法. (4)把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度（不超过 (4)油膜形状的画线误差 10°)，然后放开小球让它摆动，用秒表测出单摆完成30一 50次全振动的时间，计算出平均完成一次全振动的时间， [真题1]（高考科研题）本实验利用油酸在水面上形成一 这个时间就是单摆的振动周期. 单分于层的油膜，估测分于的大小实验步骤如下： (5)改变摆长，重做几次实验 ①将5mL的油酸倒入盛有酒精的玻璃量杯中，盖上盖并摇动， (6)根据单摆的周期公式，计算出每次实验的重力加 使油酸均匀溶解形成油酸酒精溶液，读出该溶液的体积为NmL. 速度，求出几次实验得到的重力加速度的平均值，即为当 ②用滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入空量杯中，记下 地的重力加速度的值。 当杯中溶液达到1mL时的总滴数n. (7)将测得的重力加速度数值与当地重力加速度数值 ③在边长约40cm的浅盘里倒入自来水，深约2cm,将少许 加以比较，分析产生误差的可能原因 石膏粉均匀地轻轻地撒在水面上， 2.注意事项 ④用滴管往盘中水面上滴1滴油酸酒精溶液，由于酒精溶于 (])实验所用的单摆应符合理论要求，即线的弹性要 水而油酸不溶于水，于是该滴中的油酸应在水面上散开，形成油 小，摆球用密度和质量较大的小球，并在摆角小于10°的情 酸薄膜。 况下进行实验. ⑤将平板玻璃放在浅盘上，待油酸薄膜形状稳定后可认为 (2)摆线的悬，点要固定，不能在摆动中出现移动或晃动 已形成单分于层油酸膜.用彩笔将该单分于层油酸膜的轮廓画 (3)要使单摆在竖直平面内振动，不要使其形成锥摆或 在玻璃板上. 摆球转动，其方法是把摆球拉到一定位置后由静止释放， ⑥取下玻璃板放在方格纸上，量出该单分于层油酸的面 (4)摆长应为悬点到球心的长度. 积S. (5)测单摆周期时，应从摆球过平衡位置时开始计时， 在估算油酸分于大小时，可将分于看成球形，用以上实验步 并且采用倒数到0开始计时计数的方法计时. 骤中的数据和符号表示，油酸的分于的半径=」 (6)为了尽可能地减小实验误差，要特别注意测准单 [解析]由题知5mL纯油酸被稀释成了NmL,而1mL 摆的周期。 这种稀释了的油酸溶液有滴，则1滴溶液中纯油酸的体积为 (7)要注意多次测量，并取平均值， 3.误差分析 N,故n六=S,2r,则r=2Nms (1)本实验的系统误差主要来源于单摆模型本身是否 [答案] 符合要求，即悬，点是否固定，是单摆还是复摆，球、线是否 2NnS 符合要求，振动是圆锥摆还是在同一竖直平面内的振动， 解题模型1.2 以及测量哪段长度作为摆长等，只要注意了上述这些问题， 就可以使系统误差减小到远远小于偶然误差而忽略不计 实验：用单摆测定当地的重力加速度 的程度。 1.学会用单摆测定当地的重力加速度 (2)本实验的偶然误差主要来自时间（即单摆周期）的 目的 2.能正确熟练地使用秒表. 测量上.因此，要注意测准时间，要从摆球通过平衡位置开 始计时，并采用倒数计时计数方法，不能多记或漏记振动 根据单摆周期公式T=2π√/g,在它近似适用的范固内， 次数为了减小偶然误差，应进行多次测量后取平均值. 原理 有g=4π21/T,通过实验方法测出摆长1和周期T,即可 (3)在长度（摆线长、摆球的直径）的测量时，读数读到 计算出当地的重力加速度g的值 毫米位即可（即使用卡尺测摆球直径也只需读到毫米位） 铁架台（附铁夹）、通过球心开有小孔的金属小球、秒表、长 器材 在时间的测量中，秒表读数的有效数字的末位有“秒”的十 约1m左右的细线一根、毫米刻度尺一把、三角板 分位即可， 4.秒表的使用和读数 1.实验步骤 秒表也称“停表”，表针 (1)让线的一端穿过小球的小 的运行靠齿轮传动带动 孔，然后打一个比孔大一些的线 结，做成单摆 1,构造：如图所示，秒 表有表盘刻度和外壳按钮 (2)把线的上端用铁夹固定在 铁架台上，把铁架台放在实验桌 两个主要部分： (1)表盘刻度：表盘内 边，使铁夹伸出桌面外，让摆球自 血 标忧 有两个大小不等的圆周，大 由下垂，在单摆平衡位置处做上标 圆刻度盘上的刻度表示秒针（长针）转动到不同位置时记 记，如图所示， 录“X秒”的数值，秒针每转一周，所经历的时间为30s.大 (3)用米尺量出悬线长'（准确到1mm),用米尺和三 圆周上最小分度为0.1s.小圆刻度盘上表示分针（短针）转 角板测出摆球的直径d(准确到1mm),然后计算出悬点到 到不同位置时记录“X分”的数值，分针每转一周，所经历的 球心的距离1,1=1+即为摆长. 2 时间为15min,小圆周上最小分度为0.5min. 263 (2)外壳按钮：该按钮又叫柄头，其作用为使指针启 动、停止和回零一般机械秒表（非电子秒表）上端有柄头， 题源2 选修3一4实验 用以旋紧发条及控制秒表的走动和停止 Ⅱ。使用和读数 解题模型2.1 使用前先上好发条，测量时用手握住秒表，大拇指按 实验：测定玻璃的折射率 下按钮，第一次按压，秒表指针立即走动，计时开始，随即 放手任其按钮自行弹回：第二次按压按钮，秒表指针停止 目的测定玻璃的折射率 走动，指针指示出两次按压之间的时间：第三次按压时，秒 用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线： 用量角器测出入射角i和折射角r:根据折射定律计算出 针和分针都弹回零，点. 原理 所测时间超过0.5min时，0.5min的整数部分由小圆 成瑞的新转华一温 刻度盘内分针所指示的刻线读出，不足0.5min的部分由 玻璃砖，白纸三张，木板，大头针四枚，图钉四枚，量角器， 器材 大圆刻度盘中秒针所指示的刻线读出，所测的总时间为两 三角板（或直尺），铅笔 针示数之和， 1.实验步骤 [真题2](2023·天津)(1)质量为0.2kg的小球竖直向下 (1)把白纸用图钉钉在木板上. 以6m/s的速度落至水平地面，再以4m/s的速度反向弹回，取 (2)在白纸上画一条直线aa′作为界面，画一条线段 竖直向上为正方向，则小球与地面碰撞前后的动量变化为 AO作为入射光线，并过O点画出界面aa'的法线NN'. kg·m/s.若小球与地面的作用时间为0.2s,则小球受 到地面的平均作用力大小为N(取g=10m/s). P (2)某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素 ①他组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的 椋皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，如图所示这样做 的目的是 (填字母代号). (3)把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边 跟aa'对齐，并画出玻璃砖的另一个长边bb': (4)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P, (5)在玻璃砖的b心一侧竖直地插上大头针P,用眼睛 观察调整视线要使P,能同时挡住P,和P。的像. A.保证摆动过程中摆长不变 (6)同样地在玻璃砖的bb'一侧再竖直地插上大头针 B.可使周期测量得更加准确 P。,使P:能挡住P本身和P1、P2的像. C.需要改变摆长时便于调节 (7)记下P、P,的位置，移去玻璃砖和大头针，过P1、P D.保证摆球在同一竖直平面内摆动 引直线OB与bb'交于O'点，连接O)',OO就是玻璃砖内的 ②他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺 折射光线的方向，入射角i=∠AON,折射角r=∠O'ON', 从悬点量到摆球的最低端的长度L=0.9990m,再用游标卡尺测 (8)用量角器量出入射角i和折射角r的度数 量摆球直径，结果如图所示，则该摆球的直径为 mm,单 (9)从三角函数表中查出入射角和折射角的正孩值， 摆摆长为」 m. 记入自己设计的表格里 2 主尺cm (10)用上面的方法分别求出入射角是30°、45°、60°时 ultth ww 的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，把这些数据也 0 10 [解析](1)以竖直向上为正方向，小球的动量变化为△p 记在表格里算出不同入射角时的值，比较一下，看它 sinr =m02-m01=2kg·m/s,根据动量定理F合t=△p可知F合= △p 们是否接近一个常数，求出几次实验中所测的平均值， =10N,对小球受力分析可知F-mg=F合，地面对小球的 sinr t 这就是玻璃的折射率 平均作用力F=F合十mg=12N. 2.注意事项 (2)①橡皮对摆线的摩擦力很大，可以使摆长不发生变化， （1)玻璃砖要厚. 并且想调整摆长也很方便，选项A、C正确：这个措施对周期测 (2)入射角应在30°到60°之间 量没任何影响，不适用橡皮也能使摆球在同一平面内摆动，选项 (3)大头针的间距应较大些」 B、D错误.②游标卡尺固定刻度的读数为1.2cm,可动刻度的第 (4)玻璃砖的折射面要画准」 一条刻度线和固定刻度对齐，所以可动刻度的读数为零，游标卡 (5)大头针要插得竖直. 尺精确到0.1mm,所以游标卡尺的最终读数为12.0mm;单摆 3.误差分析 的摆线长等于0.9990m-0.006m=0.9930m. [答案](1)212(2)①AC②12.00.9930 ·264· (1)入射光线、出射光线确定的准确性，故要求入射 ②将单缝和双缝安装在光具座上，使三者中心位于遮 侧、出射侧所插两枚大头针间距宜大点 光筒的轴线上，并注意使双缝与单缝相互平行，在遮光筒 (2)测量入射角与折射角时的相对误差，故入射角不宜 有光屏一端安装测量头，如图乙所示，调整分划板位置直到 过小，入射角也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱， 分划板中心刻线位于光屏中央 [真题3](2022·福建)某同学利用“插针法”测定玻璃的 光源 单缝双缝 遮光筒 折射率，所用的玻璃砖两面平行.正确操作后，作出的光路图及 测出的相关角度如图所示 (1)此玻璃的折射率计算式为n= (用图中的6、 0。表示)： 图乙 (2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了 (2)调节单缝的位置，使单缝和双缝间距离保持在5 减小误差，应选用宽度 (填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。 10cm,使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的中心轴线上， 又一大头针 这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样， (3)通过测量头上的目镜观察光屏，这时应看到白光 的双缝干涉条纹，若干涉条纹不清晰，可通过遮光筒上的 调节长杆轻轻拔动双缝，即可使干涉条纹清晰明亮， (4)将红色（或绿色）滤光片套在双缝前面，通过目镜 可看到单色光的双缝干涉条纹，并看到红色光的双缝干涉 sin(90°-01)cos01 条纹间距比绿光的干涉条纹间距大· [解析]（1)由折射定律，知n= sin(90°-02)cos0, (5)测出几条亮条纹间的距离Q,进而求出相邻两条亮 (2)玻璃宽度越大，在画玻璃中的折射光线时引起的误差越小， [答案]1)m=9s8(或n=sim90-9 纹间距离：△x n-1 cos0. sin(90°-0，) )(2)大 (6)查看双缝干涉仪使用说明书，一般可得到双缝间 解题模型2.2 距离d和双缝到光屏的距离1，若1未知，可用刻度尺测出。 实验：用双缝干涉测光的波长 ()粉用公式△虹=合入计算出单色光波长. (8)按以上方式测出不同颜色的单色光波长。 1.用双缝千涉测光的波长， 2.注意事项 目的2.观察单色光和白光的双缝千涉图样， (1)双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，要轻拿轻放， 3.进一步熟练掌握螺旋测微器（及游标卡尺）的读数方法. 不要随便拆分遮光筒、测量头等元件， 1,光源发出的光经过滤光片后变成单色光，单色光通过单 (2)滤光片、单缝、双缝、目镜等会粘附灰尘，应该用擦 缝后，单缝相当于线光源，当双缝到单缝的距离相同时，透 镜纸轻轻擦找，不要用其他物品擦拭或用口吹气除尘， 过双缝的光成为振动情况相同的相干光，两列相干光波在 (3)要注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在 原理 光屏上叠加产生稳定的干涉图样. 遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直， 2.波长入、两相邻明条纹间距离△x,双缝间距离d及双缝 (4)光源最好为线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平 到光屏的距离1间满足4虹=宁1只要测出了△r,1和山 行且靠近 就可以测算出波长入， (5)实验中会出现像屏上的光很弱或不均匀的情况， 双缝干涉仪（包括光具座、光源、滤光片、单缝、遮光筒、光 主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致.干 器材 屏、测量头)，学生电源，导线 涉条纹的清晰与否与单缝和双缝是否平行很有关系， 1.实验步骤 (1)安装双缝千涉仪 ①先将光源（线状光源）、遮光筒依次放于光具座上， 如图甲所示，调整光源的高度，使它发出的一束光沿着遮 光筒的轴线把屏照亮。 光源 遮光筒 (6)直接测量两条相邻亮条纹间距离时，往往产生较 大的相对误差，应先测量多条亮条纹间距离，再推算出相 邻亮条纹间距离，并且测量时应使分划板中心刻线与亮条 纹中心重合，如图所示 3.误差分析 图甲 本实验误差主要来自以下两个方面： 。 265 (1)测量多条亮条纹间距离时读数不准确或没有使分 划板中心刻度与亮条纹中央对齐， 弹性圈 (2)用刻度尺测量双缝到光屏间距离1时产生误差. 滑块1P 气垫导轨 [真题4](2023·福建)在“用双缝干涉测光的波长”实验 挡光片 光电门 中（实验装置如图甲）： 光源 滤光片单缝双缝遮光筒 屏 (3)实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两 滑块各种情况下碰撞前后的速度（①改变滑块的质量②改 变滑块的初速度大小和方向). (4)验证：一雏碰撞中的动量守恒 方案二：利用斜槽完成一维碰撞实验 (1)先用天平测出小球质量m1、m2. (2)如图所示安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使 槽的末端点切线水平 入射小球 乙 (1)下列说法哪一个是错误的 ( 被撞小球 A.调节光源高度使光束沿遮光简轴线照在屏中心时，应放 重垂线 上单缝和双缝 白纸 B.测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻 线与该亮纹的中心对齐 复写纸 C.为了减少测量误差，可用测微目镜测出条亮纹间的距 (3)在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，在白纸上 离a,求出相邻两条竞纹间距△x=a/(n一1) 记下重垂线所指的位置O. (2)测量某竞纹位置时，手轮上的示数如图乙，其示数为 (4)先不放被碰小球，让入射球从斜槽上某一高度处 mm. 滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落 [解析](1)实验步骤中，接好光源，打开开关，调节光源的高 点圈在里面，圆心就是入射球不碰时的落地点P. 度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮，然后安装单缝 (5)把被碰小球放在斜槽前端边缘处，让入射小球从 和双缝，单缝和双缝间距离约为5cm一10cm,使缝相互平行，中心 同一高度滚下，使它们发生正碰，重复10次，依照步骤(4) 大致位于遮光筒的轴线上，这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图 求出入射小球落，点的平均位置M和被碰小球落，点的平均 样.选A.(2)l=1,5mm+47.0×0.01mm=1.970mm. 位置N,过O、N在纸上作一直线. [答案](1)A(2)1.970 (6)用刻度尺量出线段OM、,OP、ON的长度.把两小球 题源3 选修3一5实验 的质量和相应的长度数值代入m1OP=m1OM+m2ON 看是否成立.（如下图所示） 解题模型3.1 AB 实验：验证动量守恒定律 目的验证一雏碰撞中的动量守恒 在一雏碰撞中，测出物体的质量，碰撞前后物体的速度 原理v、v',找出碰撞前的动量p=n11十m22及碰撞后的动 2.注意事项 量力'=n1u'十2'，看碰撞前后动量是否守恒 (1)前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰” 方案一：用气垫导轨、滑块、天平、弹性图、粘扣、挡光片、光 (2)若利用“气垫导轨”完成实验，调整气垫导轨时，注 电门、物理实验微机辅助教学系统 意利用水平仪确保导轨水平. 器材 方案二：重垂线一条，大小相等质量不同的小球两个，斜 若用“斜槽”完成实验，斜槽末端的切线必须水平，入 槽，白纸，复写纸，刻度尺，天平一台，圆规一个 射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放， 3.误差分析 1.实验步骤 (1)系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验 ①碰撞是否为一维碰撞. (1)测质量：用天平测出滑块质量. ②实验是否满足动量守恒的条件：如气垫导轨是否水 (2)安装：正确安装好气垫导轨.（如图所示） 平，两球是否等大 ·266· (cm (2)偶然误差：主要来源于质量m和速度的测量. (3)改进措施：①设计方案时应保证碰撞为一维碰撞】 1.911.921.931.943.254.004.024.03 4.05 且尽量满足动量守恒的条件， 图b》 ②采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差。 [解析] 按定义，物体运动的瞬时速度大小v为：口= △x △t [真题5](2023·新课程标准Ⅱ)现利用图(a)所示装置验 式中△x为物块在很短的时间△t内的位移，设纸带上打出 证动量守恒定律.在图(a)中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块 相邻两点的时间间隔为△tA,则： A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器（图中未画出）的纸带 △tA=1/f=0.02s△tA可视为很短 相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计 设在A碰撞前后瞬时速度大小分别为心0和心] 数器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间. 由图(b)所给数据可得：vo=2.00m/s 实验测得滑块A的质量m1=0.301kg,滑块B的质量m2 v1=0.790m/s =0.108kg,遮光片的宽度d=1.00cm:打点计时器所用交流电 设B碰撞后瞬时速度大小为2 的频率f=50.0Hz. U2一tB =2.56m/s 将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A 一向右的初速度，使它与B相碰碰后光电计数器显示的时间为 设两滑块在碰撞前后的动量分别为P和P',则 △tB=3.500ms,碰撞前后打出的纸带如图(b)所示， P=m100 P'=m101+m202 若实验允许的相对误差绝对值( 碰撞前后总动量之差 碰前总动量 两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为 100%)最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定 d.=P-p! 律？写出运算过程。 p一X100% 联立各式代入数据得：6，=1.7%<5% 纸带 遮光片 光电门 因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律」 [答案]见解析 B 气垫导轨 图(a) 《十年高考母题原型训练 (★代表高考出现的频次) A组 右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻，如图丙所示，光敏电阻 与某一自动记录仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t 题源1选修3一3实验（★★★） 变化图线如图丁所示，则该单摆的振动周期为，若保持悬 点到小球顶点的绳长不变，改用直径是原小球直径2倍的另一小 1.(2021·浙江)(1)在“探究单摆周期与摆长的关系”实验 球进行实验，则该单摆的周期将 (填“变大”、“不变”或“变 中，两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示测量 小”)，图丁中的△t将 (填“变大”、“不变”或“变小”) 方法正确的是 (填“甲”或“乙”)」 缴光光源 1+ t1+21。 丁 2.(2023·天津)下列振动图象真实地描述了对摆长约为 1的单摆进行周期测量的四种操作过程，图中横坐标原点表示 (2)实验时，若摆球在垂直纸面的平面内摆动，为了将人工 计时开始，A、B、C均为30次全振动的图象，已知sin5°=0.087， 记录振动次数改为自动记录振动次数，在摆球运动最低点的左、 sinl5°=0.26，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是 ·267· (填宇母代号)， x/cm 、B a x/cm c D x/cm (2)地震时，震源会同时产生两种波，一种是传播速度约为 3.5km/s的S波，另一种是传播速度约为7.0km/s的P波.一次 -30 地震发生时，某地震监测点记录到首次到达的P波比首次到达 的S波早3mi.假定地震波沿直线传播，震源的振动周期为 x/cm 1,2s,求震源与监测点之间的距离x和S波的波长A, t/s -30 D 3.(2020·上海)在“用单摆测重力加速度”的实验中： (1)某同学的操作步骤为： a.取一根细线，下端系住直径为d的金属小球，上端固定在 铁架台上 b.用米尺量得细线长度1 c.在摆线偏离竖直方向5°位置释放小球 d.用秒表记录小球完成n次全振动的总时间t,得到周期 T=t/n 心用公式发一兰计算重力知速度 2.(2023·浙江)在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经 按上述方法得出的重力加速度值与实际值相比 正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示. (填“偏大”、“相同”或“偏小”). (1)在图中画出完整的光路图： (2)已知单摆在任意摆角时的周期公式可近似为T= 工1+am]式中为Ξ角范证于时的图别：为常数为 甲 了用图象法验证该关系式，需要测量的物理量有 若某同学在实验中得到了如图所示的图线，则图象中的横轴表示 题源2选修3一4实验（★★★） 1.(2023·江苏)(1)“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖 的一侧竖直插两个大头针A、B,在另一侧再竖直插两个大头针 C、D.在插入第四个大头针D时，要使它.如图是在白 纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a'是描在纸上的玻璃砖的两 个边，根据该图可算得玻璃的折射率n= .(计算结果保 留两位有效数宇) ·268· (2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折 B.摆线上端未牢固地系于悬点，摆动中出现松动，使摆线长 射率n=。 (保留3位有效数宇)： 度增加了 (3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了 C.开始计时时，秒表过迟按下 两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示.图中P D.实验中误将49次全振动数为50次 和P。是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2 2.将一单摆装置竖直悬挂于某一深度为h(未知)且开口向 枚大头针是P,和（填“A”或“B”). 下的小简中（单摆的下部分露于简外），如图甲所示，将悬线拉离 3.(2021·上海)如图为双缝干涉的实验示意图，若要使干涉 平衡位置一个小角度后由静止释放，设单摆摆动过程中悬线不 条纹间距变大可改用波长更 (填“长”或“短”)的单色光： 会碰到简壁，如果本实验的长度测量工具只能测量出简的下端 或者使双缝与光屏之间的距离 (填“增大”或“减小”). 口到摆球球心的距离1，并通过改变1而测出对应的摆动周期 T,再以下为纵轴，1为横轴作出函数关系图象，那么就可以通 过此图象得出小简的深度和当地的重力加速度g, 1.20 题源3选修3一5实验（★★★） -300 40 V/cm (2018·天津)用半径相同的两个小球A、B的碰撞验证动 -1.60 量守恒定律，实验装置示意图如图所示，斜槽与水平槽圆滑连 接，实验时先不放B球，使A球从斜槽上某一固定点C由静止 甲 乙 滚下，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹，再把B球静置于 (1)现有如下测量工具：A.时钟：B.秒表；C.天平：D.毫米 水平槽前端边缘处，让A球仍从C处由静止滚下，A球和B球 刻度尺本实验所需的测量工具有 碰撞后分别落在记录纸上留下各自的痕迹，记录纸上的O点是 (2)如果实验中所得到的T2-1关系图象如图乙所示，那么 重垂线所指的位置，若测得各落点痕迹到O点的距离：OM= 真正的图象应该是ab、c中的 2.68cm,OP=8.62cm,OW=11.50cm,并知A、B两球的质量 (3)由图象可知，小简的深度= m:当地g= 比为2：1，则未放B球时A球落地点是记录纸上的 m/s2, 点，系统碰撞前的总动量力与碰撞后动量力的百分误差 3.在用油膜法估测分于的大小实验中，已知一滴溶液中油 |p-'1 %(结果保留一位有效数宇) 酸的体积为V酸，配制的油酸溶液中，纯油酸与溶液体积之比为 1:500,1mL溶液滴250滴，那么1滴溶液的体积是 mL,所以一滴溶液中油酸体积为V油垂= cm.若实验中测 得结果如下表所示，请根据所给数据填写出空白处的数值，并与 公认的油酸分于长度值L。=1.12×101°m作比较，并判断此实 验是否符合数量级的要求. 次数 S/cm2 L平均值 1 533 B组 2 493 题源1选修3一3实验（★★★）》 3 563 1.某同学在“用单摆测定重力加速度”的实验中，先测得摆 4.在做“用油膜法估测分于的大小”的实验时，所用的油酸 线长为97.50cm,摆球直径为2.00cm,然后用秒表记录了单摆 酒精溶液的浓度为α，测量中，某位同学测得如下数据：测得体积 振动50次所用的时间如图所示.则： 为V的油酸酒精溶液共有N滴：油膜面积为S,则： ()用以上物理量的符号表示计算分于直径大小的公式为： d= (2)该同学实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比 较，发现自已所测数据偏大，则对出现这种结果的原因，下列说 法中可能正确的是 A,错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进 (1)该摆摆长为 cm,秒表的示数为 行计算 (2)如果他测得的g值偏小，可能的原因是 B.计算油膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理 A.测摆线长时摆线拉得过紧 C.计算油膜面积时，只数了完整的方格数 D.水面上菲于粉撒得较多，油膜没有充分展开 ·269· 3.学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光 题源2选修3一4实验（★★★） 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 1.如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A 盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF,在半径OA 点位于P、Q之间，B点位于Q右侧旋转偏振片P,A、B两点光 上，垂直盘面插下两枚大头针P、P,并保持P1、P:位置不变， 的强度变化情况是 ( 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 白炽灯光 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、P,的像，并在圆周上插上大头针P,使P,正好挡 住P,、P,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P?所插的位置，就可直接读出液体折 射率的值，则： A.A、B均不变 B.A、B均有变化 C.A不变，B有变化 D.A有变化，B不变 2.现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单维D和透红光 液体 的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组 装成双维干涉装置，用以测量红光的波长 (1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元 (1)若∠AOF=30°，OP,与OC的夹角为30°，则P:处所对 件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为 应的折射率的值为 (2)图中P、P:两位置哪一处所对应的折射率值大？ 、A. 答： 遮光筒 (3)作AO的延长线交圆周于K,K处所对应的折射率值应 为 题源3选修3一5实验（★★★） (2)本实验的步骤有： 气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的 导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上 ①取下遮光简左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿 的运动可视为没有摩棕，我们可以用带竖直挡板C和D的气垫 遮光简轴线把屏照亮。 导轨和滑块A和B验证动量守恒定律，实验装置如图所示，采用 ②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的 的实验步骤如下： 中心位于遮光简的轴线上 ③用米尺测量双缝到屏的距离， ④用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮纹间的 B 距离」 在操作步骤②时还应注意 和 a.松开手的同时，记录滑块A、B运动时间的计时器开始工 (3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮 作，当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时计时器结束计时，记下 纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示然后同方向 A、B分别到达C、D的运动时间t1和t. 转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此 b.在A、B间水平放入一个轻弹簧，用手压住A、B使弹簧 时图乙中手轮上的示数 mm,求得相邻竞纹的间距△x 压缩，放置在气垫导轨上，并让它静止在某个位置 为 mm. c.给导轨送气，调整气垫导轨，使导轨处于水平 d,用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1;B的右端至D 板的距离L2. (1)实验步骤的顺序是 (2)实验中还需要的测量仪器是 ,还需 要测量的物理量是 (3)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式 是 乙 (4)实验中弹簧与A、B滑块是粘连好还是不粘连好？ (4)已知双维间距d为2.0×10‘m,测得双维到屏的距离1为 0.700m,由计算式λ= ,求得所测红光波长为 理由是 nm. ·270·