2022-2024年高考物理試題匯編:光學(xué)和熱學(xué)實驗(解析版全國)_第1頁
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文檔簡介

三年真題上

光老和熟轡實齡

邕經(jīng)宥值。麴題僧

考點三年考情(2022-2024)命題趨勢

2024屋高考湖北卷:某同學(xué)利用激光測量半圓柱

體玻璃磚的折射率。

2024年高考北京卷:某同學(xué)測量長方體玻璃的折

射率。

2024年6月高考浙江卷:用“插針法”測量一等

考點1光學(xué)實腰三角形玻璃磚。

驗2023年高考海南卷:用激光測玻璃磚折射率的1.光學(xué)實驗包括:測量玻璃磚的折

(5年3考)實驗。射率和利用雙縫干涉實驗儀測量

2023年高考廣東卷:某同學(xué)用激光筆和透明長方光的波長實驗,高考考查頻率較

體玻璃磚測量玻璃的折射率。|W1o

2024年高考河北卷、江西卷和廣東卷:某同學(xué)通2.熱學(xué)實驗包括用油膜法估測油

過雙縫干涉實驗測量單色光的波長。酸分子直徑和探究等溫條件下氣

體壓強與體積的關(guān)系,高考考查頻

2023年高考江蘇學(xué)業(yè)水平選擇性考試:“探究氣率不高。

體等溫變化的規(guī)律”的實驗

考點2熱學(xué)實2023高考山東高中學(xué)業(yè)水平等級考試:探究等溫

驗條件下氣體壓強與體積的關(guān)系。

(5年2考)2023年高考北京卷:用油膜法估測油酸分子直徑

是一種通過測量宏觀量來測量微觀量的方法,

竊窟⑥綴。閡滔送醫(yī)

考點01光學(xué)實驗

1.(2024年高考湖北卷)某同學(xué)利用激光測量半圓柱體玻璃磚的折射率,具體步驟如下:

圖(b)

①平鋪白紙,用鉛筆畫兩條互相垂直的直線44'和H8',交點為。。將半圓柱體玻璃磚的平直邊緊貼44',

并使其圓心位于。點,畫出玻璃磚的半圓弧輪廓線,如圖(a)所示。

②將一細(xì)激光束沿C。方向以某一入射角射入玻璃磚,記錄折射光線與半圓弧的交點Mo

③拿走玻璃磚,標(biāo)記co光線與半圓弧的交點P。

④分別過M、P作BB,的垂線肱0'、PP',M'、P是垂足,并用米尺分別測量7W'、尸P的長度X和

y。

⑤改變?nèi)肷浣?,重?fù)步驟②③④,得到多組X和y的數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)作出V-X圖像,如圖(b)所示。

(1)關(guān)于該實驗,下列說法正確的是(單選,填標(biāo)號)。

A.入射角越小,誤差越小

B.激光的平行度好,比用插針法測量更有利于減小誤差

C.選擇圓心。點作為入射點,是因為此處的折射現(xiàn)象最明顯

(2)根據(jù)V-%圖像,可得玻璃磚的折射率為(保留三位有效數(shù)字)。

(3)若描畫的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實際半徑,則折射率的測量結(jié)果(填“偏大”“偏小”

或“不變”)。

【答案】(1)B(2)1.57

(3)不變

【解析】

(1)A.入射角適當(dāng)即可,不能太小,入射角太小,導(dǎo)致折射角太小,測量的誤差會變大,故A錯誤;

B.激光的平行度好,比用插針法測量更有利于減小誤差,故B正確;

C.相同的材料在各點的折射效果都一樣,故c錯誤。

故選Bo

(2)設(shè)半圓柱體玻璃磚的半徑為R,根據(jù)幾何關(guān)系可得入射角的正弦值為

sinz=-

R

折射角的正弦值為

.x

smr=一

R

折射率

siniy

n=---=—

sinrx

可知y-x圖像斜率大小等于折射率,即

(3)根據(jù)(2)中數(shù)據(jù)處理方法可知若描畫的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實際半徑,則折射率的測

量結(jié)果不變。

2.(2024年高考北京卷)(1)某同學(xué)測量玻璃的折射率,作出了如圖1所示的光路圖,測出了入射角z,和

折射角r,則此玻璃的折射率n=______________

…1__________:、

圖1

【參考答案】吧

smr

sinz

【名師解析】由折射定律,則此玻璃的折射率n=

sinr

3.(2024年6月高考浙江卷)如圖所示,用“插針法”測量一等腰三角形玻璃磚(側(cè)面分別記為A和B、

頂角大小為。)的折射率。

①在白紙上畫一條直線Qb,并畫出其垂線Cd,交于。點;

②將側(cè)面A沿ab放置,并確定側(cè)面B的位置ef

③在cd上豎直插上大頭針Pi和P2,從側(cè)面B透過玻璃磚觀察Pi和P2,插上大頭針P3,要求P3能擋住

(選填"PJ'、"P2”或“Pi和P2")的虛像;

④確定出射光線的位置____________(選填“需要”或“不需要”第四枚大頭針;

⑤撤去玻璃磚和大頭針,測得出射光線與直線e/的夾角為a,則玻璃磚折射率n=。

【答案】③.Pi和P2④不需要⑤——

sin6*

【解析】

③[1]要求P1和P2在一條光線上,該光線透過玻璃磚后過P3,故P3要能擋住P1和P2的虛像;

④[2]c4與垂直,則過Pi和P2的光線與垂直,光垂直入射時傳播方向不變,可確定歹邊上的入射點,

此時只需要找到折射光線上的一點即可確定出射光線,不需要插第四枚大頭針;

7T

⑤[3]根據(jù)幾何關(guān)系可知入射角為折射角為萬-a,故

cosa

sin,

4.(2023年高考海南卷)用激光測玻璃磚折射率的實驗中,玻璃磚與屏P平行放置,從另一側(cè)用激光筆

以一定角度照射,此時在屏上的A處有激光點,移走玻璃磚,光點移到S2處,回答下列問題:

S2d

P

b

0

(1)請畫出激光束經(jīng)玻璃折射后完整的光路圖

(2)己經(jīng)測出AB=/i,0A=h,Si$2=/3,則折射率"=(用/1、6、表示);

(3)若改用寬ab更小的玻璃磚做實驗,則SJ2間的距離會(填“變大”,“變小”“不變”)。

③.變小

【名師解析】

(1)⑴根據(jù)題意畫出光路圖如下圖所示

(2)設(shè)光線入射角為尻折射角為a,則在C點根據(jù)折射定律有

csin9=sina

由于射入玻璃磚的入射角是射出玻璃磚的折射角,則

SiS2=CB

根據(jù)幾何關(guān)系可知

sin0=,13

-A)?+《

,h

sina-—,-

聯(lián)立解得

W(4-,3)~

a-幻"/;+/;

(3)[3]若改用寬ab更小的玻璃磚做實驗,則畫出光路圖如下

可看出$行2間的距離變小。

5.(7分)(2023年高考廣東卷)11.(7分)某同學(xué)用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率,實驗

過程如下:

(1)將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上,用大頭針在白紙上標(biāo)記玻璃磚的邊界.

(2)①激光筆發(fā)出的激光從玻璃磚上的河點水平入射,到達歹面上的O點后反射到N點射出.用大頭針

在白紙上標(biāo)記。點、河點和激光筆出光孔。的位置.

②移走玻璃磚.在白紙上描繪玻璃枝的邊界和激光的光路,作Q0連線的延長線與歹面的邊界交于尸點,

如圖(a)所示.

(3)用刻度尺測量尸河和(W的長度/和W的示數(shù)如圖(b)所示,4為cm.測得乙

為3.40cm.

(4)利用所測量的物理量,寫出玻璃磚折射率的表達式〃=.由測得的數(shù)據(jù)可得折射率〃為

(結(jié)果保留3位有效數(shù)字).

(5)相對誤差的計算式為5=里普二x100%.為了減小4、4測量的相對誤差,實驗中激光

具頭但

在河點入射時應(yīng)盡量使入射角.

【參考答案】(3)2.25(4)%(5)小

4

【名師解析】(3)根據(jù)刻度尺讀數(shù)規(guī)則,di=2.25cm。

(4)設(shè)fM=d,則MQ與玻璃磚的邊界夾角a的余弦為cosa=d/d”折射線MO與玻璃磚的邊界夾角B的

余弦為cosB=d/d2o玻璃磚折射率的表達式n=‘皿=cosa=%。

sinrcos/3

(5)為了減小4、%測量的相對誤差,實驗中盡可能使4、4大一些,即激光在河點入射時應(yīng)盡量使入

射角小一些。

6.(2024年高考河北卷)某同學(xué)通過雙縫干涉實驗測量單色光的波長,實驗裝置如圖1所示,其中測量頭

包括毛玻璃、游標(biāo)尺、分劃板、手輪、目鏡等。

該同學(xué)調(diào)整好實驗裝置后,分別用紅色、綠色濾光片,對干涉條紋進行測量,并記錄第一條和第六條亮紋

中心位置對應(yīng)的游標(biāo)尺讀數(shù),如表所示:

單色光類別再/mmx6/mm

單色光110.6018.64

單色光28.4418.08

根據(jù)表中數(shù)據(jù),判斷單色光1為(填“紅光”或“綠光”)。

【答案】綠光

【解析】

根據(jù)8可得

a

dAx

2=--

L

由圖表帶入數(shù)據(jù)可知

18.64-10.60

mm=l.608mm

5

18.08-8.44

mm=1.928mm

5

Ax1<AX2

4<4

已知綠光的波長小于紅光波長,則單色光1是綠光。

7(2024年高考廣東卷)在“用雙縫干涉實驗測量光的波長”實驗調(diào)節(jié)過程中,在光具座上安裝光源、遮

光筒和光屏。遮光筒不可調(diào)節(jié)。打開并調(diào)節(jié)o使光束沿遮光筒的軸線把光屏照亮。取下光屏,裝上單

縫、雙縫和測量頭。調(diào)節(jié)測量頭,并緩慢調(diào)節(jié)單縫的角度直到目鏡中觀察到0

【參考答案】(3)光源清晰的干涉條紋

【名師解析】(3)打開并調(diào)節(jié)光源,使光束沿軸線照亮光屏。取下光屏,裝上單縫、雙縫和測量頭,調(diào)節(jié)

測量頭,并緩調(diào)節(jié)單縫的角度直到目鏡中觀察到清晰的干涉條紋。

8.(2024高考江西卷)某同學(xué)用普通光源進行雙縫干涉測光的波長實驗。下列說法正確的是()

A.光具座上依次擺放光源、透鏡、濾光片、雙縫、單縫、遮光筒、測量頭等元件

B.透鏡的作用是使光更集中

C.單縫的作用是獲得線光源

D.雙縫間距越小,測量頭中觀察到的條紋數(shù)目內(nèi)越多

【答案】BC

【解析】

進行雙縫干涉測光的波長實驗,光具座上依次擺放光源、透鏡、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、測量頭等

元件,故A錯誤;透鏡的作用是使光更集中,故B正確;單縫的作用是獲得線光源,故C正確;根據(jù)條紋

間距公式=可知雙縫間距越小,相鄰亮條紋的間距較大,測量頭中觀察到的條紋數(shù)目內(nèi)越少,故D

d

錯誤。

9.(2024高考遼寧卷)某同學(xué)自制雙縫干涉實驗裝置,在紙板上割出一條窄縫,于窄縫中央沿縫方向固定

一根拉直的頭發(fā)絲形成雙縫,將該紙板與墻面平行放置,如圖所示。用綠色激光照雙縫,能在墻面上觀察

到干涉條紋。下列做法可以使相鄰兩條亮紋中央間距變小的是()

A.換用更粗的頭發(fā)絲

B.換用紅色激光照雙縫

C.增大紙板與墻面的距離

D.減小光源與紙板的距離

【答案】A

【解析】根據(jù)雙縫干涉條紋間隔公式,△xtA/d,要使相鄰兩亮條紋中央間距變小,可使雙縫間距d變大,

即換用更粗的頭發(fā)絲,A正確;若換用紅色激光照射雙縫,由于紅光的波長大于綠光,則相鄰兩亮條紋中央

間距變大,B錯誤;若增大紙板與墻面的距離,即增大L,則相鄰兩亮條紋中央間距變大,C錯誤;減小光

源與紙板的距離,則相鄰兩亮條紋中央間距不變,D錯誤。

10.(2024高考廣西卷)如圖,S為單色光源,S發(fā)出的光一部分直接照在光屏上,一部分通過平面鏡反射

到光屏上。從平面鏡反射的光相當(dāng)于S在平面鏡中的虛像發(fā)出的,由此形成了兩個相干光源。設(shè)光源S到平

面鏡和到光屏的距離分別為a和/,aw/,鏡面與光屏垂直,單色光波長為人。下列說法正確的是()

A.光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為1-2

2a

B.光屏上相鄰兩條暗條紋的中心間距為小幾

a

C.若將整套裝置完全浸入折射率為。的蔗糖溶液中此時單色光的波長變?yōu)椤?

D.若將整套裝置完全浸入某種透明溶液中,光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為Ax,則該液體的折射率

為7—%

Ax

【答案】AD

【解析】

根據(jù)光的反射對稱性可知光源S與平面鏡中的虛像距離為2a,根據(jù)條紋間距公式可知

Ax=-2=—2

d2a

故A正確,B錯誤;

若將整套裝置完全浸入折射率為n的蔗糖溶液中,光的頻率不變,根據(jù)

4/=C

v=4/=一

n

其中c為在真空中的光速,則4=—

n

故C錯誤;

若將整套裝置完全沒入某種透明溶液中,光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為Ax,根據(jù)條紋間距公式有

_2aAx

可得辦

結(jié)合C選項的分析可知

_2aAx2

n

所以”=—'—2

2aAx

故D正確。

11.(2024高考湖南卷)1834年,洛埃利用平面鏡得到楊氏雙縫干涉的結(jié)果(稱洛埃鏡實驗),平面鏡沿。4

放置,靠近并垂直于光屏。某同學(xué)重復(fù)此實驗時,平面鏡意外傾斜了某微小角度。,如圖所示。S為單色點

光源。下列說法正確的是()

光屏

5?一方赤給777777^二二\6一一匚A

平面鏡

A.沿40向左略微平移平面鏡,干涉條紋不移動

B.沿向右略微平移平面鏡,干涉條紋間距減小

C.若9=0。,沿。4向右略微平移平面鏡,干涉條紋間距不變

D.若6=0。,沿/。向左略微平移平面鏡,干涉條紋向A處移動

【答案】BC

【解析】

根據(jù)題意畫出光路圖

光屏

如圖所示,S發(fā)出的光與通過平面鏡反射光(可以等效成虛像V發(fā)出的光)是同一列光分成的,滿足相干光

條件。所以實驗中的相干光源之一是通過平面鏡反射的光,且該干涉可看成雙縫干涉,設(shè)s與S'的距離為

d,則

d=2a

S到光屏的距離為/,代入雙縫干涉公式

"2d

可得

2a

則若。=0。,沿。A向右(沿A。向左)略微平移平面鏡,對/和d均沒有影響,則干涉條紋間距不變,也不

會移動,故C正確,D錯誤;

同理再次畫出光路圖有

沿。A向右略微平移平面鏡,即圖中從①位置一②位置,由圖可看出雙縫的間距增大,則干涉條紋間距減小,

沿A。向左略微平移平面鏡,即圖中從②位置一①位置,由圖可看出干涉條紋向上移動,故A錯誤,B正確。

故選BCo

12.(2023高考江蘇學(xué)業(yè)水平選擇性考試)用某種單色光進行雙縫干涉實驗,在屏上觀察到的干涉條紋如

圖甲所示,改變雙縫間的距離后,干涉條紋如圖乙所示,圖中虛線是亮紋中心的位置。則雙縫間的距離變

為原來的()

甲RI

-itltltl

A.1倍B.;倍C.2倍

D.3倍

32

【參考答案】B

【名師解析】

根據(jù)雙縫干涉的條紋間距與波長關(guān)系有Ax=-2

a

由題圖知Axz,=2Ax甲

則d乙甲。B正確。

13.(2022年高考海南卷)(1)在用雙縫干涉測量光的波長的實驗中,如圖所示,貝

①。、b分別是:()

A.單縫和雙縫B.雙縫和單縫C.單縫和單縫D.雙縫和雙縫

②如果雙縫間距是小雙縫到毛玻璃的距離是3第一條亮紋到第六條亮紋間距是x,則光的波長是

(用x、d、L表示)

遮光筒

光源

O目鏡

(2)(2022年高考海南卷)用如圖所示的裝置研究平拋物體的運動規(guī)律,擊打彈片時,/做平拋運動,B

做自由落體。經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)兩個小球總是同時落地,則得到的結(jié)論是:

以/的拋出點做為坐標(biāo)原點,建立直角坐標(biāo)系,如圖所示,設(shè)從0-4,仄A-B,從8->C的時間分

別是6、如、秘,則這三個時間(選填“相等”或“不相等”)。

(2)平拋運動的小球在豎直方向做自由落體運動。相等

【名師解析】(1)①。、6分別是單縫和雙縫,選項A正確。

②如果雙縫間距是",雙縫到毛玻璃的距離是〃第一條亮紋到第六條亮紋間距是x,則條紋間隔△x=x/5,

由雙縫干涉條紋間隔公式,△x=LHd解得光的波長是X=-o

5L

(2)多次實驗發(fā)現(xiàn)兩個小球總是同時落地,則說明平拋運動的小球在豎直方向做自由落體運動。根據(jù)平拋

運動在水平方向做勻速直線運動可知,這三個時間相等。

考點02熱學(xué)實驗

1.(2024高考上海卷)實驗是人類認(rèn)識物質(zhì)世界的宏觀性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)的重要手段之一,也是物理學(xué)研究

的重要方法。

1.通過“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗可推測油酸分子的直徑約為()

15126

A.10-mB.10mC.10-9mD.10-m

2.驗證氣體體積隨溫度變化關(guān)系的實驗裝置如圖所示,用支架將封有一定質(zhì)量氣體的注射器和溫度傳感器

固定在盛有熱水的燒杯中。實驗過程中,隨著水溫的緩慢下降,記錄多組氣體溫度和體積的數(shù)據(jù)。

(2)下列有助于減小實驗誤差的操作是

A.實驗前測量并記錄環(huán)境溫度B.實驗前測量并記錄大氣壓強

C.待溫度讀數(shù)完全穩(wěn)定后才記錄數(shù)據(jù)D.測量過程中保持水面高于活塞下端

【答案】⑴,C(2).①.A②.C

【解析】

(1)通過“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗可推測油酸分子的直徑約為10T°m或lCTm,故選c。

(2)①實驗過程中壓強不變,根據(jù)

pVpVc

T~r+273K-

可得

rC

F=—7=—(r+273K)

PP

可知,在壓強不變的情況下,氣體體積與熱力學(xué)溫度成正比,與攝氏溫度成一次函數(shù)關(guān)系,故A正確,BCD

錯誤。故選A。

②環(huán)境溫度不影響實驗數(shù)據(jù),實驗前測量并記錄環(huán)境溫度并不能減小實驗誤差,故A錯誤;

本實驗壓強不變,實驗前測量并記錄大氣壓強不能減小實驗誤差,故B錯誤;

待溫度讀數(shù)完全穩(wěn)定后才記錄數(shù)據(jù),穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)更加接近真實數(shù)據(jù),故能減小誤差,故C正確;

測量過程中保持水面高于活塞下端不能減少誤差,故D錯誤。

2.(2023年高考江蘇學(xué)業(yè)水平選擇性考試)在“探究氣體等溫變化的規(guī)律”的實驗中,實驗裝置如圖所示。

利用注射器選取一段空氣柱為研究對象。下列改變空氣柱體積的操作正確的是()

鄉(xiāng)-壓力表

M

IE2I

_氣

IE1I

_柱

R橡

_

A,把柱塞快速地向下壓

B.把柱塞緩慢地向上拉

C.在橡膠套處接另一注射器,快速推動該注射器柱塞

D.在橡膠套處接另一注射器,緩慢推動該注射器柱塞

【參考答案】B

【名師解析】

因為該實驗是要探究氣體等溫變化的規(guī)律;實驗中要緩慢推動或拉動活塞,目的是盡可能保證封閉氣體在

狀態(tài)變化過程中的溫度不變;為了方便讀取封閉氣體的體積不需要在橡膠套處接另一注射器。B正確。

3.(2023高考山東高中學(xué)業(yè)水平等級考試)利用圖甲所示實驗裝置可探究等溫條件下氣體壓強與體積的關(guān)

系。將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺上,注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的空氣,下端通過塑料管與壓強傳

感器相連?;钊隙斯潭ㄒ煌斜P,托盤中放入祛碼,待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后,記錄氣體壓強P和體積修(等于

注射器示數(shù)匕與塑料管容積△廠之和),逐次增加祛碼質(zhì)量,采集多組數(shù)據(jù)并作出擬合曲線如圖乙所示。

^p/(xlO3pa)

220

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