浙江 賈方征

選修實驗備考指津

浙江 賈方征

基本原理與操作技能并重，常規(guī)設問與創(chuàng)新情景兼顧。

涉及選修3-3、3-4、3-5的考點很多，題源豐富，但考題分值較少，且多以考查核心概念與規(guī)律為主，造成學生對選考實驗的重視程度不夠。但事實上，近5年這些選考實驗的考查頻率還是比較高的（見下表），鑒于實驗知識考查范圍廣及同一實驗可以從不同角度進行多次考查的原則，在2016年備考中切莫忽視此類實驗的系統(tǒng)復習。

實驗名稱（教材） （高考年份）命題省市用油膜法估測分子大?。?-3） 2011新課標Ⅰ、上海卷、江蘇卷用單擺測定重力加速度（3-4）2015北京、天津，2013安徽，2012天津測定玻璃的折射率（3-4）2015北京，2011浙江、重慶、江蘇，2011天津用雙縫干涉測光的波長（3-4）2015新課標Ⅰ，2014江蘇，2012大綱卷、福建驗證動量守恒定律（3-5） 2014新課標Ⅱ，2011北京

一、用油膜法估測分子的大小

【例1】在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，所用油酸酒精溶液的濃度為每104mL溶液中有純油酸6mL，用注射器測得1mL上述溶液為75滴。把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆在玻璃板上描出油膜的輪廓，再把玻璃板放在坐標紙上，其形狀和尺寸如圖1所示，坐標中正方形小格的邊長為1cm。

（1）該油酸薄膜的面積約為________cm2，每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是________mL，油酸分子直徑約為________m（結果保留一位有效數(shù)字）。

（2）為了減少測量的誤差，下列方法可行的是________。

B.把淺盤水平放置，在淺盤里倒入一些水，使水面離盤口距離小一些

C.先在淺盤水中撒些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液滴4滴在水面上

D.用牙簽把水面上的油膜盡量撥弄成矩形

（2）測量一滴油酸酒精溶液的體積時，滴數(shù)是準確的，誤差主要出自讀n滴溶液的體積，如果體積不是整毫升數(shù)，則讀取的體積誤差就較大；實際操作時，應數(shù)出量筒里每增加一個整體積數(shù)（通常是1mL）所滴入的滴數(shù)，故A項錯誤；把淺盤水平放置，在淺盤里倒入一些水，使水面離盤口距離小一些，在玻璃板上畫油膜輪廓時，畫出的油膜輪廓較準確，可減小實驗誤差，B項正確；多滴溶液會使油膜面積增大，可能使油膜與淺盤的壁接觸，這樣油膜就不是單分子油膜了，C項錯誤；用牙簽撥弄油膜，會影響油膜厚度和體積，D項錯誤。

【答案】（1）115±3 8×10-67×10-10（2）B

【點悟】本實驗主要考查單分子油膜法的模型原理、操作技能、數(shù)據(jù)處理及注意事項，突出考核分子建模能力、實際操作能力與數(shù)據(jù)估算能力。

二、用單擺測定重力加速度

【例2】研究小組的同學在“用單擺測定重力加速度”的實驗中進行了如下操作：

（1）用游標尺上有10個小格的游標卡尺測量擺球的直徑如圖2所示，可讀出擺球的直徑為________cm。把擺球用細線懸掛在鐵架臺上，測量擺線長，通過計算得到擺長L。

（2）用秒表測量單擺的周期。當單擺擺動穩(wěn)定且到達最低點時開始計時并記為n＝1，單擺每經過最低點記一次數(shù)，當數(shù)到n＝40時秒表的示數(shù)如圖3所示，則秒表示數(shù)為________s，該單擺的周期是T＝________s（結果保留三位有效數(shù)字）。

（3）測量出多組擺長L、周期T的數(shù)值后，畫出T2-L圖線如圖4所示，若此圖線的斜率為k，則重力加速度的計算式為________。

（4）在（3）中，作圖描點時若誤將擺線長當作擺長，那么畫出的直線將不通過原點，由圖線斜率得到的重力加速度與原來相比，其大小________。

A.偏大 B.偏小

C.不變 D.都有可能

（5）該小組的另一同學沒有使用游標卡尺也測出了重力加速度。他采用的方法是：先測出一擺線較長的單擺的振動周期T1，然后把擺線縮短適當?shù)拈L度ΔL，再測出其振動周期T2，用該同學測出的物理量表示重力加速度g＝________。

【解析】（1）擺球直徑d＝18mm＋4×0.1mm＝18.4mm＝1.84cm。

【點悟】用單擺測定重力加速度實驗需理解并掌握以下問題：

（1）明模型。明晰單擺模型的特點：擺球（帶孔小鋼球）；擺線（長約1m、輕質無彈性）；擺角（小于10°）。

（2）會測量。會測擺長（懸點到球重心的距離）；會測周期（知道從平衡位置開始計時，會用秒表測定30～50次全振動的時間t）；會讀數(shù)（毫米刻度尺、游標卡尺、秒表）。

三、測定玻璃的折射率

本實驗主要考查測定玻璃折射率的實驗原理、操作技能、數(shù)據(jù)處理，突出考核實際操作能力、光路作圖能力、數(shù)據(jù)處理能力及應用遷移能力。

【例3】某研究性學習小組的同學根據(jù)所學光學知識，設計了一個測量液體折射率的儀器，如圖5所示。在一圓盤上，過其圓心O作兩條互相垂直的直徑BC、EF，在半徑OA上，垂直盤面插下兩枚大頭針P1、P2，并保持P1、P2位置不變，每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進入液體中，而且總使得液面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2的像，并在圓周上插上大頭針P3或P4，同學們通過計算，預先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)P3或P4所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值。

（1）插大頭針P3或P4時，應使P3或P4正好擋住________的像。

（2）若∠AOF＝30°，OP3與OC的夾角為30°，則P3處所對應的折射率值為________。

（3）圖中P3、P4兩位置，哪一處所對應的折射率的值大？________。

（4）AO的延長線與圓周交于K點，K處所對應的折射率應為________。

（5）從操作角度提出一條提高實驗精確度的建議。

【解析】本題重在考查知識應用遷移能力。

（1）P3或P4正好擋住P1、P2的像。

（3）題圖中P4對應的入射角大于P3所對應的入射角，所以P4對應的折射率的值大。

（4）因A、O、K在一條直線上，入射角等于折射角，所以K處對應的折射率的值應為1。

（5）插針時使P1與P2的間距大一些；入射角不要太大，也不要太小。

【答案】（1）P1、P2（2）（3）P4（4）1 （5）見解析

平行玻璃磚 三角形玻璃磚 圓形玻璃磚 半圓形玻璃磚光路圖算式n＝sinθ1sinθ2＝PNQN′ n＝sinθ1sinθ2＝EF·OGOE·GH n＝sinisinγn＝1 sinC＝1 sinθ

四、用雙縫干涉測光的波長

【例4】現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學元件，要把它們放在如圖6甲所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長。

圖6

（1）將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，由左至右，表示各光學元件的字母排列順序應為C、________、A。

（2）本實驗的步驟有：

①取下遮光筒左側的元件，調節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；

②按合理順序在光具座上放置各光學元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上；

③用米尺測量雙縫到屏的距離；

④用測量頭（其讀數(shù)方法同螺旋測微器）測量數(shù)條亮紋間的距離。

在操作步驟②時還應注意_________________________和_________________________。

（3）將測量頭的分劃板中心刻線與某條亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數(shù)如圖6乙所示。然后同方向轉動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時圖6丙中手輪上的示數(shù)________mm，求得相鄰亮紋的間距Δx＝________mm。

（4）已知雙縫間距d＝2.0×10-4m，測得雙縫到屏的距離L＝0.700m，由計算式λ＝________，求得所測紅光波長為________nm。

（5）以下哪些操作能夠增大光屏上相鄰兩條亮紋之間的距離________。

A.增大單縫和雙縫之間的距離

B.增大雙縫之間的距離

C.增大雙縫和光屏之間的距離

D.將紅色濾光片改為綠色濾光片

【解析】（1）濾光片E可以從白光中獲得單色光，單縫D能獲取線光源，雙縫B能獲得相干光源；白色光源后面依次為濾光片、單縫、雙縫；元件自左至右排列順序為C、E、D、B、A。

（2）在操作步驟②時還應注意單縫和雙縫間距5～10cm，使單縫與雙縫相互平行，使一個線光源變?yōu)轭l率相等的兩個線光源，在屏上得到清晰的干涉條紋。

（3）圖乙螺旋測微器讀數(shù)為2mm＋32.0×0.01mm＝2.320mm。圖丙螺旋測微器讀數(shù)為13.5mm＋37.0× 0.01mm＝13.870mm，相鄰亮紋的間距。

【答案】（1）E、D、B （2）單縫和雙縫間距5～10cm 使單縫與雙縫相互平行

（3）13.870 2.310 （4）Δx660nm （5）C

【點悟】用雙縫干涉儀測量光的波長實驗，重在領會與掌握以下問題：

（1）知裝置。知道裝置中各元件的名稱及安裝順序，知道濾光片、單縫和雙縫的作用。

（2）能調整。具備實驗裝置的調整技能，如光源、濾光片、單縫、雙縫的中心位于遮光筒的軸線上；雙縫與單縫平行；調整分劃板位置使分劃板中心刻線位于光屏中央等。知道調整不到位，出現(xiàn)條紋看不見或模糊不清現(xiàn)象的原因。

（3）會讀算。掌握測量頭中螺旋測微器或游標卡尺的讀數(shù)方法；能求解相鄰條紋間距；能根據(jù)公式計算光的波長。

（4）能分析。能分析影響條紋間距的相關因素；知道白光干涉條紋的分布特點；能區(qū)分干涉與衍射圖樣。

五、驗證動量守恒定律

主要考查驗證動量守恒的實驗原理、數(shù)據(jù)測量、操作要領及注意事項，突出考核實際操作能力、數(shù)據(jù)運算能力。

【例5】某同學用如圖7所示的裝置做驗證動量守恒定律的實驗。先將a球從斜槽軌道上某固定點處由靜止開始滾下，在水平地面上的記錄紙上留下壓痕，重復10次；再把同樣大小的b球放在斜槽軌道末端水平段的最右端上，讓a球仍從原固定點由靜止開始滾下，和b球相碰后，兩球分別落在記錄紙的不同位置處，重復10次。

（1）本實驗必須測量的物理量有________。

A.斜槽軌道末端到水平地面的高度H

B.小球a、b的質量ma、mb

C.小球a、b的半徑r

D.小球a、b離開斜槽軌道末端后平拋飛行的時間t

E.記錄紙上O點到A、B、C各點的距離OA、OB、OC

F.a球的固定釋放點到斜槽軌道末端水平部分間的高度差h

（2）放上被碰小球b，兩球（ma＞mb）相碰后，小球a、b的落地點依次是圖中水平面上的________點和________點。

（3）某同學在做實驗時，測量了過程中的各個物理量，利用上述數(shù)據(jù)驗證碰撞中的動量守恒，那么判斷的依據(jù)是________和________在誤差允許范圍內是否相等。

【解析】（1）B點是不發(fā)生碰撞時a球的下落點，A點是發(fā)生碰撞后a球的下落點，C點是碰后b球的下落點。設小球a運動到軌道末端時的速度大小為vB，與球b發(fā)生碰撞后的瞬時速度大小為vA，碰后b球的速度大小為vC，本實驗就是要驗證關系式mavB＝mavA＋mbvC是否成立，因為小球做平拋運動的高度相同，下落時間相同，它們在水平方向上位移與水平方向上的速度成正比，所以利用本裝置驗證動量守恒，就是驗證ma·OB＝ma·OA＋mb·OC是否成立，故必須測量的物理量是B、E。

（2）兩球碰撞后，a球在水平方向上的分速度較小，下落時間相同時，落地時的水平位移也較小，所以小球a、b的落地點依次是圖中水平面上的A點和C點。

（3）根據(jù)（1）的分析，判斷兩球碰撞過程中的動量是否守恒的依據(jù)是ma·OB和（ma·OA＋mb·OC）在誤差允許的范圍內是否相等。

【答案】（1）B、E （2）AC（3）ma·OB（ma·OA＋mb·OC）

【點悟】實驗前，斜槽末端的切線應調整水平，以保證小球在碰撞后做平拋運動；實驗中，應讓a球從斜槽的同一高度靜止釋放，以保證小球在斜槽末端的速度相同。重復多次實驗，用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點圈在里面，圓心就是小球落點A、B、C的平均位置。

除斜槽軌道外，驗證動量守恒定律的實驗還有以下幾種典型裝置，無論采用何種裝置，都需要用天平測質量，差異在于速度的測法（紙帶、光電門等）不同。每一種方法都要明了需要測量的物理量，以及驗證動量守恒的關系式。

典型裝置圖守恒式運動的A車碰撞靜止的B車后一起運動：mAvA＝（mA＋mB）v靜止物塊C、D在彈簧作用下反向彈開：mCvC＝mDvD（vC、vD表示速率）下擺小球1碰撞靜止的小球2：m1v0＝m1v1＋m2v2

（作者單位：浙江省衢州第一中學）