选修实验备考指津

浙江 贾方征

选修实验备考指津

浙江 贾方征

基本原理与操作技能并重，常规设问与创新情景兼顾。

涉及选修3-3、3-4、3-5的考点很多，题源丰富，但考题分值较少，且多以考查核心概念与规律为主，造成学生对选考实验的重视程度不够。但事实上，近5年这些选考实验的考查频率还是比较高的（见下表），鉴于实验知识考查范围广及同一实验可以从不同角度进行多次考查的原则，在2016年备考中切莫忽视此类实验的系统复习。

实验名称（教材） （高考年份）命题省市用油膜法估测分子大小（3-3） 2011新课标Ⅰ、上海卷、江苏卷用单摆测定重力加速度（3-4）2015北京、天津，2013安徽，2012天津测定玻璃的折射率（3-4）2015北京，2011浙江、重庆、江苏，2011天津用双缝干涉测光的波长（3-4）2015新课标Ⅰ，2014江苏，2012大纲卷、福建验证动量守恒定律（3-5） 2014新课标Ⅱ，2011北京

一、用油膜法估测分子的大小

【例1】在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL，用注射器测得1mL上述溶液为75滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图1所示，坐标中正方形小格的边长为1cm。

（1）该油酸薄膜的面积约为________cm2，每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________mL，油酸分子直径约为________m（结果保留一位有效数字）。

（2）为了减少测量的误差，下列方法可行的是________。

B.把浅盘水平放置，在浅盘里倒入一些水，使水面离盘口距离小一些

C.先在浅盘水中撒些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液滴4滴在水面上

D.用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成矩形

（2）测量一滴油酸酒精溶液的体积时，滴数是准确的，误差主要出自读n滴溶液的体积，如果体积不是整毫升数，则读取的体积误差就较大；实际操作时，应数出量筒里每增加一个整体积数（通常是1mL）所滴入的滴数，故A项错误；把浅盘水平放置，在浅盘里倒入一些水，使水面离盘口距离小一些，在玻璃板上画油膜轮廓时，画出的油膜轮廓较准确，可减小实验误差，B项正确；多滴溶液会使油膜面积增大，可能使油膜与浅盘的壁接触，这样油膜就不是单分子油膜了，C项错误；用牙签拨弄油膜，会影响油膜厚度和体积，D项错误。

【答案】（1）115±3 8×10-67×10-10（2）B

【点悟】本实验主要考查单分子油膜法的模型原理、操作技能、数据处理及注意事项，突出考核分子建模能力、实际操作能力与数据估算能力。

二、用单摆测定重力加速度

【例2】研究小组的同学在“用单摆测定重力加速度”的实验中进行了如下操作：

（1）用游标尺上有10个小格的游标卡尺测量摆球的直径如图2所示，可读出摆球的直径为________cm。把摆球用细线悬挂在铁架台上，测量摆线长，通过计算得到摆长L。

（2）用秒表测量单摆的周期。当单摆摆动稳定且到达最低点时开始计时并记为n＝1，单摆每经过最低点记一次数，当数到n＝40时秒表的示数如图3所示，则秒表示数为________s，该单摆的周期是T＝________s（结果保留三位有效数字）。

（3）测量出多组摆长L、周期T的数值后，画出T2-L图线如图4所示，若此图线的斜率为k，则重力加速度的计算式为________。

（4）在（3）中，作图描点时若误将摆线长当作摆长，那么画出的直线将不通过原点，由图线斜率得到的重力加速度与原来相比，其大小________。

A.偏大 B.偏小

C.不变 D.都有可能

（5）该小组的另一同学没有使用游标卡尺也测出了重力加速度。他采用的方法是：先测出一摆线较长的单摆的振动周期T1，然后把摆线缩短适当的长度ΔL，再测出其振动周期T2，用该同学测出的物理量表示重力加速度g＝________。

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

【点悟】用单摆测定重力加速度实验需理解并掌握以下问题：

（1）明模型。明晰单摆模型的特点：摆球（带孔小钢球）；摆线（长约1m、轻质无弹性）；摆角（小于10°）。

（2）会测量。会测摆长（悬点到球重心的距离）；会测周期（知道从平衡位置开始计时，会用秒表测定30～50次全振动的时间t）；会读数（毫米刻度尺、游标卡尺、秒表）。

三、测定玻璃的折射率

本实验主要考查测定玻璃折射率的实验原理、操作技能、数据处理，突出考核实际操作能力、光路作图能力、数据处理能力及应用迁移能力。

【例3】某研究性学习小组的同学根据所学光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图5所示。在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，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、P2的像，并在圆周上插上大头针P3或P4，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P3或P4所插的位置，就可直接读出液体折射率的值。

（1）插大头针P3或P4时，应使P3或P4正好挡住________的像。

（2）若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率值为________。

（3）图中P3、P4两位置，哪一处所对应的折射率的值大？________。

（4）AO的延长线与圆周交于K点，K处所对应的折射率应为________。

（5）从操作角度提出一条提高实验精确度的建议。

【解析】本题重在考查知识应用迁移能力。

（1）P3或P4正好挡住P1、P2的像。

（3）题图中P4对应的入射角大于P3所对应的入射角，所以P4对应的折射率的值大。

（4）因A、O、K在一条直线上，入射角等于折射角，所以K处对应的折射率的值应为1。

（5）插针时使P1与P2的间距大一些；入射角不要太大，也不要太小。

【答案】（1）P1、P2（2）（3）P4（4）1 （5）见解析

平行玻璃砖 三角形玻璃砖 圆形玻璃砖 半圆形玻璃砖光路图算式n＝sinθ1sinθ2＝PNQN′ n＝sinθ1sinθ2＝EF·OGOE·GH n＝sinisinγn＝1 sinC＝1 sinθ

四、用双缝干涉测光的波长

【例4】现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图6甲所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。

图6

（1）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、A。

（2）本实验的步骤有：

①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；

②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；

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）测量数条亮纹间的距离。

在操作步骤②时还应注意_________________________和_________________________。

（3）将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图6乙所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图6丙中手轮上的示数________mm，求得相邻亮纹的间距Δx＝________mm。

（4）已知双缝间距d＝2.0×10-4m，测得双缝到屏的距离L＝0.700m，由计算式λ＝________，求得所测红光波长为________nm。

（5）以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离________。

A.增大单缝和双缝之间的距离

B.增大双缝之间的距离

C.增大双缝和光屏之间的距离

D.将红色滤光片改为绿色滤光片

【解析】（1）滤光片E可以从白光中获得单色光，单缝D能获取线光源，双缝B能获得相干光源；白色光源后面依次为滤光片、单缝、双缝；元件自左至右排列顺序为C、E、D、B、A。

（2）在操作步骤②时还应注意单缝和双缝间距5～10cm，使单缝与双缝相互平行，使一个线光源变为频率相等的两个线光源，在屏上得到清晰的干涉条纹。

（3）图乙螺旋测微器读数为2mm＋32.0×0.01mm＝2.320mm。图丙螺旋测微器读数为13.5mm＋37.0× 0.01mm＝13.870mm，相邻亮纹的间距。

【答案】（1）E、D、B （2）单缝和双缝间距5～10cm 使单缝与双缝相互平行

（3）13.870 2.310 （4）Δx660nm （5）C

【点悟】用双缝干涉仪测量光的波长实验，重在领会与掌握以下问题：

（1）知装置。知道装置中各元件的名称及安装顺序，知道滤光片、单缝和双缝的作用。

（2）能调整。具备实验装置的调整技能，如光源、滤光片、单缝、双缝的中心位于遮光筒的轴线上；双缝与单缝平行；调整分划板位置使分划板中心刻线位于光屏中央等。知道调整不到位，出现条纹看不见或模糊不清现象的原因。

（3）会读算。掌握测量头中螺旋测微器或游标卡尺的读数方法；能求解相邻条纹间距；能根据公式计算光的波长。

（4）能分析。能分析影响条纹间距的相关因素；知道白光干涉条纹的分布特点；能区分干涉与衍射图样。

五、验证动量守恒定律

主要考查验证动量守恒的实验原理、数据测量、操作要领及注意事项，突出考核实际操作能力、数据运算能力。

【例5】某同学用如图7所示的装置做验证动量守恒定律的实验。先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复10次；再把同样大小的b球放在斜槽轨道末端水平段的最右端上，让a球仍从原固定点由静止开始滚下，和b球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次。

（1）本实验必须测量的物理量有________。

A.斜槽轨道末端到水平地面的高度H

B.小球a、b的质量ma、mb

C.小球a、b的半径r

D.小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t

E.记录纸上O点到A、B、C各点的距离OA、OB、OC

F.a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h

（2）放上被碰小球b，两球（ma＞mb）相碰后，小球a、b的落地点依次是图中水平面上的________点和________点。

（3）某同学在做实验时，测量了过程中的各个物理量，利用上述数据验证碰撞中的动量守恒，那么判断的依据是________和________在误差允许范围内是否相等。

【解析】（1）B点是不发生碰撞时a球的下落点，A点是发生碰撞后a球的下落点，C点是碰后b球的下落点。设小球a运动到轨道末端时的速度大小为vB，与球b发生碰撞后的瞬时速度大小为vA，碰后b球的速度大小为vC，本实验就是要验证关系式mavB＝mavA＋mbvC是否成立，因为小球做平抛运动的高度相同，下落时间相同，它们在水平方向上位移与水平方向上的速度成正比，所以利用本装置验证动量守恒，就是验证ma·OB＝ma·OA＋mb·OC是否成立，故必须测量的物理量是B、E。

（2）两球碰撞后，a球在水平方向上的分速度较小，下落时间相同时，落地时的水平位移也较小，所以小球a、b的落地点依次是图中水平面上的A点和C点。

（3）根据（1）的分析，判断两球碰撞过程中的动量是否守恒的依据是ma·OB和（ma·OA＋mb·OC）在误差允许的范围内是否相等。

【答案】（1）B、E （2）AC（3）ma·OB（ma·OA＋mb·OC）

【点悟】实验前，斜槽末端的切线应调整水平，以保证小球在碰撞后做平抛运动；实验中，应让a球从斜槽的同一高度静止释放，以保证小球在斜槽末端的速度相同。重复多次实验，用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是小球落点A、B、C的平均位置。

除斜槽轨道外，验证动量守恒定律的实验还有以下几种典型装置，无论采用何种装置，都需要用天平测质量，差异在于速度的测法（纸带、光电门等）不同。每一种方法都要明了需要测量的物理量，以及验证动量守恒的关系式。

典型装置图守恒式运动的A车碰撞静止的B车后一起运动：mAvA＝（mA＋mB）v静止物块C、D在弹簧作用下反向弹开：mCvC＝mDvD（vC、vD表示速率）下摆小球1碰撞静止的小球2：m1v0＝m1v1＋m2v2

（作者单位：浙江省衢州第一中学）