强化训练52其他实验
—’17备考综合热身辅导系列
山东平原一中魏德田
本套强化训练搜集近年来各地高中物理高考真题、模拟题及其它极有备考价值的实验习题等筛选而成。这是由于近年来教育界着力强化了力学实验、电学实验和其他实验的物理教学，高考也加强对有关实验内容的考查。因此，本训练重点采集15、16、17等年的热、光、原等其他实验试题，以飨读者。
一、实验要求
2017年高考物理大纲要求能独立地完成下文中所列的实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行分析和评价;能发现问题、提出问题，并制订解决方案;能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验。
对单位制和实验的具体要求：
1.要求会正确使用的仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等；
2.要求认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差;知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差;能在某些实验中分析误差的主要来源;不要求计算误差；
3.要求知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果。间接测量的有效数字运算不作要求
4.要知道中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他物理量的单位。包括小时、分、升、电子伏特（eV)；知道国际单位制中规定的单位符号
二、备考实验
1.实验一：探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度。
2.实验二：测定玻璃的折射率3.实验三：用双缝干涉测光的波长
三．例题解析
㈠探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度
1.(15北京)（10分）用单摆测定重力加速度的实验如图-1所示。
①组装单摆时，应在下列器材中选用()（选填选项前的字母）。
A.长度为1m左右的细线
B.长度为30cm左右的细线
C.直径为1.8cm的塑料球
D.直径为1.8cm的铁球
②测出悬点O到小球球心的距离（摆长）L及单摆完成n次全振动所用的时间t。
则重力加速度g=___________.（用L，n，t表示）
③下表是某同学记录的3组实验数据，并做了部分计算处理。
组次 1 2 3 摆长L/cm 80.00 90.00 100.00 50次全振动时间t/s 90.0 95.5 100.5 振动周期T/s 1.80 1.91 重力加速度g/（m·s-2） 9.74 9.73
请计算出第3组实验中的T=s，g=m/s2
④用多组实验数据做出T2-L图像，也可以求出重力加速度g，已知三位同学做出的T2-L图线的示意图如图-2中的a，b，c所示，其中a和b平行，b和c都过原点，图线b对应的g值最接近当地重力加速度的值。则相对于图线b，下列分析正确的是（选填选项前的字母）()
A.出现图线a的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长L
B.出现图线c的原因可能是误将49次全振动记为50次
C.图线c对应的g值小于图线b对应的g值
⑤某同学在家里测重力加速度。他找到细线和铁锁，制成一个单摆，如图-3所示，由于家里只有一根量程为30cm的刻度尺，于是他在细线上的A点做了一个标记，使得选点O到A点间的细线长度小于刻度尺量程。保持该标记以下的细线长度不变，通过改变O、A间细线长度以改变摆长。实验中，当O、A间细线的长度分别为l1、l2时，测得相应单摆的周期为T1、T2，由此可得重力加速度g=（用l1、l2、T1、T2表示）
【答案】①AD；②；③2.01，9.76；④B；⑤
【解析】（2）①在“测定重力加速度”的实验中，摆线应取长度约为1m左右的不可伸缩的细线，摆球应选密度大的球，故选AD。
②根据g=，，得出
③T=t/50，利用单摆周期公式计算得出结果：2.019.76。
④由图像可知，斜率，a为多次测量总少计摆球半径，A错；C为斜率减小，c图像斜率偏小可知周期偏小或者摆长偏大造成。故B正确。
⑤类比未知摆球半径，但摆球半径一定如同A点到球心距离不变一样记录两次，，由此即可得，与本人预测题方法一样。
2.(14上海)某小组在做“用单摆测定重力加速度”实验后,为进一步探究,将单摆的轻质细线改为刚性重杆。通过查资料得知,这样做成的“复摆”做简谐运动的周期,式中Ic为由该摆决定的常量,m为摆的质量,g为重力加速度,r为转轴到重心C的距离。如图-4甲,实验时在杆上不同位置打上多个小孔,将其中一个小孔穿在光滑水平轴O上,使杆做简谐运动,测量并记录r和相应的运动周期T;然后将不同位置的孔穿在轴上重复实验,实验数据见表,并测得摆的质量m=0.50kg。
r/m 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 T/s 2.11 2.14 2.20 2.30 2.43 2.64 (1)由实验数据得出图-4乙所示的拟合直线,图中纵轴表示。
(2)Ic的国际单位为,由拟合直线得到Ic的值为(保留到小数点后二位)。
(3)若摆的质量测量值偏大,重力加速度g的测量值(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【答案】(1)T2r(2)kg·m20.17(3)不变
【解析】(1)由,可得,所以图中纵轴表示T2r。
(2)Ic单位与mr2单位一致,因为mr2的国际单位为kg·m2,所以Ic的国际单位为kg·m2;结合和题图中的截距和斜率,解得Ic的值为0.17。
(3)重力加速度g的测量值是通过求斜率得到,与质量无关,所以若摆的质量测量值偏大,重力加速度g的测量值不变。
【点拨】解答本题注意以下两点:(1)根据和题中的图线,确定纵轴的物理量;(2)根据题中的图线确定截距和斜率,分析Ic和g。
3.(14江苏)在“探究单摆的周期与摆长的关系”实验中,某同学准备好相关实验器材后,把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度后释放,同时按下秒表开始计时,当单摆再次回到释放位置时停止计时,将记录的这段时间作为单摆的周期。以上操作中有不妥之处,请对其中两处加以改正。
。
【答案】见解析。
【解析】①应在摆球通过平衡位置时开始计时;②应测量单摆多次全振动的时间,再计算出周期的测量值。(或在单摆振动稳定后开始计时)
4.（15广东）②图-6（b）和（c）是实验获得的两条纸带，应选取（填“b”或“c”）来计算重力加速度。在实验操作和数据处理都正确的情况下，得到的结果仍小于当地重力加速度，主要原因是空气阻力和。
【答案】①靠近；②接通电源；释放纸带。
5.(15天津)某同学利用单摆测量重力加速度。①为了使测量误差尽量小，下列说法正确的是
A．组装单摆须选用密度和直径都较小的摆球
B．组装单摆须选用轻且不易伸长的细线
C．实验时须使摆球在同一竖直面内摆动
D．摆长一定的情况下．摆的振幅尽量大
②如图-所示，在物理支架的竖直立柱上固定有摆长约1m的单摆。实验时，由于仅有量程为20cm、精度为1mm的钢板刻度尺．于是他先使摆球自然下垂．在竖直立柱上与摆球最下端处于同一水平面的位置做一标记点，测出单摆的周期T1；然后保持悬点位置不变，设法将摆长缩短一些．再次使摆球自然下垂．用同样方法在竖直立柱上做另一标记点，并测出单摆的周期T2；最后用钢板刻度尺量出竖直立柱上两标记点之间的距离△L。用上述测量结果，写出重力加速度的表达式g=。
【答案】①BC；②。
6.(13安徽)根据单摆周期公式,可以通过实验测量当地的重力加速度。如图
-7所示,将细线的上端固定在铁架台上,下端系一小钢球,就做成了单摆。
(1)用游标卡尺测量小钢球直径,示数如图所示,读数为mm。
(2)以下是实验过程中的一些做法,其中正确的有。
a.摆线要选择细些的、伸缩性小些的,并且尽可能长一些[来源:学科网]
b.摆球尽量选择质量大些、体积小些的
c.为了使摆的周期大一些,以方便测量,开始时拉开摆球,使摆线相距平衡位置有较大的角度
d.拉开摆球,使摆线偏离平衡位置不大于5°,在释放摆球的同时开始计时,当摆球回到开始位置时停止计时,此时间间隔Δt即为单摆周期T
e.拉开摆球,使摆线偏离平衡位置不大于5°,释放摆球,当摆球振动稳定后,从平衡位置开始计时,记下摆球做50次全振动所用的时间Δt,则单摆周期
【答案】18.6mmabe
【解析】（1）根据游标卡尺读数规则，游标卡尺的读数：18mm+0.1×6mm=18.6mm；（2）abe摆线要选择细些可减小阻力；伸缩性小些的，保证摆长不变；并且尽可能长一些，在合适的振幅下，摆角小。所以摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长一些，选项a正确。摆球尽量选择质量大些、体积小些的，可减小空气阻力的影响，选项b正确。为了使摆的周期大一些，以方便测量，可增大摆长。开始时拉开摆球，使摆线相距平衡位置有较大的角度，可能导致摆角大于10°，使误差增大，选项c错误。拉开摆球，使摆线偏离平衡位置小于5度，在摆球通过平衡位置的同时开始计时，测量单摆运动50个周期的时间t，则单摆周期T=t/50，选项d错误e正确。
7.（14襄阳四中）（10分）如图-（ａ）所示，细线的上端固定在铁架台上，下端系一个小钢球，做成一个单摆．测量摆长ｌ和摆的周期Ｔ，得到一组数据．改变摆长，再得到几组数据．从中可以找出周期与摆长的关系．实验过程有两组同学分别用了图-（ｂ）（ｃ）的两种不同方式悬挂小钢球，你认为（选填“ｂ”或“ｃ”）悬挂方式较好．图-22（ｄ）是某组同学根据实验数据画出的图线，通过图线得到振动周期Ｔ（s）与摆长ｌ（m）的函数关系式是．
【答案】C；。
【解析】（1）由和两图可知，图的摆长容易变化，图的摆长就不能发生变化，为了做实验减少误差，那么应选择图；（2）由图可看出斜率为：，再由根据单摆的周期公式可得：代值可得：。
8.（14杭州学军中学）甲乙两个学习小组分别利用单摆测量重力加速度。
（1）甲组同学采用图-甲所示的实验装置。
A．由于没有游标卡尺，无法测小球的直径d，实验中将悬点到小球最低点的距离作为摆长，测得多组周期T和l的数据，作出T2—图象，如图-所示。
①实验得到的T2—图象是____；②小球的直径是__________cm；
B．在测量摆长后，测量周期时，摆球振动过程中悬点O处摆线的固定出现松动，摆长略微变长，这将会导致所测重力加速度的数值。（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）
（2）乙组同学在图甲所示装置的基础上再增加一个速度传感器，如图-乙所示。将摆球拉开一小角度使其做简谐运动，速度传感器记录了摆球振动过程中速度随时间变化的关系，如图-丙所示的v-t图线。
A．由图-丙可知，该单摆的周期T=s；
B．更换摆线长度后，多次测量，根据实验数据，利用计算机作出T2-图线（为摆线长），并根据图线拟合得到方程T2＝4.04＋0.024。
由此可以得出当地的重力加速度g＝m/s2。（取π2＝9.86，结果保留3位有效数字）
【解答】①应在摆球通过平衡位置时开始计时;②应测量单摆多次全振动的时间,再计算出周期的测量值。(或在单摆振动稳定后开始计时)。
9.(15绵阳)在“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中：
（2）一组同学测得不同摆长l单摆对应的周期T，将数据填入表格中，根据表中数据，在坐标纸上描点，以T为纵轴，l为横轴，作出做简谐运动的单摆的T-l图像。根据作出的图像，能够得到的结论是_________。
A.?单摆周期T与摆长l成正比
B.?单摆周期T与摆长l成反比
C.?单摆周期T与摆长l的二次方根成正比
D.?单摆摆长l越长，周期T越大
（3）另一组同学进一步做“用单摆测定重力加速度”的实验，讨论时有同学提出以下几点建议，其中对提高测量结果精确度有利的是。
A.适当加长摆线
B.质量相同、体积不同的摆球，选用体积较大的
C.单摆偏离平衡位置的角度不能太大
D.当单摆经过平衡位置时开始计时，经过一次全振动后停止计时，用此时间间隔作为单摆振动的周期
【答案】（2）D；（3）AC
【解析】（2）根据单摆的周期公式有：，即：，或
作出做简谐运动的单摆的图象，则有单摆摆长越长，周期越大，故D正确，ABC错误；
（3）A、单摆的摆长越长，周期越大，适当加长摆长，便于测量周期，故A正确；
B、要减小空气阻力的影响，应选体积较小的摆球，故B错误；
C、单摆在摆角很小的情况下才做简谐运动，则单摆偏离平衡位置的角度不能太大，一般不超过，故C正确；
D、单摆周期较小，把一次全振动的时间作为周期，测量误差较大，应采用累积法，测多个周期的时间取平均值作为单摆的周期，故D错误。
故答案为：（2）D；（3）AC。
10.(13江苏)某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度,实验装置如图所示。倾斜的球槽中放有若干个小铁球,闭合开关K,电磁铁吸住第1个小球。手动敲击弹性金属片M,M与触头瞬间分开,第1个小球开始下落,M迅速恢复,电磁铁又吸住第2个小球。当第1个小球撞击M时,M与触头分开,第2个小球开始下落……这样,就可测出多个小球下落的总时间。
(1)在实验中,下列做法正确的有()
A.电路中的电源只能选用交流电源
B.实验前应将M调整到电磁铁的正下方
C.用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度
D.手动敲击M的同时按下秒表开始计时
(2)实验测得小球下落的高度H=1.980m,10个小球下落的总时间T=6.5s。可求出重力加速度g=m/s2。(结果保留两位有效数字)
(3)在不增加实验器材的情况下,请提出减小实验误差的两个办法。
(4)某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间Δt磁性才消失,因此,每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差Δt,这导致实验误差。为此,他分别取高度H1和H2,测量n个小球下落的总时间T1和T2。他是否可以利用这两组数据消除Δt对实验结果的影响?请推导说明。
【答案】(1)BD；(2)9.4；
(3)增加小球下落的高度;多次重复实验,结果取平均值.(其他答案只要合理也可)
(4)由和可得,因此可以消去△t的影响.
【解析】电路中的电源可以选用直流电源，选项A错误。实验前应将M调整到电磁铁的正下方，选项B正确。用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离减去小球直径作为小球下落的高度，选项C错误。手动敲击M的同时，电磁铁断电，小球开始自由落体运动，按下秒表开始计时，选项D正确。
实验测得小球下落的高度H=1.980m，10个小球下落的总时间T=6.5s，单个小球自由落体运动的时间为0.65s。由H=gt2可求出重力加速度g==9.4m/s2。
(3)增加小球下落的高度;多次重复实验,结果取平均值。
(4)由和,可得,因此可以消去Δt的影响。
【点拨】小球做自由落体运动,对应的位移公式为H=gt2。由公式能求解重力加速度,为了减小误差,采用多次测量求平均值的方法。
14.15.16.17.18.19.20.
㈡测定玻璃的折射率
11.（15北京）“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖，aa''和bb''分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图1所示，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“+”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察并依次插上P3和P4。在插P3和P4时，应使
A.P3只挡住P1的像
B.P4只挡住P2的像
C.P3同时挡住P1、P2的像
【解析】在“测定玻璃砖的折射率”实验中，插针时应使P3同时挡住P1、P2的像，P4只挡住P3、同时挡住P1、P2的像。故选C。
12.（16四川）某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n.如图-1甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径．该同学测得多组入射角i和折射角r，作出sini-sinr图像如图-13乙所示．则()
A．光由A经O到B，n＝1.5
B．光由B经O到A，n＝1.5
C．光由A经O到B，n＝0.67
D．光由B经O到A，n＝0.67
【答案】B
【解析】在本题中，介质折射率为空气中角度的正弦值和介质中角度的正弦值之比，则n＝＝＝1.5.又由于题目中所说的入射角为i，可以得出光线是从B经O到A，故选项B正确．
6.7.8.9.10.
㈢用双缝干涉测光的波长
13.（16江苏）杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的__△___相同．如图-1所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在__△___（选填“A”、“B”或“C”）点会出现暗条纹．
【答案】频率C
【解析】产生稳定干涉图样的条件是两束光的频率相同，AB两点为振动加强点。出现明纹，C点波峰与波谷相遇振动减弱，为暗纹。
（3）在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ=5.89×10-7m，双缝间的距离d=1mm，双缝到屏的距离=2m．求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距．
【答案】178×10–2m
【解析】相邻亮条纹的中心间距
由题意知，亮条纹的数目n=10
解得，代入数据得L=1.178×10–2m
14.(15新课标I)在双缝干涉实验中，分布用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比Δx1______Δx2（填“＞”“＜”或“＝”）。若实验中红光的波长为630nm，双缝到屏幕的距离为1m，测得第一条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5nm，则双缝之间的距离为mm。
【答案】（1）>(2分)0.300(3分)
【解析】光的双缝干涉条纹间距(λ为光的波长，L为屏与双缝之间距离，d为双缝之间距离)，红光波长长λ红>λ绿，所以红光的双缝干涉条纹间距较大，即Δx1>Δx2,条纹间距根据数据可得,根据可得,代入数值得：d=3.00×10-4m=0.300mm。
15．（14东城联考）用双缝干涉测光的波长，实验装置如图-1甲所示．已知单缝与双缝的距离L1＝60mm，双缝与屏的距离L2＝700mm，单缝宽d1＝0.10mm，双缝间距d2＝0.25mm.用测量头来测量光屏上干涉亮条纹中心的距离．测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻度对准屏上亮纹的中心(如图-1乙所示)，记下此时手轮的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的刻度．
(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时，手轮上的读数如图-1丙所示，则对准第1条时读数x1＝________mm，对准第4条时读数x2＝________mm，相邻两条亮纹间的距离Δx＝________mm.
(2)计算波长的公式λ＝________；求得的波长值是________nm(保留三位有效数字)．
丙
图-1【答案】(1)2.1917.8681.893(2)Δx676
【解析】(1)对准第1条时读数x1＝(2＋0.01×19.1)mm＝2.191mm，对准第4条时读数x2＝(7.5＋0.01×36.8)mm＝7.868mm，相邻两条亮纹间的距离Δx＝≈1.893mm.
(2)由条纹间距Δx＝可得计算波长有λ＝，代入数据解得λ≈6.76×10－7m＝676m.
16.(15江山模拟)某同学在“用双缝干涉测光的波长”实验中．已知双缝间距离为d，双缝到毛玻璃屏间距离为L，实验时先移动测量头（如图-1A所示）上的手轮，把分划线对准靠近最左边的第1条明条纹中心（如图-1B所示），并记下游标卡尺的读数x1，然后转动手轮，把分划线向右边移动，直到对准第7条明条纹中心并记下游标卡尺的读数x7．则实验中所用单色光的波长为λ=（用字母d、L、x1、x7表示）；如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图-C所示，则在这种情况下波长的测量值实际值．（填“大于”、“小于”或“等于”）
【答案】；大于。
【解析】两个相邻明纹（或暗纹）间的距离为：而根据，得：作图如图-1所示：
三角形中斜边最长，故如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，干涉条纹的间距的测量值偏大；
17.（15新课标I）在双缝干涉实验中，分布用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比Δx1______Δx2（填“＞”“＜”或“＝”）。若实验中红光的波长为630nm，双缝到屏幕的距离为1m，测得第一条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5nm，则双缝之间的距离为mm。
【答案】>；0.300。
【解析】光的双缝干涉条纹间距(λ为光的波长，L为屏与双缝之间距离，d为双缝之间距离)，红光波长长λ红>λ绿，所以红光的双缝干涉条纹间距较大，即Δx1>Δx2,条纹间距根据数据可得,根据可得,代入数值得：d=3.00×10-4m=0.300mm。
18.（14徐州一中光传感器可用来测量光屏上光强分布．分别用单缝板和双缝板做了两组实验，采集到下列两组图像，则图-1甲所示为光的现象；乙反映了光的现象的光强分布．
【答案】衍射；干涉。
【解析】由于单缝衍射条纹中间亮，两边暗，知光强中间高，两边低．故甲图为单缝衍射现象．双缝干涉条纹等亮度，知一条反映了双缝干涉现象的光强分布．故答案为：衍射，干涉
7.8.9.10.
1
图-15
图-13
图-12
图-5
图-4
图-14
图-19
图-6
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图-11
图-10
图-9
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图1
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图-7
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