高中物理选修3_2实验实用

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，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，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)。

a．保证摆动过程中摆长不变 b．可使周期测量得更加准确 c．需要改变摆长时便于调节 d．保证摆球在同一竖直平面内摆动 ②他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度 l＝0.999 0 m，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图所示，则该摆球的直径为________mm，单摆摆长为________m。

③下列振动图象真实地描述了对摆长约为 1 m 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计时开始，a、b、c 均为 30 次全振动的图象，已知 sin 5°＝0.087，sin 15°＝0.26，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是________(填字母代号)。

3．实验小组的同学做“用单摆测重力加速度”的实验。

(1)实验前他们根据单摆周期公式导出了重力加速度的表达式 g＝ 4π2 lt 2，其中 l 表示摆长，t表示周期。对于此式的理解，四位同学说出了自己的观点：

同学甲：t 一定时，g 与 l 成正比； 同学乙：l 一定时，g 与 t 2 成反比； 同学丙：l 变化时，t 2 是不变的； 同学丁：l 变化时，l 与 t 2 的比值是定值。

其中观点正确的是同学________(填“甲”“乙”“丙”或“丁”)。

(2)实验室有如下器材可供选用：

a．长约 1 m 的细线 b．长约 1 m 的橡皮绳 c．直径约 2 cm 的均匀铁球 d．直径约 5 cm 的均匀木球 e．秒表 f．时钟 g．最小刻度为毫米的米尺 实验小组的同学选用了最小刻度为毫米的米尺，他们还需要从上述器材中选择________(填写器材前面的字母)。

(3)他们将符合实验要求的单摆悬挂在铁架台上，将其上端固定，下端自由下垂(如图所示)。用刻度尺测量悬点到________之间的距离记为单摆的摆长 l。

(4)在小球平稳摆动后，他们记录小球完成 n 次全振动的总时间 t，则单摆的周期 t＝________。

(5)如果实验得到的结果是 g＝10.29 m/s 2，比当地的重力加速度值大，分析可能是哪些不当的实际操作造成这种结果，并写出其中一种：______________________ _____________________________________________________________________。

4．如图甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖，它的__________面不能用手直接接触。在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔 a、b、c 的位置相同，且插在 c 位置的针正好挡住插在 a、b 位置的针的像，但最后一个针孔的位置不同，分别为 d、e 两点，如图乙所示。计算折射率时，用________(填“d”或“e”)点得到的值较小，用________(填“d”或“e”)点得到的值误差较小。

5．“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，应使它________________。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字)6．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。

(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，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮； ②按合理的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用刻度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条纹中心对齐，将该亮条纹定为第 1 条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第 6 条亮条纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为______mm，求得相邻亮条纹的间距 δx 为________mm。

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

7．在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，请按照题目要求回答下列问题。

(1)图中甲、乙两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________。

(2)将下表中的光学元件放在图丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长。

元件代号 a b c d e 元件名称 光屏 双缝 白光光源 单缝 透红光的滤光片 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，表示各光学元件的排列顺序应为________。(填写元件代号)(3)已知该装置中双缝间距 d＝0.50 mm，双缝到光屏的距离 l＝0.50 m，在光屏上得到的干涉图样如图甲所示，分划板在图中a位置时游标卡尺如图乙所示，则其示数为________mm；在 b 位置时游标卡尺如图丙所示。由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为________m。

8．在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装置如图所示。

(1)某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点：

a．灯丝与单缝和双缝必须平行放置 b．干涉条纹与双缝垂直 c．干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关 d．干涉条纹的间距与光的波长有关 以上几点中，你认为正确的是________。

(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图甲所示，该读数为________mm。

(3)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，如图乙所示。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距 δx 时，测量值________实际值。(填“大于”“小于”或“等于”)

参考答案 1．解析 由 t＝2π lg 得，t2 ＝ 4π2gl，根据图甲可知 k a >k b，即 4π2g a> 4π2g b，即 g a

答案 b 2 2．解析 ①在“探究影响单摆周期的因素”实验中，要使单摆在摆动过程中摆长不变，而且摆长便于调节，故选项 a、c 正确，选项 b、d 错误。

②摆球的直径 d＝12 mm＋0×0.1 mm＝12.0 mm 摆长 l＝l－ d2 ＝0.999 0 m－0.006 0 m＝0.993 0 m。

③单摆振动的摆角 θ≤5°，当 θ＝5°时单摆振动的振幅 a＝lsin 5°＝0.087 m＝8.7 cm，且为计时准确，在摆球摆至平衡位置时开始计时，故选项 a 正确，选项 b、c、d 错误。

答案 ①ac ②12.0 0.993 0 ③a 3．(1)丁(2)a，c，e(3)小球球心(4)tn(5)可能是振动次数 n 计多了；可能是测量摆长时从悬点量到了小球底部；可能在计时的时候秒表开表晚了(其他答案合理也给分)4．解析 光学面若被手接触污染，会影响观察效果，增大实验误差；分别连接 cd 和ce 并延长到界面，与界面分别交于 f、g 两点，由 n＝ sin θ 1sin θ 2 不难得出用 d 点得到的折射率值较小，过 c 点的出射光线应平行于 ab，利用直尺比对并仔细观察，可知 ec∥ab，故用 e 点得到的折射率值误差较小。

答案 光学 d e 5．解析 测定玻璃折射率的实验是利用大头针观看进入玻璃的入射光线，在另一侧插入大头针 c 挡住前面的 a、b 的像，同样插入大头针 d 挡住 c 及 a、b 的像，c 和d 两点确定了出射光线，利用入射点和出射点的连线来确定折射光线，作出法线 fg，连接 oo′，以 o 点为圆心画圆，分别交 ab、oo′于 e、q 两点，分别过 e、q 向 gf作垂线 eg、fq 并用毫米刻度尺测其长度，如图所示，根据 n＝ sin θ 1sin θ 2 可得：n＝egfq ＝1.8。

答案 挡住 c 及 a、b 的像 1.8(1.6～1.9)6．解析(1)滤光片 e 可以从白光中选出单色红光，单缝 d 是获取线光源，双缝 b 是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏 a 上。所以排列顺序为：c、e、d、b、a。

(2)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距离要适当；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)示数为 13.870 mm，δx＝ 13.870－2.3206－1 mm＝2.310 mm。

(4)由 δx＝ ld λ 得 λ＝dl δx，代入数据得 λ＝6.6×10－ 7 m＝660 nm。

答案(1)e d b(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行 单缝、双缝间的距离要适当(3)13.870

2.310(4)dl δx 660 7．解析(1)图甲中的条纹间距和宽度相同，是干涉图样，图乙是衍射图样。

(2)光源发出的白光，各种频率都有，加上e后通过的只有红光了，变成单色光，加上d和b，就得到两列频率相同、步调一致的相干光，最后放置光屏，干涉条纹呈现在光屏上，所以顺序为 cedba(3)a 位置的示数为 111.10 mm，b 位置的示数为 115.65 mm，图甲中 ab 之间的距离为(115.65～111.10)mm＝4.55 mm，则相邻条纹的间距为 δx＝ 4.557 mm，再根据公式 δx＝ ld λ，代入数据得波长为 6.5×10－ 7 m。

答案(1)甲(2)cedba(3)111.10 6.5×10－ 7 8．解析(1)为了获得清晰的干涉条纹，a 正确；由干涉现象可知干涉条纹与双缝平行，b 错误；干涉条纹的疏密 δx＝ ld λ 与单缝宽度无关，c 错误，d 正确。

(2)手轮的读数为 0.5 mm＋20.0×0.01 mm＝0.700 mm。

(3)条纹与分划板不平行时，实际值 δx 实 ＝δx 测 cos θ，θ 为条纹与分划板间的夹角，故 δx 实 <δx 测。

答案(1)ad(2)0.700(3)大于

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