高三物理总复习 同步练习 一用单摆测定重力加速度解析.docx

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高三物理总复习同步练习一用单摆测定重力加速度解析

选3-4-5实验

（一）用单摆测定重力加速度　实验

（二）测定玻璃的折射率　实验（三）用双缝干涉测光的波长

一、选择题

1．用单色光做双缝干涉实验，下述说法正确的是（　　）

A．相邻干涉条纹之间的距离相等

B．中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍

C．屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大

D．在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距

[答案]　A

[解析]　因为相邻两条亮线（或暗线）间的距离Δx＝

λ，其中d为两个缝间的距离，L为缝到屏的距离，λ为光波波长，可见相邻干涉条纹之间的距离相等。

A正确，B错误，C错误。

因为λ红>λ蓝，所以Δx红>Δx蓝，故D也错误。

2．（2011·北京海淀模拟）某同学做“用单摆测定重力加速度”的实验时，测得的重力加速度数值明显大于当地的重力加速度的实际值。

造成这一情况的可能原因是（　　）

A．测量摆长时，把悬挂状态的摆线长当成摆长

B．测量周期时，当摆球通过平衡位置时启动秒表，此后摆球第30次通过平衡位置时制动秒表，读出经历的时间为t，并由计算式T＝

求得周期

C．开始摆动时振幅过小

D．所用摆球的质量过大

[答案]　B

[解析]　由T＝2π

得g＝

l，g值偏大说明l偏大或T偏小。

把悬挂状态的摆线长当成摆长，会使l偏小，g值偏小，A错；摆球第30次通过平衡位置时，实际上共完成15次全振动，周期T＝

，误认为30次全振动，T变小引起g值明显偏大，B对；单摆周期与振幅和摆球质量无关，C、D错误。

3.

某同学做测定玻璃折射率的实验时，用他测得的多组入射角θ1与折射角θ2作出sinθ1－sinθ2图象如图所示，下列判断正确的是（　　）

A．他做实验时，研究的是光线从空气射入玻璃的折射现象

B．玻璃的折射率为0.67

C．玻璃的折射率为1.5

D．玻璃临界角的正弦值为0.67

[答案]　ACD

[解析]　

＝

＝1.5＝n，所以选项C对，B错。

又θ1>θ2，所以光线从空气射入介质，A对。

由sinC＝

＝0.67，可知D正确。

4．在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，有人提出以下几点建议：

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，应选用体积较大的

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]　AC

[解析]　单摆实验的精确度取决于实验装置的理想化程度及相关物理量的测量精度。

适当加大摆线长度，有利于把摆球看成质点，在摆角小于10°的条件下，摆球的空间位置变化较大，便于观察，A对。

摆球体积越大，所受空气阻力越大，对质量相同的摆球其影响越大，B错。

摆角应小于10°，C对。

本实验采用累积法测量周期，若仅测量一次全振动，由于球过平衡位置时速度较大，难以准确记录，且一次全振动的时间太短，偶然误差较大，D错。

5．英国物理学家托马斯·杨巧妙地解决了相干光源问题，第一次在实验室内观察到光的干涉现象，如图所示为实验装置简图，M为竖直线光源、N和O均为有狭缝的遮光屏、P为像屏。

现有四种带有狭缝的遮光屏，实验时的正确选择是（　　）

A．N应选3，O应选4　　　B．N应选1，O应选2

C．N应选1，O应选4D．N应选3，O应选2

[答案]　B

[解析]　实验中所用双缝要跟竖直线光源平行，而且单缝靠近线光源。

6.

在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，其实验光路如图所示，对实验中的一些具体问题，下列意见正确的是（　　）

A．为了减少作图误差，P3和P4的距离应适当取大些

B．为减少测量误差，P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角应尽量大些

C．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像

D．若P1、P2连线与法线NN′夹角较大时，有可能在bb′面发生全反射，所以在bb′一侧就看不到P1、P2的像

[答案]　A

[解析]　P1和P2的距离、P3和P4的距离应适当取大些，以减小作图时的误差。

P1、P2的光线进入玻璃砖后，在bb′面不能达到发生全反射的临界角，A项正确。

二、非选择题

7．某同学测得g值比当地标准值偏大，其原因可能是______。

A．测量摆长时忘记加上小球半径

B．振幅过小

C．将摆长当成了摆线长和球直径之和

D．摆球次数多记了一次

E．小球不是在竖直平面内摆动

F．摆球质量过大，空气阻力影响所致

[答案]　CDE

[解析]　因为T＝2π

，所以g＝

，由g的表达式可知g测偏大的原因可能是l测偏大或T测偏小，可知C、D正确，A错；小球做圆锥摆的周期T＝2π

8．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）本实验的实验步骤如下：

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（其读数方法用螺旋测微器）测量数条亮条纹间的距离。

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

'（3）若测得双缝间距为3.0mm，双缝与屏之间的距离为0.70m，通过测量头（与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500mm）观察到第1条亮条纹的位置如图（a）所示，观察到第5条亮条纹的位置如图（b）所示。

则可求出红光的波长λ＝________m。

（保留一位有效数字）

[答案]　

（1）E　D　B　

（2）单缝与双缝的间距为5cm～10cm　使单缝与双缝相互平行　（3）7×10－7

[解析]　

（1）双缝干涉装置各组成部分在光具座上的正确排序由左至右为：

光源、滤光片、单缝、双缝、屏，因此应填E、D、B。

（2）安装光学元件时，应注意单缝与双缝间的距离为5cm～10cm，同时使单缝与双缝相互平行。

（3）由题图可知，条纹间距为

Δx＝

＝

mm

又双缝到屏的距离l＝0.70m

双缝间距d＝3.0mm

由Δx＝

λ得：

λ＝

代入数据得λ≈7×10－7m。

9.

如图所示，是利用插针法测定玻璃砖折射率的一次实验光路图，PQ为玻璃砖入射面的法线，MN、EF均垂直于法线PQ并分别交于N和E点，入射点为O，取OM＝OF，用刻度尺量出MN、EF的长度，则折射率n＝MN/EF。

改变入射角θ1的大小，重复以上实验，可量出MN、EF的多组数据。

现有两位同学各设计了一个记录数据表格，而且都已完成了计算。

甲同学设计的表格是：

次数

1

2

3

长度平均值

n

MN/cm

1.68

1.78

2.12

1.86

1.49

EF/cm

1.12

1.24

1.40

1.25

乙同学设计的表格是：

次数

MN/cm

EF/cm

n

1

1.68

1.12

1.50

1.48

2

1.78

1.24

1.44

3

2.12

1.40

1.51

上述两位同学处理数据的方法正确的是________（填“甲”或“乙”或“都正确”）。

[答案]　乙

[解析]　本题测的是折射率n，应对每一次求得的折射率求平均值，而不是对长度或入射角、折射角的正弦取平均值。

10．（2012·江西模拟）将一单摆装置竖直悬挂于某一深度为h（未知）且开口向下的小筒中（单摆的下部分露于筒外），如图甲所示，将悬线拉离平衡位置一个小角度后由静止释放，设单摆摆动过程中悬线不会碰到筒壁，如果本实验的长度测量工具只能测量出筒的下端口到摆球球心的距离l，并通过改变l而测出对应的摆动周期T，再以T2为纵轴，l为横轴作出函数关系图象，那么就可以通过此图象得出小筒的深度h和当地的重力加速度g。

（1）现有如下测量工具：

A.时钟；B.秒表；C.天平；D.毫米刻度尺。

本实验所需的测量工具有________；

（2）如果实验中所得到的T2－l关系图象如图乙所示，那么真正的图象应该是a、b、c中的________；

（3）由图象可知，小筒的深度h＝__________m；当地g＝________m/s2。

[答案]　

（1）B、D　

（2）a　（3）0.3　9.86

[解析]　

（1）测量筒的下端口到摆球球心之间的距离l，用到毫米刻度尺，测单摆的周期用秒表，所以测量工具选B、D两项。

（2）设摆线在筒内部分的长度为h，由T＝2π

得，T2＝

l＋

h，可得T2－l关系图象为a。

（3）将T2＝0，l＝－30cm代入上式可得：

h＝30cm＝0.3m；

将T2＝1.20，l＝0代入上式可求得：

g＝π2＝9.86m/s2。

11．（2012·重庆理综）图1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2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。

[答案]　光学　d　e

[解析]　

光学面若被手接触污染，会影响观察效果，增加实验误差；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＝

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。

12．用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d的大小恰好是图中游标卡尺的读数，如图丁所示；双缝到毛玻璃间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出，如图丙所示；实验时先移动测量头（如图甲）上的手轮，把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹（如图乙所示），并记下螺旋测微器的读数x1（如图戊所示），然后转动手轮，把分划线向右移动，直到对准第7条亮条纹并记下螺旋测微器的读数x2（如图己所示），由以上测量数据求该单色光的波长。

[答案]　8×10－7m

[解析]　根据条纹宽度公式Δx＝

λ可知，波长λ＝

Δx，只要根据题目提供的数据就可求解，由丁图可直接读出

d＝0.25mm＝0.00025m

双缝到屏的距离由丙图读出

l＝749.8mm＝0.7498m.

由图乙、戊、己可知，两条相邻亮条纹间的距离

Δx＝

mm＝2.400mm＝0.002400m。

将以上数据代入得

λ＝

＝

m≈8×10－7m。

13．（2011·南充模拟）某同学在做“利用单摆测重力加速度”的实验时，先测得摆线长为101.00cm，摆球直径为2.00cm，然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间为101.5s，则

（1）他测得的重力加速度g＝________m/s2。

（2）他测得的g值偏小，可能的原因是________。

A．测摆线长时摆线拉得过紧

B．摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了

C．开始计时时，秒表过迟按下

D.实验中误将49次全振动数为50次

（3）为了提高实验精度，在实验中可改变几次摆线长l并测出相应的周期T，从而得出一组对应的l与T的数据，再以l为横坐标。

T2为纵坐标将所得数据连成直线，并求得该直线的斜率k。

则重力加速度g＝________。

（用k表示）

[答案]　

（1）9.76　

（2）B　（3）

[解析]　

（1）本次实验中的摆长l＝L＋r＝（101.00＋1.00）cm＝1.0200m，周期T＝

＝

s＝2.03s，

由公式g＝

可以解得g＝9.76m/s2；

（2）根据公式g＝

知g偏小的原因可能是l的测量值偏小或T的测量值偏大。

A中l的测量值偏大，B中则是振动摆长大于测量值，所以测量值偏小，而C、D中均是测得的周期偏小，所以C、D均会使g值偏大。

故只有B正确。

（3）由公式g＝

得：

T2＝

l，这是一条T2关于l的一元一次函数（如y＝kx），所以它的斜率是k＝

，所以g＝

。