用實驗方法架起選修實驗復習的橋梁

河南 余署敏

用實驗方法架起選修實驗復習的橋梁

河南 余署敏

選修模塊中的實驗在全國卷中屬于冷考點，冷考點在近幾年高考中鮮有出現，選修模塊有四個學生實驗，這幾個實驗都是基礎物理中的經典實驗，隨著高考試題“回歸經典”的特點，不得不引起我們備考的注意。

一、估算法：用油膜法估測分子的大小

利用油酸酒精溶液在平靜的水面上形成單分子油膜，如圖1所示，用計算出油膜的厚度（V為一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積，S為油膜面積），這個厚度就近似等于油酸分子的直徑。

圖1

估算法中估算模型是關鍵。本實驗的估算模型為將油酸分子看作球形，油酸分子在水面上盡量展開，形成單分子油膜，且油膜分子緊密排列。

【例1】（2016·銀川質檢）在“用油膜法估測分子的大小”實驗中，用am L的純油酸配制成bm L的油酸酒精溶液，再用滴管取1 m L油酸酒精溶液，讓其自然滴出，共n滴。現在讓其中一滴落到盛水的淺盤內，待油膜充分展開后，測得油膜的面積為Scm2，則：

（1）估算油酸分子的直徑大小是________cm。

（2）用油膜法測出油酸分子的直徑后，要測定阿伏加德羅常數，還需要知道油滴的________。

A．摩爾質量 B．摩爾體積

C．質量 D．體積

【例2】某同學在做“用單擺測重力加速度”實驗中，先測得擺線長為101．00 cm，擺球直徑為2．00 cm，然后用秒表記錄了單擺振動50次所用的時間為101．5 s。則

（1）他測得的重力加速度g＝________m/s2。

（2）他測得的g值偏小，可能的原因是________（填選項前面的字母）。

A．測擺線長時擺線拉得過緊

B．擺線上端未牢固地系于懸點，振動中出現松動，使擺線長度增加了

C．開始計時，秒表過遲按下

D．實驗中誤將49．5次全振動數為50次

【點評】阿伏加德羅常數是聯系宏觀與微觀的紐帶，設分子質量為m，分子體積為V0，摩爾質量為M，摩爾體積為V，阿伏加德羅常數為NA，則有，對于固體和液體

二、累積法：用單擺測重力加速度

【答案】（1）9．76 （2）B

【點評】誤差是不可避免的，錯誤是可以避免的，本題選項中的四點都是錯誤。

三、嘗試法：測定玻璃的折射率

如實驗原理圖2所示，當光線AO1以一定的入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時，通過插針法找出跟入射光線AO1對應的出射光線O2B，從而求出折射光線O1O2和折射角θ2，再根據算出玻璃的折射率。

本實驗用到了嘗試法，即用嘗試的辦法找到出射光線。在線段AO1上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2。從玻璃磚bb′一側透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調整視線的方向直到P1的像被P2的像擋住。再在bb′一側插上兩枚大頭針P3、P4，使P3能擋住P1、P2的像，P4能擋住P3本身及P1、P2的像。

圖2

【例3】某同學利用“插針法”測定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行。正確操作后，作出的光路圖及測出的相關角度如圖3所示。

圖3

（1）此玻璃的折射率計算式為n＝________（用圖中的θ1、θ2表示）。

（2）如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應選用寬度________（填“大”或“小”）的玻璃磚來測量。

【解析】（1）據題意可知入射角為90°－θ1，折射角為90°－θ2，則玻璃的折射率為

（2）玻璃磚越寬，光線在玻璃磚內的傳播方向越容易確定，測量結果越準確。故應選用寬度大的玻璃磚來測量。

【點評】把入射角和折射角弄錯是本題的常見錯誤；增大絕對數值是減小相對誤差的有效途徑，一般距離大時，相對誤差較小。

四、轉換法：用雙縫干涉測光的波長

【例4】在某次用雙縫干涉測光的波長的實驗中，已知雙縫到光屏之間的距離是600 mm，雙縫之間的距離是0．20 mm，某同學在用測量頭測量時，先將測量頭目鏡中看到的分劃板中心刻線對準某條亮紋（記作第1條）的中心，這時手輪上的示數如圖4所示。然后他轉動測量頭，使分劃板中心刻線對準第7條亮紋的中心，這時手輪上的示數如圖5所示。這兩次示數依次為_______mm和_______mm。由此可以計算出這次實驗中所測得的單色光的波長為________nm。（結果保留3位有效數字）

圖4

圖5

【解析】測量頭就是螺旋測微器，對于第一次第1條亮紋中心對應的讀數，從固定刻度讀出0．5 mm，可動刻度讀出14．1×0．01 mm＝0．141 mm，故總讀數為0．5 mm＋0．141 mm＝0．641 mm；第二次第7條亮紋中心對應的讀數可按照同樣的方法讀出為10．293 mm。所以六條亮紋的總間距即兩次讀數之差9．652 mm，可求得相鄰亮紋中心的距離Δx＝1．609 mm，再由算出波長為536 nm。

【答案】0．141 0．641 536

【點評】測量頭的讀數原理即為螺旋測微器的讀數，掌握螺旋測微器的讀數是處理數據的基礎。

（作者單位：河南省三門峽市實驗高中）