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1、第第 26 课时热学和光学实验课时热学和光学实验命题角度(1)用油膜法估测油酸分子的大小(2)探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系(3)测量玻璃的折射率(4)用双缝干涉实验测光的波长高考题型高考题型 1用油膜法估测油酸分子的大小用油膜法估测油酸分子的大小1原理：认为油酸薄膜是由单层的油酸分子紧密排列组成，在估测油酸分子大小的数量级时，把每个油酸分子简化为球体，认为油膜的厚度就是油酸分子的直径 dVS，如图 1.图 12对“V”的测量(1)配制一定浓度的油酸酒精溶液，设其浓度为 n；(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，读出它的体积为 V0；(3)再把它一滴滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数
2、N；(4)则一滴油酸酒精溶液中，纯油酸的体积 VV0Nn.3对“S”的测量(1)浅盘里盛水，把适量的爽身粉均匀撒在水面上；(2)用注射器向水面上滴 1 滴油酸酒精溶液，待油膜形状稳定后，将带方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下薄膜的形状；(3)数出轮廓范围内正方形的个数 n0，不足半个的舍去，多于半个的算一个；(4)用正方形的个数乘单个正方形的面积 S0(即 n0S0)计算出油膜的面积 S.4注意事项(1)实验前应检查浅盘是否干净，如果有油渍将影响实验结果(2)由于油酸膜要经过先扩大后收缩的过程，因此画轮廓时要待油酸膜稳定后再画，画时视线要与玻璃板垂直(3)分子大小的数量级为 1010 m，
3、若不是则要重做实验例 1(2021江苏省 1 月适应性考试6)在“油膜法估测分子大小”的实验中，将 1 mL 的纯油酸配制成 5 000 mL 油酸酒精溶液，用注射器测得 1 mL 溶液为 80 滴，再滴入 1 滴这样的溶液到准备好的浅盘中，描出的油膜轮廓如图 2 所示，数出油膜共占 140 个小方格，每格边长是 0.5 cm，由此估算出油酸分子直径为()图 2A7108 m B1108 mC71010 m D11010 m答案C解析纯油酸的体积 V18015 000 mL2.5106 mL2.51012 m3.油膜的面积 S1400.25 cm23.5103 m2，则油酸分子的直径为 dVS
4、71010 m，故选 C.例 2(1)如图 3 所示的四个图反映“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是_(用字母符号表示)图 3(2)某同学在实验中用最终得到的计算结果和大多数同学的计算结果进行比较，数据偏大，对出现这种结果的原因，下列说法中可能正确的是_A错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算B计算油酸膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理C计算油酸膜面积时，只数了完整的方格数D水面上爽身粉撒得较多，油酸膜没有充分展开答案(1)dacb(2)ACD解析(1)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤为：配制油酸酒精溶液测定一滴油酸酒精溶
5、液的体积准备浅盘形成油膜描绘油膜轮廓计算油膜面积计算分子直径很显然操作先后顺序应是 dacb.(2)由 dVS可知，测量结果偏大有两个原因，一是体积比正常值偏大，二是面积比正常值偏小，故可能正确的是 A、C、D.高考题型高考题型2探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系本实验应用物理实验中常用的控制变量法，探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温过程)，气体的压强与体积的关系，如图 4 所示图 4(1)为保证等温变化，实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位同时，改变体积过程应缓慢，以免影响密闭气体的温度为保证气体密闭，应在活塞与注射器内壁间涂上润滑
6、油，注射器内外气体的压强差不宜过大(2)实验中所用的压力表精度较高，而气柱体积是直接在注射器上读出的，其误差会直接影响实验结果(3)在等温过程中，气体的压强与体积的关系在 pV 图像中呈现为双曲线，如图 5 甲 处理实验数据时，要通过变换，即画 p1V图像，把双曲线变为直线，说明 p 和 V 成反比，如图乙这是科学研究中常用的数据处理的方法，因为一次函数反映的物理规律比较直观，容易得出相关的对实验研究有用的参数图 5例 3(2021山东德州市高三期末)某实验小组用注射器和压强传感器探究一定质量的气体发生等温变化时遵循的规律，实验装置如图 6 所示 用活塞和注射器外筒封闭一定质量的气体，其压强可
7、由左侧的压强传感器测得图 6(1)关于该实验，下列说法正确的是_A该实验用控制变量法研究气体的变化规律B实验时注射器必须水平放置C注射器内部的横截面积没必要测量D注射器旁的刻度只要刻度分布均匀即可，可以不标注单位(2)进行实验操作时，不能推拉活塞过快，其原因是_(3)该实验小组首先在甲实验室进行了实验，下表为记录的实验数据，其中有一次记录的实验数据错误，记录错误的是_(填错误数据对应的实验序号)实验序号12345封闭气柱长度 L/cm12.0011.0010.009.008.00封闭气柱压强p/(105 Pa)1.011.091.191.331.90(4)该实验小组又利用同一装置对同一封闭气体
8、在另一温度稍高的乙实验室进行了实验，根据甲、乙实验室记录的数据用正确的方法画出的 p1L图像如图 7 所示，根据乙实验室记录数据画出的图线应为_(填图线代号)图 7答案(1)ACD(2)防止封闭气体温度发生改变(3)5(4)解析(1)该实验过程中控制气体的温度不变，即运用了控制变量法；实验时注射器如何放置对实验结果没有影响；实验中要探究的是压强与体积之间的比例关系，所以不需要测量气体的体积，注射器内部的横截面积没有必要测量；注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，便于等量的改变体积，可以不标注单位故选 A、C、D.(2)如果活塞推拉得过快，气体的温度将产生显著的变化，实验误差将增大；(3)由实验
9、数据可知气柱长度与气柱压强的乘积基本恒定，前四组数据符合的很好，乘积在11.9012.12 之间，第 5 组数据的乘积较大，为 15.20，说明第 5 组数据记录错误；(4)气体压强与气体的温度有关，一定质量的气体，在相同体积下，温度越高，压强越大，故图线是在温度稍高的乙实验室中测量获得的例 4(2020山东青岛市三模)如图 8 甲所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，操作步骤如下：把注射器活塞推至注射器中间某一位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接；移动活塞，记录注射器的刻度值 V，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值 p；重复上述步骤，多次测量；根据记录的数据，作
10、出 V1p图线，如图乙所示图 8(1)完成本实验的基本要求是_(填正确答案标号)A在等温条件下操作B封闭气体的注射器密封良好C必须弄清所封闭气体的质量D气体的压强和体积必须用国际单位(2)理论上由 V1p图像分析可知：如果该图像为_，就说明气体的体积跟压强的倒数成正比，即体积与压强成反比(3)若他实验操作规范正确，则图线不过坐标原点的原因可能是_，图乙中 V0代表_答案(1)AB(2)过坐标原点的直线(3)压强传感器与注射器间有气体压强传感器与注射器间气体的体积解析(1)由于该实验是用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，故要保证在等温条件下操作，故 A 项正确为了控制变量，气体的质量不能改变
11、，若出现漏气，会产生误差，故 B项正确该实验不需要弄清气体的质量，故 C 项错误气体的压强和体积不一定要用国际单位，故 D 项错误(2)若气体的体积跟压强的倒数成正比，即 Vk1p，则该 V1p图像为过坐标原点的直线(3)图线不过坐标原点的原因可能是压强传感器与注射器间有气体，题图乙中 V0代表压强传感器与注射器间气体的体积高考题型高考题型 3测量玻璃的折射率测量玻璃的折射率数据处理方法1计算法：由 nsin 1sin 2，算出不同入射角时的 n 值，并取平均值2图像法：作 sin 1sin 2图像，由 nsin 1sin 2可知其斜率为折射率3单位圆法：以入射点 O 为圆心，作半径为 R 的
12、圆，如图 9 所示，则 sin 1EHOE，sin 2EHOE，OEOER，所以用刻度尺量出 EH、EH的长度就可以求出 nsin 1sin 2EHEH.图 9例 5(2019天津卷9(2)某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度_A选用两光学表面间距大的玻璃砖B选用两光学表面平行的玻璃砖C选用粗的大头针完成实验D插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示，其中实验操作正确的是_(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线
13、的径迹，以入射点 O 为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于 A、B 点，再过 A、B 点作法线 NN的垂线，垂足分别为 C、D 点，如图 10 所示，则玻璃的折射率 n_.(用图中线段的字母表示)图 10答案(1)AD(2)D(3)ACBD解析(2)由题图可知，选用的玻璃砖两光学表面平行，则入射光线应与出射光线平行，B、C错误；又光线在玻璃砖中与法线的夹角应小于光线在空气中与法线的夹角，A 错误，D 正确；(3)由折射定律可知 nsin AOCsin BODACAOBDBOACBD.高考题型高考题型 4用双缝干涉实验测光的波长用双缝干涉实验测光的波长1实验装置图及实验器材(如图 11)双缝
14、干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺图 112数据处理的方法(1)调节测量头，使分划板中心刻线对齐第 1 条亮条纹的中心，记下手轮上的读数 a1；(2)转动手轮，当分划板中心刻线与第 n 条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的读数a2；(3)相邻两条亮条纹间的距离 x|a1a2|n1，则由 dlxd|a1a2|ln1得波长3注意事项(1)实验时应调整光源、单缝、双缝和毛玻璃屏、测量头共轴，单缝和双缝安装时应竖直且相互平行，遮光筒的轴线要与光具座导轨平行若不共轴或单缝与双缝不平行则会引起干涉条纹亮度小，不清晰，不便于观察和测量(2)分划板上的
15、中心刻线应与干涉条纹的亮(暗)线平行，否则会增大测量的误差(3)测量头有两种，一种相当于螺旋测微器，一种相当于游标卡尺例 6(2019全国卷34(2)某同学利用图 12 所示装置测量某种单色光的波长实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹回答下列问题：图 12(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可_；A将单缝向双缝靠近B将屏向靠近双缝的方向移动C将屏向远离双缝的方向移动D使用间距更小的双缝(2)若双缝的间距为 d，屏与双缝间的距离为 l，测得第 1 条暗条纹到第 n 条暗条纹之间的距离为 x，则单色光的波长 _；(3)某次测量时，选用的双缝的间距为 0
16、.300 mm，测得屏与双缝间的距离为 1.20 m，第 1 条暗条纹到第 4 条暗条纹之间的距离为 7.56 mm，则所测单色光的波长为_ nm(结果保留3 位有效数字)答案(1)B(2)dxn1l(3)630解析(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，需要减小条纹间距，由公式 xld 可知，需要减小双缝到屏的距离 l 或增大双缝间的距离 d，故 B 项正确，A、C、D 项错误(2)由题意可知，xn1ld，解得 dxn1l.(3)将已知条件代入公式解得 630 nm.1某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图 13 甲所示图 13
17、(1)下列说法正确的是_A入射角适当大些，可以提高精确度BP1、P2及 P3、P4之间的距离取得小些，可以提高精确度CP1、P2的间距及入射角的大小均与实验的精确度无关(2)此玻璃的折射率计算式为 n_(用图中的 1、2表示)(3)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度_(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量(4)若该同学用他测得的多组入射角 i 与折射角 r，作出 sin isin r 的图像如图乙所示，下列判断不正确的是_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 0.67C玻璃的折射率为 1.49答案(1)A(2)sin 901sin 9
18、02(或cos 1cos 2)(3)大(4)B解析(1)入射角适当大些，折射角也会大些，折射现象较明显，角度的相对误差会减小，A正确；折射光线是通过隔着玻璃观察成一条直线确定的，大头针间的距离太小，引起的角度误差会较大，故 P1、P2及 P3、P4之间的距离适当大些，可以提高精确度，B、C 错误(2)由折射率公式可得 nsin 901sin 902cos 1cos 2.(3)玻璃砖的宽度越大，出射光线的侧移量越大，玻璃砖中折射光线的误差越小，所以应选用宽度大的玻璃砖来测量(4)由 sin isin r 图像可知，sin isin r10.671.491，故光是从空气射入玻璃的，入射角为 i，A
19、正确；由折射率的定义知 n1.49，B 错误，C 正确2(2020山东省普通高中学业水平等级模拟考试)某同学在用如图 14 所示实验装置测量光的波长的实验中，已知两缝间的间距为 0.3 mm，以某种单色光照射双缝时，在离双缝 1.2 m 远的屏上，用测量头测量条纹间的宽度：先将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第 1 条亮条纹，此时手轮上的示数如图 15 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，此时手轮上的示数如图乙所示图甲读数为_mm，图乙读数为_mm.图 14图 15根据以上实验，测得光的波长是_m(结果保留 2 位有效数字)答案2.
20、335(2.3322.337)15.375(15.372115.377)6.5107解析题图甲螺旋测微器固定刻度的读数是 2.0 mm可动刻度的读数是 33.50.01 mm 0.335 mm则螺旋测微器的读数等于 2.0 mm0.335 mm2.335 mm题图乙螺旋测微器固定刻度的读数是 15.0 mm可动刻度的读数是 37.50.01 mm 0.375 mm则螺旋测微器的读数等于 15.0 mm0.375 mm15.375 mm相邻条纹间距为 xx2x1n1根据双缝干涉的条纹间距公式 xld则这种单色光的波长 xdlx2x1dn1l代入数据解得 6.5107 m.3(2021山东日照市高
21、三一模)小明同学利用如图 16 甲所示装置测量大气压强粗细均匀的弯曲玻璃管 A 臂插入密封的烧瓶，B 臂与玻璃管 C 下部用软管连接，C 管开口向上，一定质量的气体被水银封闭于烧瓶内开始时，B、C 管内的水银面等高，在 B 管上标好此时水银面的位置 K.图 16(1)对烧瓶加热，使烧瓶内的气体温度升高 为使封闭气体的体积不变，应将 C 管_(填“向上”或“向下”)移动，直至_(2)实验中保持气体体积不变，不断加热烧瓶内的气体，记录气体的摄氏温度 t 和 C 管内的水银面高出 B 管内的高度 h.作出 ht 图像如图乙，由图像得出开始时的温度 T0_ K，大气压强 p0_ cmHg(大气压强保留
22、 1 位小数)答案(1)向上B 管内的水银面再一次回到标记的位置 K(2)30075.6解析(1)对烧瓶加热，使烧瓶内的气体温度升高为使封闭气体的体积不变，应将 C 管向上移动，直至 B 管内的水银面再一次回到标记的位置 K.(2)由查理定律可知p0h273tp0T0，即 hp0T0t(273p0T0p0)，结合题图乙，解得 T0300 K，p075.6 cmHg.专题强化练专题强化练1.如图 1 所示为某同学利用插针法测定半圆形玻璃砖折射率的实验，在一半圆形玻璃砖外面插上 P1、P2、P3、P4四枚大头针时，P3、P4恰可挡住 P1、P2所成的像，关于该实验：图 1(1)以下说法正确的是_；
23、AP1、P2及 P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度BP1、P2及 P3、P4之间的距离取得小些，可以提高准确度C入射角 适当大些，可以提高准确度DP1、P2的间距及入射角的大小均与实验的准确度无关(2)该玻璃砖的折射率 n_.答案(1)AC(2)3解析(1)为了减小实验的误差，大头针之间的距离适当大一些，入射角适当大一些，故 A、C 正确，B、D 错误(2)根据折射定律得，玻璃砖的折射率为 nsin 60sin 303.2(2021江苏宿迁市高二期末)用如图 2 所示的实验装置观察双缝干涉图样图中是光源，是滤光片，是单缝，是带有双缝的遮光筒，是光屏双缝之间的距离是 0.2 mm，用的
24、是蓝色滤光片，从右侧目镜中可以看到蓝色干涉条纹图 2(1)下列操作能增大光屏上相邻两条亮条纹之间距离的是_A增大双缝之间的距离B把单缝向双缝的方向移动C将蓝色滤光片改成红色滤光片D把光屏向靠近双缝的方向移动(2)转动测量头的手轮，先将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第 1 条亮条纹，此时手轮上的示数如图 3 甲所示，x1_ mm，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，此时手轮上的示数如图乙所示则相邻两亮条纹的间距是_ mm.图 3(3)如果已经量得双缝和光屏之间的距离是 1 200 mm，则待测光的波长是_ m(取三位有效数字)答案(1)C(
25、2)2.3312.609(3)4.35107解析(1)根据 xld 可知，增大双缝之间的距离时，条纹间距变小，故 A 错误；由上式可知，条纹间距与单双缝之间距离无关，故 B 错误；将蓝色滤光片改成红色滤光片，波长变长，所以条纹间距变大，C 正确；由上式可知，把光屏向靠近双缝的方向移动，则条纹间距变小，故 D 错误(2)由题图甲可读出 x12 mm0.331 mm2.331 mm由题图乙可读出 x215 mm0.376 mm15.376 mm则相邻亮条纹间距为 xx2x152.609 mm(3)由 dlx4.35104 mm4.35107 m.3.在做“用油膜法估测分子大小”的实验中，油酸酒精溶
26、液的浓度为每 104 mL 溶液中有纯油酸 6 mL.用注射器测得 1 mL 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酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图 4 所示，坐标纸中正方形方格的边长为 1 cm.求：图 4(1)油酸膜的面积是多少？(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积？(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径(4)某同学在实验过程中，在距水面约 2 cm 的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积会先扩张后又收缩了一些，这是为什么呢？请写出你分析的原因答案(1)106 cm
27、2(2)8106 cm3(3)7.51010m(4)见解析解析(1)根据题图中的轮廓可知，油膜面积为 S1061 cm2106 cm2(2)由 1 mL 溶液为 75 滴，可知 1 滴溶液的体积为175 mL，又已知每 104 mL 溶液中有纯油酸 6 mL，则 1 滴溶液中含纯油酸的体积为 V1756104 mL8106 cm3(3)油酸分子直径为 dVS8 106106 cm7.5108 cm7.51010 m.(4)主要有两个原因：水面受到落下油滴的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积先扩张后又收缩；油酸酒精溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，使液面收缩4某同学用如图 5 所示装置探究气
28、体做等温变化的规律：图 5(1)在实验中，下列哪些操作不是必需的_；A用橡胶塞密封注射器的下端B用游标卡尺测量柱塞的直径C读取压力表上显示的气压值D读取刻度尺上显示的空气柱长度(2)实验装置用铁架台固定，而不是用手握住注射器，并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是_；(3)下列图像中，最能直观反映气体做等温变化的规律的是_答案(1)B(2)尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变(3)C解析(1)用橡胶塞密封注射器的下端，是为了封住一定量的气体，故 A 是必要的，不符合题意；没有必要测量柱塞的直径，由于整个过程中，横截面积不变，知道空气柱长度就可以，列方程时，两边可以消掉横截面积，故
29、 B 没必要，符合题意；读取压力表上显示的气压值，知道初、末状态的气压值，故 C 是必要的，不符合题意；读取刻度尺上显示的空气柱长度来表示空气的体积，故 D 是必要的，不符合题意(2)尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变(3)图像中直线比曲线直观，在等温变化中，p 与1V成正比，因此 p1V图像是一条过坐标原点的直线，最能直观反映气体做等温度化的规律，故 C 正确，A、B、D 错误5(2018浙江 4 月选考21)(1)细丝和单缝有相似的衍射图样在相同条件下，小明用激光束分别垂直照射两种不同直径的细丝和细丝，在光屏上形成的衍射图样如图 6 甲中 a 和 b所示已知细丝的直径为 0.60
30、5 mm，现用螺旋测微器测量细丝的直径，如图乙所示，细丝的直径为_ mm.图甲中的_(填“a”或“b”)是细丝的衍射图样图 6(2)小明在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时，尝试用单缝和平面镜做类似实验单缝和平面镜的放置如图丙所示，白炽灯发出的光经滤光片成为波长为 的单色光照射单缝，能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹小明测得单缝与镜面延长线的距离为 h、与光屏的距离为 D，则条纹间距 x_.随后小明撤去平面镜，在单缝下方 A 处放置同样的另一单缝，形成双缝结构，则在光屏上_(填“能”或“不能”)观察到干涉条纹答案(1)0.999(0.9961.000 均可)a(2)D2h不能解析(1)因为螺旋测微器主尺的半格为 0.5 mm，完整一格为 1 mm，螺旋转轮上面一格为0.01 mm，再估读一位，由题图乙可知，直径为 0.999 mm；衍射单缝越窄，衍射现象越明显，条纹间距越大；衍射现象单缝越宽，衍射现象越不明显，条纹间距越小，题图甲中 a 的条纹间距小，对应的细丝比较粗，题图甲中 b 的条纹间距大，对应的细丝比较细，因为 0.999 mm0.605 mm，所以选 a.(2)本题中，单缝在平面镜中的镜像，与原来的单缝共同构成一组双缝(如图)，所以双缝间距为 d2h，故 xD2h.不能，因为不符合发生干涉的条件.