专题21热学和光学实验（讲义）

专题21热学和光学实验目录TOC\o"14"\h\z\u考点一热学和光学实验 3 3 51.热学类及创新实验常见问题 52.光学类及创新实验常见问题 6 8考向一热学类及创新实验 8考向二光学类及创新实验 9考点要求考题统计热学和光学实验考向一热学类及创新实验：2023•江苏•高考真题、2023•山东•高考真题、2023•北京•高考真题考向二光学类及创新实验：2023•广东•高考真题、2023•海南•高考真题、2022•海南•高考真题、2021•浙江•高考真题、2021•浙江•高考真题考情分析【命题规律及方法指导】1.命题重点：(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..2.常用方法：油膜法、控制变量法、单位圆法、图像法．3.常考题型：实验题．【命题预测】1.本专题属于热点、基础内容；2.高考命题考察方向①热学类及创新实验：油膜法估测油酸分子质量，探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系②光学类及创新实验：用双缝干涉实验测光的波长，测量玻璃的折射率考点一热学和光学实验1．（2023·山东·高考真题）利用图甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上，注射器内封闭一定质量的空气，下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘，托盘中放入砝码，待气体状态稳定后，记录气体压强和体积（等于注射器示数与塑料管容积之和），逐次增加砝码质量，采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。回答以下问题：（1）在实验误差允许范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况下，一定质量的气体。A．与成正比

B．与成正比（2）若气体被压缩到，由图乙可读出封闭气体压强为（保留3位有效数字）。（3）某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了，则在计算乘积时，他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随的增大而（填“增大”或“减小”）。【考向】热学类及创新实验【答案】B增大【详解】（1）[1]在实验误差允许范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况下，一定质量的气体，与成正比。故选B。（2）[2]若气体被压缩到，则有，由图乙可读出封闭气体压强为，（3）[3]某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了，则在计算乘积时，根据，可知他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随的增大而增大。2．（2023·广东·高考真题）某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率，实验过程如下：（1）将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界（2）①激光笔发出的激光从玻璃砖上的点水平入射，到达面上的点后反射到点射出．用大头针在白纸上标记点、点和激光笔出光孔的位置②移走玻璃砖，在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作连线的延长线与面的边界交于点，如图（a）所示③用刻度尺测量和的长度和．的示数如图（b）所示，为。测得为（3）利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式；由测得的数据可得折射率为（结果保留3位有效数字）（4）相对误差的计算式为。为了减小测量的相对误差，实验中激光在点入射时应尽量使入射角。【考向】光学类及创新实验【答案】2.251.51稍小一些【详解】（2）③[1]刻度尺的最小分度为0.1cm，由图可知，为2.25cm；（3）[2][3]玻璃砖折射率的表达式，带入数据可知，（4）[4]相对误差的计算式为，为了减小测量的相对误差，实验中要尽量稍大一些，即激光在点入射时应尽量使入射角稍小一些。3．（2022·海南·高考真题）在用双缝干涉测量光的波长的实验中，如图所示，则：①a、b分别是()A．单缝和双缝

B．双缝和单缝

C．单缝和单缝

D．双缝和双缝②如果双缝间距是d，双缝到毛玻璃的距离是L，第一条亮纹到第六条亮纹间距是x，则光的波长是。（用x、d、L表示）【考向】光学类及创新实验【答案】A【详解】①[1]由双缝干涉原理可知，先用滤光片得到单色光，然用单缝得到细长的光源，最后用双缝得到两束相干光，故a、b分别单缝和双缝。故选A。②[2]第一条亮纹到第六条亮纹间距是x，则相邻亮条纹间距为，根据可得光的波长是。1.热学类及创新实验常见问题1）用油膜法估测油酸分子的大小Ⅰ、原理：认为油酸薄膜是由单层的油酸分子紧密排列组成，油膜的厚度就是油酸分子的直径，如图．Ⅱ、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N；④则一滴油酸酒精溶液中，纯油酸的体积.Ⅲ、对“S”的测量①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；②用正方形的个数乘单个正方形的面积S0计算出油膜的面积S(即n0S0)．2）探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系Ⅰ、实验法：控制变量法Ⅱ、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油，注射器内外气体的压强差不宜过大．Ⅲ、在等温过程中，气体的压强与体积的关系在p－V图像中呈现为双曲线(其中一支)，如图甲．处理实验数据时，要通过变换，即画图像，把双曲线(其中一支)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．2.光学类及创新实验常见问题1）测量玻璃的折射率Ⅰ、一个重要实验步骤：在玻璃砖的另一侧插上P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P3和P1、P2的像．Ⅱ、三个数据处理的方法①计算法：由，算出不同入射角时的n值，并取平均值．②图像法：作sinθ1－sinθ2图像，由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的圆，如图所示，则，，OE＝OE′＝R，所以用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出.Ⅲ、两个减小误差的实验要求①实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2和O、P3与O′之间距离要稍大一些．②入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)，当θ1太大时，反射光较强，出射光较弱，当θ1太小时，入射角、折射角测量的相对误差较大．2）用双缝干涉实验测光的波长Ⅰ、实验装置图Ⅱ、原理：，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ.Ⅲ、Δx的测量：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；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；则相邻两条亮条纹间的距离.考向一热学类及创新实验1．（2024·全国·模拟预测）两个实验小组做“探究等温情况下一定质量气体的压强与体积的关系”的实验。（1）第一个实验小组的同学利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律，注射器中密封了一定质量的气体。①实验过程中，下列操作正确的是。（填正确答案标号）A．应该以较快的速度推拉柱塞来改变空气柱的体积B．实验前应先利用天平测量出注射器、柱塞及压力表的总质量C．推拉柱塞时，手不可以握住整个注射器D．实验过程中要保证橡胶套的密闭性良好，以保证空气柱的质量一定②实验时，缓慢推动活塞，注射器内气体的体积逐渐减小。若实验过程中环境温度逐渐降低，测得多组空气柱的压强p和体积V的数据，则实验得到的图像应为下图中的。（填正确答案标号）（2）第二个实验小组的同学用气体压强传感器做实验，实验装置如图乙所示。在操作规范、不漏气的前提下，测得多组压强p和体积V的数据并作出图像，发现图线不过坐标原点，如图丙所示。造成这一结果的原因是；图丙中的物理含义是。【答案】CD/DCA胶管的容积不可忽略连接压强传感器和注射器的胶管的容积【详解】（1）①[1]A．应该以较慢的速度推拉柱塞来改变空气柱的体积，以避免操作动作过快使空气柱的温度发生改变，A项错误；B．因压强由压力表测得，不是由平衡条件计算出的，所以实验前不需要利用天平测量出注射器、柱塞及压力表的总质量，B项错误；C．实验过程中手不能握住注射器前端，以免改变空气柱的温度，使气体发生的不是等温变化，C项正确；D．实验过程中要保证橡胶套的密闭性良好，以保证空气柱的质量一定，D项正确。故选CD。②[2]根据理想气体状态方程，可得，可知随着环境温度逐渐降低，图像的斜率会逐渐减小，A项正确。（2）[3][4]根据玻意耳定律得，解得，造成这一结果的原因是胶管的容积不可忽略；图丙中的物理含义是连接压强传感器和注射器的胶管的容积。考向二光学类及创新实验2．（2024·安徽·统考一模）某同学通过双缝干涉实验测量光的波长，实验装置如图（a）所示。（1）一毛玻璃屏上相邻亮条纹的间距可利用测量头测出，如图（b）所示。先将测量头分划板中心刻线与一明条纹中心P重合，其读数为，然后沿同一方向转动手轮，使分划板中心刻线移过4条暗条纹，与另一明条纹中心重合，相应的读数如图（c）所示，该读数为。（2）已知双缝间的距离为，双缝到屏的距离为，此单色光波长是。（保留三位有效数字）（3）若改用波长更短的单色光重复上述实验，条纹间距将(选填“变大”、“变小”或“不变”)【答案】20.502/20.501变小【详解】（1）[1]该读数为，（2）[2]已知条纹间还有3条亮条纹，则相邻两亮条纹的间距为，由干涉条纹的间距公式解得，（3）由干涉条纹的间距公式可得，换波长更短的单色光重复上述实验，条纹间距将变小。3．（2024·广东·统考一模）某同学测量一半圆形透明玻璃砖的折射率，实验过程如下：①用游标卡尺测量玻璃砖的直径d，确定其底面圆心位置并标记在玻璃砖上；②将玻璃砖放在位于水平桌面并画有直角坐标系的白纸上，使其底面圆心和直径分别与O点和x轴重合，将一长直挡板紧靠玻璃砖并垂直于x轴放置，如图（b）所示；③用激光器发出激光从玻璃砖外壁始终指向O点水平射入，从y轴开始向右缓慢移动激光器，直至恰好没有激光从玻璃砖射出至挡板上的区域时，在白纸上记录激光束从玻璃砖外壁入射的位置P。④取走玻璃砖，过P点作y轴的垂线PQ，用刻度尺测量PQ的长度L。根据以上步骤，回答下列问题：（1）测得半圆形玻璃砖直径d的读数如图（a）所示，则cm；（2）步骤③中，没有激光射至挡板上区域的原因是激光束在玻璃砖直径所在界面处