高考二轮复习物理课件第一编核心专题突破专题7物理实验第三讲光学与热学实验

第三讲光学与热学实验1通览主干知识2研学核心考点目录索引

3突破热考命题1通览主干知识2研学核心考点考点一光学实验分层突破——明要点命题角度1测量玻璃的折射率1.实验目的:测定玻璃的折射率,掌握光发生折射时入射角和折射角的确定方法。2.实验原理:用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O'B,确定出O'点,画出折射光线OO',然后测量出角θ1和θ2,根据n=计算玻璃的折射率。深化拓展测量玻璃的折射率实验中数据处理的方法测量线段代替测量角度

特别提醒(1)大头针竖直插在纸上,且间距稍大一些;(2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°);(3)手不能触摸玻璃砖的光学面,更不能把玻璃砖界面当作尺子画界线;(4)实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变;(5)玻璃砖应选用宽度较大的,最好在5

cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。命题角度2用双缝干涉测量光的波长1.实验目的:了解光产生干涉的方法,观察双缝干涉图样;测定单色光的波长。2.实验原理:相邻两条亮条纹间距Δx与入射光波长λ,双缝S1、S2间距d及双缝与屏的距离l满足关系式

。深化拓展用双缝干涉测量光的波长实验中数据处理的方法(1)调节测量头,使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a1。(2)转动手轮,当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时,记下手轮上的读数a2。(3)相邻两条纹间的距离

。特别提醒(1)不要直接测单个条纹间距Δx,要测几个条纹的间距,计算得出Δx,这样可以减小误差;(2)白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外边。典例剖析例1

(命题角度1、2)(2023湖南常德模拟)(1)某同学在实验室用某种单色光做双缝干涉实验中,若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹中心到第n条暗条纹中心之间的距离为Δx,则单色光的波长λ=

;各亮条纹的宽度

(选填“相等”或“不相等”);若仅将屏向远离双缝的方向移动,可以

(选填“增加”或“减少”)从目镜中观察到的条纹个数。

等于

减少(2)该同学还做了“测定玻璃的折射率”的实验。①为了取得较好的实验效果,下列操作正确的是

。

A.选择的入射角应尽量小些B.大头针应垂直地插在纸面上C.大头针P1和P2、P3和P4之间的距离尽量小些②该同学在测量入射角和折射角时,由于没有量角器,在完成了光路图以后,他以O点为圆心,OA为半径画圆,交OO'延长线于C点,过A点和C点作垂直法线的直线分别交于B点和D点,如图甲所示,他测得lAB=6cm,lCD=4cm,则可求出玻璃的折射率n=

。

B1.5③该同学在画界面时,不小心将两界面aa'、bb'间距画得比玻璃砖的宽度稍大些,如图乙所示,则他测得的折射率

(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

偏小等;若仅将屏向远离双缝的方向移动,则l变大,条纹宽度变大,则可以减少从目镜中观察到的条纹个数。(2)①选择的入射角应尽量大一些,以减小测量误差,A错误;大头针应垂直地插在纸面上,防止产生误差,B正确;大头针P1和P2、P3和P4之间的距离适当大些,可减小确定光线时产生的误差,C错误。③实际光路图和以aa'、bb'为界面画的实验光路图如图所示,比较实际光路图的折射角与实验光路图的折射角关系可知,折射角测量值偏大,则该同学测得的折射率偏小。分层演练——拿高分练真题·明考向(命题角度2)(2022海南卷)在用双缝干涉测量光的波长的实验中,如图所示,则:(1)a、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)

A解析

(1)由双缝干涉原理可知,先用滤光片得到单色光,然后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分别为单缝和双缝,故选A。练模拟·提能力(命题角度1)(2023山东青岛模拟)某实验小组在做“测玻璃的折射率”的实验。(1)如图所示,用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,下列说法正确的是

;

A.若P1、P2的距离较大时,通过玻璃砖不会看到P1、P2的像B.为减少测量误差,P1、P2的连线与法线NN'的夹角应尽量小些C.为了减小作图误差,P3和P4的距离应适当取大些D.若P1、P2的连线与法线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C(2)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

(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。

(3)在该实验中,光线是由空气射入玻璃砖,根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图所示,从图线可知玻璃砖的折射率是

。

大1.5(4)该实验小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与入射光线P1O、折射光线OO'的延长线分别交于A、B两点,再分别过A、B两点作法线NN'的垂线,垂足分别为C、D点,如图所示,则玻璃的折射率n=

(用图中线段的字母表示);进一步测得所需数据分别为1.68cm和1.12cm,则该玻璃砖的折射率数值为

。

1.5(5)实验中,甲、乙两位同学在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置的关系分别如图中①、②所示,其中甲同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确,且均以aa'、bb'为界面画光路图。则甲同学测得的折射率与真实值相比

,乙同学测得的折射率与真实值相比

。(均选填“偏大”“偏小”或“不变”)

偏小不变解析

(1)根据光路可逆性原理可知,光线一定会从另一侧表面射出,折射光线不会在玻璃砖的内表面发生全反射,即使P1、P2的距离较大,通过玻璃砖仍然可以看到P1、P2的像,A、D错误;为减小测量误差,入射角应适当大一些,即P1、P2的连线与法线NN'的夹角应尽量大些,B错误;为了减小作图误差,将出射光线确定得更准确些,P3和P4的距离应适当取大些,C正确。(2)玻璃砖的宽度越大,光线通过玻璃砖的侧移量越大,测量误差越小,故为了减小误差应选用宽度大的玻璃砖来测量。(5)甲同学测定折射率时,作出的折射光线如图中虚线所示,实线表示实际光线,可见测量的折射角偏大,则由折射定律可知,测得的折射率将偏小;图②测折射率时,主要操作正确,测量结果与玻璃砖的形状无关,故乙同学测得的折射率与真实值相比不变。考点二热学实验分层突破——明要点命题角度1用油膜法估测分子的大小1.实验目的:学会用油膜法估测分子大小的方法。2.实验原理:将一定体积的油酸酒精溶液滴在水面上,测出单分子的油膜面积,则油膜厚度可看作油酸分子的直径,即

。深化拓展用油膜法估测分子的大小实验注意点(1)理想化:认为油酸薄膜是由单层的油酸分子紧密排列组成。(2)模型化: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。(3)厚度直径化:认为油膜的厚度等于油酸分子的直径。命题角度2探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系1.实验目的:探究玻意耳定律。2.实验原理:对理想气体要保持温度不变、质量不变,才能得到较好的实验效果,可以用图像处理数据。深化拓展探究气体压强与体积的关系实验注意点(1)为保持气体温度不变,

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。(2)在等温过程中,气体的p-V图像呈现为双曲线,要通过坐标变换,画

图像,把双曲线变为直线,以方便判断p和V成反比。密封性要好,不能漏气

典例剖析例2

(命题角度2)(2023山东济宁二模)某同学设计了如图甲所示的装置来探究“气体温度不变时压强随体积变化规律”的实验,注射器导热性能良好,用橡皮帽和活塞在注射器内封闭一定质量的理想气体。质量不计的细绳跨过滑轮,一端系到活塞上,调节滑轮的高度,使左侧细绳拉直时能保持水平,另一端可以挂钩码。实验时,在细绳的下端依次挂上质量相同的钩码1,2,3,…,稳定后通过注射器的标度读出对应空气柱的体积V,并能求出对应气体的压强p。已知注射器的最大体积为Vm,刻度全长为L,大气压为p0,每个钩码的质量为m,重力加速度为g。(1)关于本实验的操作,下列说法正确的是

。

A.为减小误差,每挂上一个钩码,应平衡后再读出体积B.挂钩码时,为了防止注射器脱落,应用手紧紧握住注射器C.实验前,应将活塞涂上润滑油,并来回拉动几次D.实验时必须测出封闭气体的温度(2)若在某次实验中细绳上所挂钩码个数为n,则平衡后对应气体的压强为

(用题目中已知量表示)。

甲

AC(3)该同学根据测得气体的体积和对应的压强,作出了

图像,如图乙所示,图线不过原点,则纵坐标b代表

。体积增大到一定值后,图线开始偏离直线,可能是由于气体温度

(选填“升高”或“降低”),也可能是由于装置气密性差导致气体质量

(选填“增大”或“减小”)。

乙

橡皮帽内气体体积

升高增大解析

(1)每挂上一个钩码平衡后,待封闭气体的体积不再发生变化,再读出体积,可以减小误差,A正确;挂钩码时,不能用手紧紧握住注射器,因为手的温度会改变封闭气体的温度,使测量结果不准确,B错误;实验前,应将活塞涂上润滑油,并来回拉动几次,可以增加密封性,也可以减小摩擦带来的误差,C正确;注射器不隔热,所以实验时封闭气体的温度与外界温度相同,气体做等温变化,不需要测量温度,D错误。(3)实验操作规范,图线不过原点,则b代表注射器橡皮帽内气体的体积。由可能是温度升高;公式中的C与气体质量有关,斜率变大,也可能是由于装置气密性差导致气体质量增大。分层演练——拿高分练真题·明考向(命题角度2)(2023山东卷)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p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV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。乙

甲

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.p与V成正比B.p与

成正比(2)若气体被压缩到V=10.0mL,由图乙可读出封闭气体压强为_________

Pa(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ΔV,则在计算pV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p的增大而

(选填“增大”或“减小”)。

B增大2.04×105(3)p增大时,pΔV增大,故记录数据时漏掉了ΔV,则在计算pV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p的增大而增大。练模拟·提能力(命题角度1)(2023湖南常德模拟)在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中:(1)下列说法正确的是

。

A.测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时,可以用注射器挤出一滴油酸滴入烧杯中,观察注射器上的体积变化B.测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时,如果不使用爽身粉,也可以在水中加入红墨水后混合均匀,再滴入一滴油酸酒精溶液C.实际的油酸分子是球形的,因此通过计算得到的油酸分子直径即是球的直径D.计算油酸分子的大小时,认为水面油酸为单分子层且认为分子间紧密排布D(2)若实验过程中发现,撒入的爽身粉过多,导致油酸分子未形成单分子层,则计算得到的油酸分子直径将

;若实验中使用的油酸酒精溶液是放置了很长时间的溶液,则计算得到的油酸分子直径将

。(均选填“偏大”“偏小”或“不变”)

(3)某次实验中将1mL的纯油酸配制成5000mL的油酸酒精溶液,用注射器测得1mL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所示,每格边长是0.5cm,根据以上信息,可估算出油酸分子的直径约为

m。(保留一位有效数字)

偏大偏小7×10-10解析

(1)测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时,至少要测量50滴到100滴油酸酒精溶液的体积,然后计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积,A错误;测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时,使用爽身粉才能看出油膜的轮廓,在水中加入红墨水后混合均匀不能看出油膜的轮廓,B错误;实验时只是把油酸分子看成球形的理想模型,实际的油酸分子不是球形的,因此通过计算得到的只是将油酸分子看成是球形时的油酸分子直径,C错误;计算油酸分子的大小时,认为水面油酸为单分子层且认为分子间紧密排布,D正确。(2)若实验过程中发现,撒入的爽身粉过多,导致油酸分子未形成单分子层,则油膜面积的测量值偏小,根据d=可知,计算得到的油酸分子直径将偏大;若实验中使用的油酸酒精溶液放置了很长时间,在溶液中的油酸浓度会偏大,实际计算时仍按原来的浓度计算,则计算得到的油酸分子直径将偏小。3突破热考命题创新实验:光学、热学创新类实验归纳分析知识精要光学实验中“测量玻璃的折射率”的原型实验是通过“插针法”获得光路图进行实验的,在创新考法中可以改变获得光路图的方法进行实验;“用双缝干涉测量光的波长”的实验是用双缝获得相干光源来进行实验的,在创新考法中可以用反射法获得相干光源进行实验。热学实验中“用油膜法估测分子的大小”这个实验很难有创新的考法;探究“等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”的原型实验是注射器与压强传感器组合进行,考查玻意耳定律,本实验既可以从实验器材上进行创新,也可以从实验原理上进行迁移探究“等容情况下一定质量气体压强与温度的关系”。考向分析目前高考中还是传统的“一力一电”两个实验,光学和热学实验还没有出现,但不排除以后高考中考查光学和热学实验,我们在复习中仍要重视光学和热学实验。案例探究例题“研究一定质量气体在体积不变的条件下,压强变化与温度变化的关系”的实验装置示意图如图所示。粗细均匀的弯曲玻璃管A臂插入烧瓶中,B臂与玻璃管C下部用橡胶管连接,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内的水银面等高。(1)此实验中研究对象是

(只填序号:①烧瓶中气体;②烧瓶和AB管中的气体;③BC下面橡胶管中的气体)。若气体温度升高,为使瓶内气体的体积不变,应将C管

(选填“向上”或“向下”)移动,直至B内的水银面回到原位置。

②

向上(2)实验中使瓶内气体的体积不变,多次改变气体温度,用Δt表示气体升高的摄氏温度,用p表示烧瓶内气体压强。根据测量数据作出的图线是

。

C(3)同学还想用此实验装置验证玻意耳定律,在保证温度不变的情况下,寻找体积和压强满足的关系,现在不知道大气压强的具体数值,但大气压强可视为不变。也无法直接测出气体的体积和B管的内径,但该同学通过分析还是可以验证玻意耳定律。保证温度不变的方法是

。(只填序号:①保持实验环境温度不变;②移动C管要迅速;③测量数据要快)

①解析

(1)由题图可知C管开口向上,所以BC下面软管中的气体的压强等于大气压强与C管竖直部分液柱的压强之和,所以实验中是研究烧瓶和AB管中的气体在体积不变的条件下,压强变化与温度变化的关系;若气体温度升高,瓶内气体的体积不变,则气体压强增大,所以应将C管向上移动,直至B内的水银面回到原位置。(2)瓶中气体的体积不变,设