2024年新高考物理热点题型：热学和光学实验（学生版）

爆学和光学实验

国晶

【知识网络构建】

【题型归纳】

热点题型一用油膜法估测油酸分子的大小

热点题型二探究等温情况下一定质量的气体压强与体积的关系

热点题型三测量玻璃的折射率

热点题型四用双缝干涉实验测量光的波长

【知识网络构建】

,,T用油膜法估测油酸分子的大小一］

—［热学实验］—

------T探究等温情况下一定质量气体压强与体积的祠

热学、光学实验上

［光学实验一H测量玻璃的折射率

■用双缝干涉实验测量光的波长1

【题型归纳】

热点题型一用油膜法估测油酸分子的大小

1.对，”的测量

（1）配制一定浓度的油酸酒精溶液,设其浓度为no

（2）用注射器吸取一段油酸酒精溶液，读出它的体积为%。

（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V;哈。

2.对“S”的测量

（1）数出轮廓范围内正方形的个数叫，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S。计算出油膜的面积S=%S。。

Hi在“用油膜法估测分子大小”的实验中，所用的油酸酒精溶液的浓度为每

1000mL溶液中有纯油酸0.5mL,用注射器测得1mL上述溶液有80滴，把1滴该溶液滴入盛水的

撒有琲子粉的浅盘中，待水面稳定后,得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中正方形格的边

长为1cm,则可求得：

（1）油酸薄膜的面积是cm2o

（2）油酸分子的直径是山（结果保留2位有效数字）。

（3）某同学实验中最终得到的计算结果数据偏大，可能是由于。

A.油膜中含有大量未溶解的酒精

B.计算油膜面积时,错将全部不完整的方格作为完整方格处理

C.计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格

D.水面上瘴子粉撒得较多，油膜没有充分展开

（4）利用单分子油膜法可以粗测分子大小和阿伏加德罗常数。如果已知体积为V的一滴油酸在水面

上散开形成的单分子油膜的面积为S,这种油的密度为p,摩尔质量为河，则阿伏加德罗常数的表达

式为（分子看成球体）。

（5）本实验体现的物理思想方法为o

A.控制变量法B.理想化模型法C.极限思想法D.整体法与隔离法

热点题型二探究等温情况下一定质量的气体压强与体积的关系

实验装置图

柱塞

空气柱

橡胶套

图2

（1）用注射器封闭一段空气,把橡胶套塞住，保证气体的质量不变。

（2）读出空气柱的长度力和空气柱的压强p。

（3）缓慢向下压或向上拉柱塞,分别读取空气柱的长度和气体压强的大小，记录数据。

（4）根据数据得出p—V图像或「一♦图像，得出p、V的关系。

01（2023•上海同济大学第一附属中学高三校考）如图为“研究一定质量的气体在温度不变的情况下,

压强与体积的关系”实验装置:

（1）图3中直接与注射器相连的方框所代表的实验器材是-为了保持封闭气体的温度不变,

实验中采取的主要措施是和。

（2）由注射器的满刻度处开始推动活塞，记录刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压强值

P，用V--1图像处理实验数据，得出图4所示的图线，如果实验操作规范正确，那么匕代表

P

（3）某同学实验时缓慢推动活塞，并记录下每次测量的压强p与注射器刻度值在实验中出现压

强传感器软管脱落，他重新接上后继续实验，其余操作无误。若该同学用软管脱落前测得的实验数

据在图5中画出了V-工图线，则在图5中大致画出可能的、符合软管脱落后测得的实验数据的那

P

部分V—2图线。

P

热点题型三测量玻璃的折射率

1.一个重要实验步骤

在玻璃豉的另一侧插上8,使A挡住H、£的像,再插上司，使得挡住R和A、£的像。

2.三个数据处理的方法

⑴计算法：由n=型等,算出不同入射角时的介值,并取平均值。

sm%

（2）图像法:作sin0-sina图像，由n=双等可知其斜率为折射率。

sm%

（3）单位圆法：以入射点O为圆心，作半径为A的圆，如图所示，则sina=粤,sin02=与祟，OE

Oh/OE/

sin611_EH

=OE，=R，所以用刻度尺量出EH、E'H'的长度就可以求出n

sin/EH

3.两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E和2之间、屈和R之间、B和。、2与O之间距离

要稍大一些。

（2）入射角劣不宜太大（接近90°），也不宜太小（接近0°）,当办太大时,反射光较强，折射光较弱,当办

太小时，入射角、折射角测量的相对误差较大。

til如图甲所示，某同学在“测量玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃

砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa，和仍、O为直线49与aa，的交点。在直线

OA上竖直地插上E、£两枚大头针。

（1）该同学接下来要完成的必要步骤有.

A.插上大头针月，使2仅挡住鸟的像B.插上大头针鸟,使2挡住打的像和2的像

C.插上大头针使马仅挡住回D.插上大头针马，使马挡住g和的像

（2）过屈、马作直线交bb,于。，过。作垂直于bb'的直线NN'，连接OOL测量图甲中角a和£的大

小。则玻璃砖的折射率n=o

（3）该同学在测量入射角和折射角时，由于没有量角器,在完成了光路图之后，过。作垂直于aa，的直

线MM',以。点为圆心，04为半径画圆，交OO,的延长线于。点，过人点和。点作垂直MM'的线

段分别交于口点和。点，如图甲所示。测量有关线段的长度，可得玻璃的折射率n=（用图

中线段字母表示）。

（4）如图乙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa，和仍，的间距画得过宽。若其他操作均正确，则折

射率的测量值准确值（填“大于”“小于”或“等于”）。

热点题型四用双缝干涉实验测量光的波长

实验装置图及实验原理

⑴如图所示

滤

单

光

光

源

片

^缝

S

<I._I

=—

onA

⑵原理：Ac=g，因此，只要测出Ac、d、/即可测出波长几

⑶Ar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©；转动

手轮，当分划板中心刻线与第4条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的读数a?；则相邻两条亮条

纹间的距离Ac=直一乎。

吼工（2023•北京丰台一模）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数

据分析等。例如：

（1）“用双缝干涉测量光的波长”实验装置如图所示，光具座上a、b、c处放置的光学元件依次为

光源透镜abc遮光筒屏

A.滤光片双缝单缝B.滤光片单缝双缝

C.单缝滤光片双缝D.双缝滤光片单缝

（2）某同学用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻度线对准亮条纹人的中心，记录

手轮上的示数然后他转动测量头，使分划板中心刻度线对准亮条纹B的中心，这时手轮上的示数

是电，若测得双缝与屏之间的距离为2,双缝间距为d,则对应光波的波长久=。

【变式演练】

［题目［1］（2023•山东卷,13）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,托盘中放入祛码,待气体状态稳定后,记录气体压强p和体积V（等于注射

器示数坏与塑料管容积△厂之和）。逐次增加祛码质量,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O

4P与V成正比B.p与。r成正比

（2）若气体被压缩到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AV,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”）。

[题目|2]（2023•海南卷，14）如图所示,在用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与光屏P平行放置,从

另一侧用激光笔以一定角度照射，此时在光屏上的S处有激光点,移走玻璃砖，光点移到无处。

S?S1

（1）请在图中画出激光束经玻璃砖折射后完整的光路图；

（2）已经测出AB=Zi,OA=。，S[Sz=附则折射率n=（用小小石表示）；

（3）若改用宽度比而更小的玻璃砖做实验，则&S2间的距离会（选填“变大”“变小"或''不

变”）□

pn（l）在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,实验简要步骤如下:

A.用公式4=卷，求出薄膜厚度，即油酸分子的大小

B.用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内增加一定体积时

的滴数

C.根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V

D.用浅盘装入约2cm深的水，然后将琲子粉或石膏粉均匀地撒在水面

E.将油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形

状描画在玻璃板上

F.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓内的方格数（不足半个的舍去，多于半个的算一

个）再根据方格的边长求出油膜的面积S

上述实验步骤的合理顺序是o

（2）以上实验所用的油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸0.6mL,用注射器测得1mL

上述溶液有80滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，让油膜在水面上尽可能散开，得到油酸薄膜的轮

廓形状和尺寸如图所示，图中正方形格的边长为1cm,则可求得：

①油酸薄膜的面积是cm2；

②一滴溶液中纯油酸的体积是mL-,

③油酸分子的直径是巾（③的结果保留1位有效数字）；

（3）在实验操作及数据处理过程中，以下说法中正确的是0

A.为了防止酒精的挥发，配置的油酸酒精溶液不能长时间放置

B.处理数据时将油酸分子看成单分子层且紧密排列

C.处理数据时将一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积就得到了油酸分子的直径

D.若实验中撒的痒子粉过多，则计算得到的油酸分子的直径将偏大

[题目|4]⑴如图所示，用一个带有刻度的注射器及计算机辅助系统来探究气体压强与体积的关系，实验

中所研究的对象是，应保持不变的物理量是和，它的体积可从直接读

出，它的压强由图中的压强传感器等计算机辅助系统得到。

（2）某同学在做“气体的压强与体积的关系”实验中，测得的实验数据在计算机屏幕上显示如下表所

7

示，仔细观察“pV”一栏中的数值，发现越来越小,造成这一现象的可能原因是

序号V/mLp/(x105Pa)p-V/(x105Pa-mL)

120.01.001020.020

218.01.095219.714

316.01.231319.701

414.01.403019.642

512.01.635119.621

A.实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力越来越大

B.实验时环境温度升高了

C.实验时外界大气压强发生了变化

D.实验时注射器内的气体向外发生了泄漏

（3）某同学在一次实验中，计算机屏幕显示如图所示，其纵坐标表示封闭气体的压强,则横坐标表示的

物理量是封闭气体的。

O

A.热力学温度TB.摄氏温度1C.体积VD.体积的倒数6

每耳回（2023•云南昆明一模）某同学用插针法测量某种材料制成的三棱镜的折射率，主要实验步骤如

下：

（1）先在木板上铺一张方格纸，方格纸上的小格子均为正方形,将棱镜放在方格纸上，然后画出棱镜的

界面，如图所示。在棱镜的一侧插上两枚大头针H和乌，用表示大头针的位置，然后在另一侧透

过棱镜观察，并依次插上大头针刃和马,利用相关实验器材测出棱镜的折射率，下列说法正确的有

A.R只需挡住g的像B.R挡住g的同时，还要挡住R和g的像

C.该实验除刻度尺外，还必须使用量角器D.该实验仅需使用刻度尺，无需使用量角器

（2）经正确操作，四枚大头针的位置如图3所示,请在图上作出实验光路图。

（3）依据光路图,可得该棱镜的折射率为（计算结果保留3位有效数字）。

题日回（2023•浙江模拟预测）如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。

滤

单

光

光

缝双

片

源缝遮光筒屏

（1）实验时,应首先调节和的中心均位于遮光筒的轴线上，并使单缝和双缝竖直且互

相平行。

（2）在滤光片插座上分别插入红色和绿色滤光片,看到的红色条纹间距（选填“等于”“大于”或

“小于"）绿色条纹间距。

（3）若要增大双缝干涉条纹间距，下列正确的操作有o

A.减小双缝与光源间的距离B.增大双缝与光源间的距离

C.增大滤光片与单缝间的距离D.增大双缝与屏间的距离

:题目1（2023•北京四中高三模拟预测）利用双缝干涉测量光的波长实验中，双缝相距d,双缝到光屏的

距离L,用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图7所示,分划板在图中A、8位置时游标卡尺读数如

图所示，则:

1212

|!!!।|।)।।|।।।।|!CHI

|Il'l"「I‘I“■।丁।门•「「

010010

A位置读数B位置读数

（1）分划板在图中B位置时游标卡尺读数分别为xA=mm,xB=zmn,相邻两条纹

间距Are=rnrrto

⑵波长的表达式4=（用△/、L、d表示）。

⑶若将滤光片由红色换为绿色，得到的干涉条纹间距将（选填“变大”“不变”或“变小”

（4）若仅将屏向远离双缝的方向移动。可以（填“增加”或“减少”）从目镜中观察到的条纹个

数。

题目回（2023上•天津武清•高三校考阶段练习）用ZVS研究一定质量气体在温度不变时,压强与体积关

系的实验装置如图甲所示,实验步骤如下:①把注射器活塞移至注射器中间位置,将注射器与压强传

感器、数据采集器、计算机逐一连接;②移动活塞,记录注射器的刻度值同时记录对应的由计算机

显示的气体压强值尸;③用P-♦图像处理实验数据，得出如图乙所示图线。

（1）在做实验操作过程中,要采取以下做法:是为了保证实验的恒温条件,是为了保证

气体的质量不变。（填入相应的字母代号）

A.用橡皮帽堵住注射器的小孔B.移动活塞要缓慢

C.实验时,不要用手握住注射器D.在注射器活塞上涂润滑油

（2）该同学的两次实验操作完全正确,根据实验数据在p-1图像上作出了两条不同的直线,如图乙

中的图线1、2所示,出现这种情况的可能原因是o

［题目|9］（2023下•辽宁大连•高二大连市第十二中学校联考期中）某实验小组使用图甲的装置测量某紫

色激光的波长。用光具座固定激光笔和刻有双缝的黑色纸板,双缝间的宽度d=0.2mm,激光经过双

缝后投射到光展中的条纹如图乙所示，由刻度尺读出两亮纹间的距离c=mm,通过激

光测距仪测量出双缝到投影屏间的距离乙=2.0巾,则该激光波长4=如果用红色激光重

光具座双缝

甲

H--------------------------------------------------------------------------H

AB

a（=）cpCDOO000OOCDO（=）o

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

012345678910单位:cm

乙

题目（2023下•辽宁沈阳•高三沈阳二中校考阶段练习）做测量玻璃折射率实验时，同学们被分成若

干实验小组，以下是其中两个实验小组的实验情况：

（1）甲组同学在实验时，用他们测得的多组入射角i与折射角r作出sim-sinr图像如图甲所示，则下

列判定正确的是

A.光线是从空气射入玻璃的B.光线是从玻璃射入空气的

C.该玻璃的折射率约为0.67D.该玻璃的折射率约为1.5

（2）乙组同学先画出图乙所示的坐标系，再在沙V0区域放入某介质（以c轴为界面），并通过实验分别

标记了折射光线、入射光线、反射光线通过的一个点，它们的坐标分别为48cm,3cm）、口（1cm,

—4cm）、C（7cm,—4cm），贝：

①入射点O,（图中未标出）的坐标为；

②通过图中数据可以求得该介质的折射率n=0

叵（2023上•陕西榆林•高三校联考阶段练习）两名同学“用O/S研究温度不变时气体的压强跟体

积的关系”,实验示意图如图甲所示,缓慢推动活塞，在使注射器内空气体积逐渐减小的过程中，多次

从注射器的刻度上读出体积值并输入计算机，同时由压强传感器将对应体积的压强值通过数据采集

器传送给计算机。实验完成后，两名同学在计算机屏幕上显示出如图乙所示的①②两条p-V图线。

⑴两组图线经检验均符合反比例关系，由图判断导致①②两组数据差异的原因可能是，

序号）

A.两组实验环境温度不同B.两组封闭气体的质量不同

C.某组器材的气密性不佳D.某组实验中活塞移动太快

（2）在实验操作过程中，要采取以下做法是为了保证实验的恒温条件。（填序号）

A.用橡皮帽堵住注射器的小孔B.移动活塞要缓慢

C.实验时，不要用手握注射器D.在注射器活塞一周涂润滑油

（3）为验证气体的压强p与体积V成反比例关系，还可将图线转化为V（选填或"专”）图

线而得到如图丙所示的一条直线；图线不过坐标原点，则截距中的b代表的是