光学和热学实验-高考物理一轮复习测试卷（新高考）

专题突破卷20光学和热学实验专题

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考点考向题型分布

光学和热学实12实验

实验1:测量玻璃的折射率

验专题

实验2:杨氏双缝干涉实验测波长

实验3：油膜法估测分子的直径

实验4：气体实验定律

考点突破

考点。1;光学和热学实验专题（12实验）

1.（2024•广东深圳•模拟预测）某实验小组用插针法确定光路位置做有关光的折射和光的反射实验。

（1）用插针法测玻璃砖的折射率

①以下是如图甲的实验操作，其中不合理或不必要的操作步骤是（填序号）：

a.把半圆玻璃砖放在白纸上

b.在白纸上紧贴玻璃砖确定玻璃砖的轮廓

在半圆玻璃砖平面的一侧插入大头针、

c.RP2

d.为使测量准确，尽量增大耳、P2连线与玻璃砖所成的夹角

e.眼睛在圆弧面一侧透过玻璃砖看大头针，使P2挡住耳

f.左右调整眼睛的观察位置

g.在圆弧面一侧插入大头针P3,使它恰好挡住Pl、p2

h.在圆弧面一侧插入大头针P4,使它恰好挡住耳、P2,P3

i.移去玻璃砖，在白纸上描出光线径迹

j.测量相关角度或长度，计算玻璃砖的折射率

②如图乙所示，某同学在白纸上划线时，由于笔尖与玻璃砖边缘有间距，使得在纸上画出的界面（虚线）

与玻璃砖边缘的实际位置有偏差，其他的实验操作均正确，由此测得玻璃砖的折射率与真实值相比O

（选填"偏大""偏小""相同"或"无法确定"）

（2）用插针法验证光的反射定律

一矩形玻璃砖a6cd的ab面镀有反射膜，光线从图中下方射向玻璃砖时，将从面反射回来，面相当于

一块平面镜，现用它验证光的反射定律。下面是某同学制订的实验步骤：

a.把玻璃砖放在白纸上

b.在白纸上紧贴玻璃砖仍面确定平面镜位置

c.在平面镜前方插入大头针R、P2

d.眼睛通过平面镜看大头针，移动眼睛位置使P2挡住R

e.在眼睛前插入大头针P3,使它恰好挡平面镜中的耳、P2

f.在眼睛前插入大头针此，使它恰好挡住P,和平面镜中的P1、P2

g.移去玻璃砖，在白纸上描出入射光线和反射光线的径迹

h.作法线，测量反射角和入射角，比较其大小，形成验证结论

以上步骤是否存在不必要的操作？0如果有，哪个步骤不必要？o（若认为没有则后一空

不必填写。）

【答案】⑴df偏小

⑵存在f

【详解】（1）（1）田入射角适当大一些，并非越大越好，故选出不需要移动眼睛的位置，故选了

⑵如图所示

作出的折射光线相比实际折射光线沿逆时针转动了一个角度，所以折射角的测量值大于真实值，而由于玻

璃砖上表面与虚线平行，所以入射角的测量值等于真实值，因此玻璃砖折射率的测量值比真实值偏小。

（2）（2）⑴⑵由于P3恰好挡平面镜中的R、P2,所以已经可以确定反射光的光路，无需使用P4,故选人

2.（2024•甘肃平凉•三模）某同学用如图甲所示的双缝干涉实验装置测量光的波长。

⑴关于用双缝干涉实验装置测量光的波长，下列说法正确的是一（填正确答案标号）

A.调节时应尽量使单缝与双缝在一条直线上且相互垂直

B.将光源由黄光换成蓝光，干涉条纹间距变小

C.将单缝远离双缝一小段距离后，干涉条纹间距变大

D.减小双缝之间的距离，干涉条纹间距变大

⑵已知该装置中双缝间距，=0.50mm,双缝到光屏的距离/=0.50m,在光屏上得到的干涉图样如图乙所示,

分划板在图中4位置时游标卡尺的读数x,=111.15mm,在8位置时游标卡尺的读数如图丙所示，则相邻

亮条纹的间距mm。（结果保留两位有效数字）

⑶由以上所测数据，可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为m0（结果保留两位有效数字）

【答案］⑴BD

（2）0.60

⑶6.0x10-7

【详解】（1）A.调节时应尽量使单缝与双缝在一条直线上且相互平行，故A错误；

BCD.根据

Ax=—2

d

将光源由黄光换成蓝光，则波长变小，干涉条纹间距变小；将单缝远离双缝一小段距离后，干涉条纹间距

不变；减小双缝之间的距离，干涉条纹间距变大；故BD正确，C错误。

故选BDo

（2）20分度游标卡尺的精确值为0.05mm,由图丙可知8位置时游标卡尺的读数为

115mm+7x0.05mm=115.35mm

则相邻亮条纹的间距为

.J5.35-11115mm=060mm

7

（3）根据

Ax=一2

d

可得

d^x0.50xl0-3x3m=60x1。7m

4=

0.50

3.（2024•云南大理•模拟预测）同学们用"插针法"测玻璃的折射率，如图甲所示。

a

bb'

乙

A.实验中，可以将玻璃砖界面当尺子画界线

B.为了减小作图误差，大头针月、鸟和巴、勺之间的距离应适当大些

C.测梯形玻璃砖、三角形玻璃砖和半圆形玻璃砖的折射率均可用"插针法"

D.若光线的入射角4较大，有可能在从,面发生全反射，所以在仍'一侧就看不到不、鸟的像

（2）一位同学为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，画出的附'比实际向外侧平移了一些（如图乙所示），其

他操作均正确无误，并仍以加'和附'为折射面画出了光路图，这样测出的折射率将（填"偏大"、"偏小"

或"不变”）。

（3）一位同学手头有圆规和刻度尺但没有量角器，在完成了光路图以后，以。点为圆心，为半径画圆,

交。。‘延长线于C点，过/点和C点作垂直法线的直线，与法线的交点分别为8点和。点，如图丙所示。

用刻度尺测得的长度为X/,8的长度为犯，则玻璃砖的折射率"（用测量的字母表示）。

【答案】BC偏小—

%

【详解】（1）[1]A.实验中，不能将玻璃砖界面当尺子画界线，故A错误；

B.大头针耳和？及鸟和舄之间的距离适当大些时，引起的角度误差会减小，故B正确；

C.只要操作正确，任何形状的玻璃砖均可用"插针法"测量折射率，故C正确；

D.由几何知识可知，光线在上表面的折射角等于在下表面的入射角，根据光路可逆原理可知，光线一定会

从下表面射出，折射光线不会在玻璃砖的下表面发生全反射，故D错误。

（2）⑵如图所示

作图得到的光路图和实际光路图相比，入射角没有变化，折射角的测量值偏大，由〃=受知折射率偏小。

（3）[3]由几何关系可知

..ABxCDx

sini=----=—x,sinr=----=—?

OAROCR

则玻璃砖的折射率为

sinz2

n=------=—L

sinrX,

4.（2024•山东枣庄•三模）如图甲所示，图中阴影部分/3C为透明材料制成的柱形光学元件的横截面，AC

为半径为R的;圆弧，某实验小组为测量该光学元件的折射率，先通过作图确定了圆弧圆心。的位置。请

回答下面问题：

甲乙

（1）实验小组先在。处插一枚大头针耳，然后在线段OB和OC之间某一位置插大头针P?,在3C边右侧任意

位置观察，发现P?都无法挡住耳，原因是,若要在2C边右侧观察到P?挡住耳，应将P?向边方向

移动（选填"08"或"OC"）；

（2）该小组经过讨论，重新设计了实验方案，进行了如下操作：

①在。处插大头针耳，在2c边右侧合适位置插大头针巳，调整观察角度，再插上大头针P,,使P3把耳和

P?都挡住；

②画出元件边界，作出图乙所示光路图，以P?、P3连线与2c边交点。'为圆心作圆，分别过圆与直线O。'

和P』3的交点作8c边的垂线，垂足分别为M、N2.

③用刻度尺测出线段。'乂和O'N2的长度分别为4、d2,则该元件的折射率n=；

⑶若测得该元件的折射率〃=2,在。处固定一点光源，只考虑首次从圆弧NC直接射向/夙8c的光线，从

点光源射向圆弧/C的光中，有一部分不能从/夙3c面直接射出，则这部分光照射到圆弧/C上的弧长

为o

【答案】⑴光线发生了全反射OC

d,

【详解】（1）⑺⑵发现Pz都无法挡住耳，原因是光线发生了全反射，应减小入射角，即将P?向oc边方向

移动。

（2）根据折射定律可知

O'N,

_$皿90。-/-0私）___立

$也（90。-/40'乂）—O'N、-彳

R

（3）测得该元件的折射率

〃=2

C=30°

如图所示

A\EB

若沿OE方向射到面上的光线刚好发生全反射，则乙4〃尸=30。，同理，若沿OG方向射入的光线恰好在

8c面上发生全反射，可得NCDG=30。，因此NFD〃=30。，据几何关系可得

FH=Lx27rR=L7rR

126

5.（2024•山东•模拟预测）用双缝干涉测量光的波长的实验装置如图甲所示，仪器有：光具座、光源、单缝、

双缝、滤光片、遮光筒、毛玻璃屏、测量头（图中未画出）等。

（1）如图甲所示安装好仪器，先调整光源的位置，使光源发出的光沿方向进入遮光筒并照亮光屏；再放

置单缝和双缝，使缝相互（选填"平行"或"垂直"），再安置好滤光片，通过测量头观察屏上的单色光的

双缝干涉图样。

（2）图甲中滤光片的位置是。（选填"①"、"②"或"③"）

⑶将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该条纹记为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图乙

所示。然后同方向转动测量头手轮，使分划板中心刻线与第9条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如丙图

所示，该示数为mm。

（4）已知双缝间距为zLOOxlO-m,测得双缝到屏的距离为1.00m,则测得该光的波长为nm（结果保留

三位有效数字）。

【答案】⑴轴线平行

⑵①

(3)15.770

(4)620

【详解】(1)小⑵要想形成稳定的干涉图样需要光沿遮光筒的轴线进入遮光筒，单缝、双缝需要相互平行。

(2)滤光片应置于光源和单缝之间，故应置于①位置。

(3)丙图中螺旋测微器读数为

x2=15.5mm+27.0x0.01mm=15.770mm

(4)乙图中螺旋测微器读数为

x,=3.370mm,Ax=­—―=1.550mm

8

由Ax=1-可知

a

zA=x-d-

L

解得

2=620nm

6.(2024•广东•三模)在"用双缝干涉测量光的波长"实验中(装置如图所示):

光源滤光片单缝双缝遮光筒屏

⑴下列说法正确的是O

A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心前，应放上单缝和双缝

B.用测量头测量时，应使分划板中心刻线与亮条纹的中心对齐

C.屏上的干涉条纹与双缝垂直

(2)如果用激光器做光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件是。

⑶用测量头测量相邻两个亮条纹中心间的距离，转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹

中心，如图1所示，记下手轮的读数。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮条纹中心，如图2

所示，记下手轮的读数。则相邻两个亮条纹的间距是mm。(结果保留三位有效数字)

⑷在(3)的前提下，如果已经测得双缝的间距是0.300mm,双缝和屏之间的距离是900mm,则待测光的

波长是m。(结果保留三位有效数字)

【答案】⑴B

⑵滤光片和单缝

(3)1.61

⑷5.37x10-7

【详解】(1)A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心前，不需要放上单缝和双缝，故A错误

B.用测量头测量时，分划板中心刻线与亮条纹的中心如果不对齐，测量结果不准确，故B正确;

C.屏上的干涉条纹与双缝平行，故C错误。

故选B；

(2)激光器做光源，由于激光的单色性和相干性好，可以去掉滤光片和单缝;

(3)第1条亮条纹中心对应手轮的读数约为0.045mm,第10条亮条纹中心对应手轮的读数约为

14.5mm+3,5x0.01mm=14.535mm,则相邻亮条纹的间距

AxJ4535-。.045mm=

10-1

(4)由

Ax=-2

d

可得

2=-Ax=^^xl.61x0.001m=5.37xl0-7m

L900

7.(2024•黑龙江吉林•模拟预测)小明同学在估测油酸分子大小的实验中，具体操作如下:

①取油酸1.0mL注入1000mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到1000mL的刻度为止。摇动

容量瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸和酒精混合溶液；

②用滴管吸取混合溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒内体积达到1.0mL为止，恰好共滴了100

滴；

③在浅水盘内注入约2cm深的水，将细琲子粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取混合溶液，轻轻地向水面

滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，可以清楚地看出油膜轮廓；

④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油膜的形状；

⑤将画有油膜形状的玻璃板放在每小格边长为2.0cm的方格纸上。

⑴利用上述具体操作中的有关数据可知，油膜的面积是cm2,估测出油酸分子的直径是m

（此空保留一位有效数字）。

⑵小明同学通过实验得到的油酸分子的直径和大多数同学相比，测量结果偏大。对于出现这种结果的原因,

可能是由于（）

A.在求每滴溶液体积时，1mL溶液的滴数少记了2滴

B.计算油酸面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理

C.水面上琲子粉撒的较多，油酸膜没有充分展开

D.油膜中含有大量未溶解的酒精

【答案】⑴4322x10-1°

（2）AC

【详解】（1）⑴由图中油膜轮廓可知，油膜大约有108个小方格，则油酸膜的面积为

S=108x2.0x2.0cm2=432cm2

⑵一滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为

r=X—xl0-6m3=lxl0_|1m3

1000100

所以油酸分子直径为

1X1L2X1。"

S432x10-4

（2）A.在求每滴溶液体积时，1mL溶液的滴数少记了2滴，使得一滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积计算

值偏大，根据

d=Ys

可知，直径测量值偏大，故A正确;

B.计算油酸面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理，使得油膜面积计算值偏大，则直径测量

值偏小，故B错误；

C.水面上排子粉撒的较多，油酸膜没有充分展开，使得油膜面积计算值偏小，直径测量值偏大，故C正确；

D.油膜中含有大量未溶解的酒精，使得油膜面积计算值偏大，直径测量值偏小，故D错误。

故选AC。

8.（2024•北京东城•一模）做"用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。

（1）下列实验步骤的正确顺序是（填写实验步骤前的序号）。

a.往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的琲子粉均匀地撒在水面上

b.用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定

c.将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积，根据油酸的体积和油酸膜的面积计

算出油酸分子直径的大小

d.用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由

此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体积

e.将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上

（2）实验中，所用油酸酒精溶液每匕体积溶液中有纯油酸体积匕，用注射器和量筒测得％体积的上述溶液有

〃滴，把一滴该溶液滴入盛水的撒有排子粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图

所示，图中每个小正方形格的边长为°,则油酸薄膜的面积S=；可求得油酸分子的直径为

（用匕、匕、匕、"、S表示）。

⑶某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大，可能是因为

A.油膜中含有大量未溶解的酒精

B.计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格

C.水面上琲子粉撒得太多，油膜没有充分展开

D.用注射器和量筒测（体积溶液滴数时多记录了几滴

【答案】（l）dabec

⑵7"

（3）BC

【详解】（1）实验过程应先用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增

加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体

积，后往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的舜子粉均匀地撒在水面上，

再用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定，随后将玻璃板放在浅盘上，然

后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上，最后将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸

膜的面积。根据油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小。即实验步骤的正确顺序是dabeco

（2）⑺根据数格子的办法，多于半格算一格，少于半格舍去，油膜的总格数为71格，则油膜总面积为

5=71a2

⑵由于所用油酸酒精溶液每匕体积溶液中有纯油酸体积匕，则溶液的浓度为

/

匕

用注射器和量筒测得体积为％的上述溶液有n滴，则一滴溶液中纯油酸的体积为

昨五x

n

油酸分子直径为

d上

S

联立解得

（3）根据

S

A.油膜中含有大量未溶解的酒精，导致油膜面积测量值偏大，则油酸分子直径测量值偏小，故A错误；

B.计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，导致油膜面积测量值偏小，则油酸分子直径测量值偏大，

故B正确；

C.水面上排子粉撒得太多，油膜没有充分展开，导致油膜面积测量值偏小，则油酸分子直径测量值偏大,

故C正确；

D.用注射器和量筒测（体积溶液滴数时多记录了几滴，导致油酸体积测量值偏小，则油酸分子直径测量值

偏小，故D错误。

故选BCo

9.（2024•山西晋中•三模）油酸可以在水面扩展成单分子油膜。实验小组利用这一原理测定油酸的分子直径

（将油酸分子视为球状模型）。

（1）实验步骤：

①向体积为匕的纯油酸中加入酒精，直到油酸酒精溶液总量为匕；

②用注射器吸取油酸酒精溶液，一滴一滴地滴入小量筒，当滴入"滴时体积为%;

③往方口浅盘里倒入适当深度的水；

④往水面上均匀撒上薄薄的一层爽身粉，然后用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，等油酸薄膜形状稳

定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描出油酸薄膜的轮廓；

⑤将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板，放在画有边长为。的正方形小方格的坐标纸上；

⑥数出轮廓范围内小方格的总数为N。

（2）实验误差分析：

油膜未充分散开时描下轮廓，则所测分子直径_______（填"偏大"或"偏小"）；

测量油酸溶液体积时，量筒读数造成的误差属于（填"偶然误差"或"系统误差"）。

（3）原理：由上述实验步骤测得的数据（匕、匕、"、%、a、N）可得油酸分子直径的表达式为"=o

（4）估算：实验室的方形浅盘规格为40cmx40cm,用注射器滴出的一滴油酸酒精溶液的体积约为0.02mL,

油酸分子的直径按6xlOT°m估算，为使实验尽可能精确，配制的油酸酒精溶液浓度J应选（填选

项序号）。

11

A.---B.---

200500

【答案】偏大偶然误差自彳B

NnV2a

【详解】（2）卬油膜未充分散开时描下轮廓，导致面积的测量值偏小，所以直径测量值偏大。

⑵读数误差为偶然误差。

（3）[3]根据

又

可得

NnV.a1

（4）⑷由题给数据计算轮廓面积，若选B,则

0.02X10-6X—

S=--------------=667cm2

6xl()T°

若选A,则

5=1667cm2

因方形浅盘的面积为1600cm2,所以选B。

10.（2024•江西•模拟预测）物理小组的同学们利用图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。

3压力表

4

-

3-

-

-

2-

-

-

1-

-

--

o-

-

H2R

甲

⑴关于该实验下列说法正确的是。

A.柱塞上应该涂润滑油

B.应快速推拉柱塞

C.用手握注射器推拉柱塞

（2）测得多组空气柱的压强0和体积%的数据后，为直观反映压强与体积之间的关系，以〃为纵坐标，以：

为横坐标在坐标系中描点作图。小明所在的小组压缩气体时漏气，则用上述方法作出的图线应为图乙中的一

（选填"①"或"②"）。

⑶为了探究一定质量气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律，他们进行了两次实验，得到的

忆图像如图丙所示，由图可知两次实验气体的温度大小关系为工T2（选填="或

【答案】⑴A

(2)②

⑶〉

【详解】(1)A.为保持密封性，应涂润滑油，A项正确；

BC.为防止气体温度变化，应缓慢推拉柱塞；不能手握注射器，BC项错误。

故选A。

(2)根据P展CT可得

p=CT—

V

因压缩时漏气，可知质量减小，图像的斜率减小，则得到的图像是②；

(3)在图像中，根据

叱£

T

即

pV=CT

离坐标原点越远的等温线温度越高，故E>T”

11.(2024•浙江•三模)使用如图工装置做"探究气体压强与体积的关系”的实验，己知压力表通过细管与注射

器内的空气柱相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。

⑴为了探究压强〃与体积『的关系，在测得需要的实验数据后,为达到"探究"的实验目的，用图像法进行

数据分析，从下列选项中选出需要的步骤并按顺序排列

A.作。-忆图像，根据画出的图线猜测/与%的关系

B.作图像，根据画出的图线猜测。与忆的关系

C.作图像，对/与忆关系的猜测进行检验

D.作p-g图像，对p与忆关系的猜测进行检验

E.检验正确，得出p与厂关系的结论

(2)第1小组为了探究一定质量的气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律，进行了两次实验,

得到的""图像如图2所示。第2小组根据某次实验数据作出的展/如图3所示。下列说法正确的是

A.实验前应将注射器里的空气完全排出

B.为了减少实验误差，可以在柱塞上涂上润滑油，以减少摩擦

C.由图2可知，第1小组的两次实验气体温度大小关系为工＞4

D.如图3所示，若第2小组实验操作正确，则必为联通空气柱与压力表细管的体积

⑶如图4所示，小明从状态/缓慢拉升柱塞，使其到达状态8（体积为匕）。若此时突然提升柱塞，使其快

速到达体积匕，则此时匕对应下图中的状态（填"C"、"D"、"E"、"F"）（图中/、B、E为同一等温线

上的点）

【答案】⑴ADE

（2）CD

⑶尸

【详解】（1）根据实验原理可作片/图像，根据画出的图线猜测p与/的关系，再作夕-^图像，对〃与/

关系的猜测进行检验，检验正确，得出。与/关系的结论。

故选ADE。

（2）A.实验是以注射器内的空气为研究对象，所以实验前注射器内的空气不能完全排出，故A错误；

B.为了减少实验误差，可以在柱塞上涂上润滑油，以保证气密性良好，故B错误；

C.根据理想气体状态方程pHCT可知，离坐标原点越远的等温线温度越高，则有工＞心，故