光学和热学实验（解析版）-2025年高考物理重难点

重难点20光学和热学实验

『:命题趋势』

■4

考点分析三年考情分析2025命题热点

用油膜法估测油酸

八~一,2023：浙江6月选考卷

分子的大小

1、馀先飞伶寺做父化削

探究气体等温变化

，……2023：江苏卷、山东卷规律及注射器模型的应

的规律

m田

2024-湖北卷、安徽卷、浙江6月选考卷

测量玻璃的折射率2、测量玻璃的折射率及

2023：广东卷、海南卷

।1T玻璃假俣空ny/22Lrn

用双缝干涉测量光2024：广东卷、河北卷

的波长2023：海南卷

<1

限时提升练

一、实验题

1.（2017•全国•一模）用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状

玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针尸八尸2,然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线

使P的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针Pi和P4,使P3挡住P1和P2

的像，尸4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示,

其中。为两圆弧圆心，图中已画出经尸八尸2点的入射光线.

(1)在图甲上补画出所需的光路.

(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图甲中的Z8分界面上画出这

两个角，分别用，和r表示.

（3）为了保证在弧面CO得到出射光线，实验过程中，光线在弧面Z8的入射角应适当（选

填“小一些，，、“无所谓，，或，，大一些，，）.

（4）多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画

出了如图乙所示的图象，由图象可知该玻璃的折射率〃=.

【答案】小一些1.5

【知识点】光的折射定律、折射率

【详解】（1）连接尸/、尸2表示入射光线，连接尸3、尸4表示出射光线，连接两光线与玻璃砖的

交点，即为折射光线，作出光路图如图：

>

—

7二♦

尸

3

BC"'O

（2）标出需要测量的入射角，和折射角力如上图.

（3）为防止光线在弧面。）发生全反射，光线在弧面的入射角应适当小一些.

（4）根据折射定律得〃=皿=L5.

sin/

2.（2023•湖北•模拟预测）（1）如图1反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的4个步骤,

将它们按操作先后顺序排列应是（用符号表示）；

（2）在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每1000mL溶液

中有0.6mL油酸。用注射器测得1mL上述溶液有75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，

待水面稳定后，画出油膜的形状。如图2所示，坐标纸中正方形方格的边长为1cm,试求：

①油酸膜的面积是cm2：

②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是，

③按以上实验数据估测出油酸分子的直径是mo（结果保留两位有效数字）

（3）若阿伏加德罗常数为M,油酸的摩尔质量为油酸的密度为。。则下列说法正确的

是。

A.1kg油酸所含有分子数为OSB.In?油酸所含分子数为*

C.1个油酸分子的质量为萼D.油酸分子的直径约为耳

【答案】bead1.3xl02

8.0x10-2m36.1x10-°B

【知识点】油膜法测分子直径的实验步骤和数据处理、物质的量、摩尔质量、分子质量之间的

关系

【详解】（1）[1]用“用油膜法估测分子的大小”的实验步骤为：配制油酸酒精溶液一测定一滴

油酸酒精溶液中纯油酸的体积一准备浅水盘一形成油膜一描绘油膜边缘一测量油膜面积一计

算分子直径。因此操作先后顺序排列应是bead。

（2）①[2]图中油膜中大约有131个小方格，则油酸膜的面积为

5'=132xl2cm2=132cm2»1.3xl02cm2

②[3]每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为

v0.61x10-6

K=----x------m=8.0xlOm

°100075

③[4]油酸分子的直径为

〃=五=8x1产6.1x1尸m

S132x10-4

（3）[5]

A.1kg油酸所含有分子数为

故A错误；

B.In?油酸所含分子数为

P

故B正确；

C.1个油酸分子的质量为

故C错误；

D.设油酸分子的直径为心则有

解得

故D错误。

故选B。

3.(2025•云南•模拟预测)某同学通过双缝干涉实验测量发光二极管(LED)发出光的波长。图

甲为实验装置示意图，双缝间距d=0.450mm,双缝到毛玻璃的距离/=365.0mm,实验中观察到

的干涉条纹如图乙所示。

当分划板中心刻线对齐第1条亮条纹中心，手轮上的读数为玉=2.145mm；当分划板中心刻线

对齐第5条亮条纹中心，手轮上的读数为％=4.177皿。完成下列填空:

(1)相邻两条亮条纹间的距离Ar=mm;

（2）根据可算出波长（填正确答案标号）；

A.儿=与B.X=gAxC.^=~7T~

aIaAx

（3）则待测LED发出光的波长为2=nm（结果保留3位有效数字）。

【答案】（1）0.508

(2)B

(3)626

【知识点】干涉条纹间距与波长的关系、杨氏双缝干涉实验的实验步骤和数据处理

【详解】（1）相邻两条亮条纹间的距离为

.X5-Xj

Ax=———-4177-0.5。8mm

44

（2）根据相邻两条亮条纹间的距离与光的波长关系Ax：%儿可得波长为

2=-Ax

故选B。

（3）待测LED发出光的波长为

2=—Ax=0.508x10-3m=6.26x10-7m=626nm

I365.0x10-3

4.（2022・北京•模拟预测）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、数据处理、误差分析等。例如:

（1）实验仪器。在“练习使用多用表''实验时，某同学用多用表的电阻“xlO”档测定值电阻阻值,

表盘的示数如图所示，则该阻值及=。。

（2）在“多用电表的使用”实验中，某同学进行了如下操作和思考。利用多用电表测量未知电

阻.用电阻挡“义100”测量时发现指针示数如图所示，为了得到比较准确的测量结果，下列选项

中合理的步骤为（填写选项前的字母）；

A.将选择开关旋转到电阻挡“xlk”的位置

B.将选择开关旋转到电阻挡“xlO”的位置

C.将两表笔分别与被测电阻的两根引线相接完成测量

D.将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮使指针指向“0。”

（3）数据分析。某同学用插针法测定一个半圆形玻璃砖的折射率。正确操作后，做出的光路

图如图所示。。为圆心，已知48的长度为4,幺。的长度为3CD的长度为4,。。的长度为

14,则此玻璃砖的折射率可表示为

（4）用如图所示的实验装置观察双缝干涉图样，用绿色滤光片时从目镜中可以看到绿色的干

涉条纹。在其他条件不变的情况下，下列操作可以使条纹间距变大的是（）

北抽凸透镜滤光片单缝双缝遮光筒测量头及目镜

3一4--—―-日匚----三----二-n-三WU-

A.换成红色滤光片B.换成缝宽更大的单缝

C.换成双缝间距更大的双缝D.换成更短的遮光筒

【答案】180BDC7A

“3

【知识点】干涉条纹间距与波长的关系、多用电表测电阻的方法、操作步骤、注意事项和读数、

用插针法测介质折射率的注意事项和误差分析

【详解】（1）[1]欧姆表的读数为指针示数与倍率的乘积，如图欧姆表读数为

7?=18.0xl0Q=180Q

（2）[2]欧姆挡测电阻时指针偏转角度过大，是由于挡位过大，需选取小挡位，进行欧姆调零

后再测阻值，故顺序为BDC；

（3）[3]如图设圆的半径为凡入射角为3折射角为心由几何关系可得

..k

sinz=—

R

.h

sinr=—

R

所以折射率为

siniL

n=-----=—

sinr/3

（4）[4]A.根据双缝干涉条纹间距公式

、L。

Ax——A

d

因红光的波长比绿光长，故换成红色滤光片可以使条纹间距变大，故A正确；

B.根据双缝干涉条纹间距公式

*L,

Ax——A

d

可知条纹间距与单缝的宽窄无关，故B错误；

C.根据双缝干涉条纹间距公式

、L,

Ax——A

d

可知换成双缝间距更大的双缝，则条纹间距变小，故c错误；

D.根据双缝干涉条纹间距公式

Ax=—2

d

可知换成更短的遮光筒，则条纹间距变小，故D错误。

故选A。

5.（2024•浙江宁波•一模）⑴在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，下列器材需要用到

的有(多选)。

(2)在上述实验时，每IO?mL油酸酒精溶液中有纯油酸1mL,用注射器测得80滴这样的溶液为

1mL。把1滴这样的溶液滴入盛水的浅盘里，等油膜形状稳定后，测得油膜面积约为150cm，

可估算油酸分子的直径大小约为mo(结果保留一位有效数字)

(3)如图为“用传感器探究气体等温变化的规律”的实验装置，实验时某同学缓慢推动活塞，在使

注射器内空气体积逐渐减小的过程中，由注射器壁上的刻度读出气体的体积广，由压强传感器

测得的压强值。在计算机屏幕上实时显示，实验过程中该同学发现，环境温度逐渐升高，则实

验得到的图像可能是

OO

【答案】⑴AC

⑵8x10-。

⑶B

【知识点】气体等温变化的图象、油膜法测分子直径的实验步骤和数据处理

【详解】（1）A.实验中需用注射器测油酸酒精溶液一定体积的滴数，A正确;

B.该装置测量气体的压强与体积的关系，本实验不需要，B错误;

C.实验中用坐标纸测量油膜的面积，C正确；

D.该装置演示液体的表面张力，D错误。

故选ACo

（2）1滴油酸酒精溶液中有纯油酸的体积

/=LmL=l.25x103mL

10380

故油酸分子的直径为

d上lAxIOTxio-

m=8xl0-1°m

S150

（3）根据理想气体状态方程

工C

T

整理可得

p=CT>-

V

1

由此可知，随着环境温度的升高,P--图--像的斜率会逐渐变大，B正确，ACD错误。

V

故选B。

6.某同学利用如图甲所示装置做“用双缝干涉测量光的波长”的实验。

（1）下列说法正确的是;

A.若仅将蓝色滤光片换成红色滤光片，则相邻干涉条纹间距变宽

B.若仅将单缝向双缝移动一小段距离，则相邻干涉条纹间距变宽

C.若仅增大双缝间的距离，则相邻干涉条纹间距变窄

D.若去掉滤光片。则干涉现象消失

（2）实验中，选用红色滤光片测量红光的波长，测得双缝间的距离d=2mm,双缝与屏之间

的距离为£=0.80m,通过测量头观察第1条亮条纹的读数为3.645mm,观察第6条亮条纹的位

置如图乙所示，其读数为mm。由此求得红光的波长为m（计算结果保留三

位有效数字）。

【答案】AC4,945（4.942〜4.947之间均给分）6.50X107（6.49x10^-6.51x107

之间均给分）

【知识点】杨氏双缝干涉实验的实验步骤和数据处理、杨氏双缝干涉实验的实验目的、原理、

更换光的颜色判断条纹间距的变化、干涉条纹间距与波长的关系

【详解】（1）[1]A.相邻两亮条纹间距■=蓝光波长小于红光波长，将蓝色滤光片换成红色

滤光片，则相邻干涉条纹间距变宽,A正确；

B.条纹间距与单缝和双缝间的距离无关,B错误；

C.相邻两亮条纹间距■=双缝间距变大，条纹间距变小,C正确；

a

D.光源发出的光如果不是单色光，去掉滤光片，仍能发生干涉现象，是复色光的干涉,D错误；

故选ACo

(2)[2]4.5mm+44.5x0.01mm:=4.945mm

[3]由题图可知，条纹间距以=&y^=0.26mm,双缝与屏之间的距离为£=0.80m,双缝间的距离

d=2mm,由=得4=与^

aI

代入数据得2=6.5xl(r7m

7.(23-24高三上•广东河源•开学考试)某实验小组欲测定一段圆柱形玻璃砖的折射率，其操

a.将白纸固定在水平桌面上，将圆柱形玻璃砖竖直放在白纸上，用铅笔准确描出玻璃砖底面

圆的轮廓。

b.将底面圆圆周平分为60等份，并标上相应的数字，如图甲所示，再将玻璃砖竖直放回图甲

中的底面圆轮廓上进行实验。

c.用激光笔发出细束激光，沿平行于圆直径O。'的方向入射，分别准确记录入射点尸和出射

点。在圆周上对应的读数乂、Nlo

d.改变入射点位置，重复步骤c。

(1)根据圆周上的读数乂、但可得，入射角,折射角7=。(以弧度制

表示)

(2)若经过多次测量，做出sim-siny的图像如图乙所示，则玻璃砖的折射率为"=(结

果保留三位有效数字)。

(3)在本实验的操作过程中，若入射光线发生了如图甲中虚线Z8所示的偏离，则折射率的

测量值将(填“偏大”或“偏小”)。

r公堂】兀风,曲7兀n(N「N,兀(赴”{N-7)兀、

刀(或而)5―一(或5一一2丁)

1.50/1.47/1.48/1.49/1.51/1.52/1.53偏小

【知识点】光的折射定律、折射率

【详解】（1）圆周上的刻度被分为60等份，则每个刻度代表的弧度为

271_71

60-30

根据圆周上的读数可得，入射角

i工

30

折射角

N「N\

v30兀兀兀

2260

（2）[3]sin「siny图像的斜率表示玻璃砖的折射率，则有

（3）[4]若入射光线发生如图甲中虚线所示偏离，则入射角的测量值偏小，折射率的测量值偏

小。

8.（2023•陕西榆林•模拟预测）为筹备校运会，学校采购了一批矿泉水。小聪用如图所示的

双缝干涉装置测定这种矿泉水的折射率，单色光通过单缝工后分为两束，分别从双缝岳、$2射

到荧光屏上后形成干涉条纹.小聪将待测矿泉水填充到特制容器中（不考虑器壁对光的影响），

然后将特制容器（图中未画出）放置在双缝与荧光屏之间（充满双缝与屏之间的整个空间，之

前为空气），其他情况不变，通过比对放置特制容器前、后荧光屏上的干涉条纹间距，就可以

计算出该矿泉水的折射率.

/荧光屏

（1）本实验____________测量双缝的间距d,测量双缝到荧光屏的距离L。（均填“需

要”或“不需要”）

（2）若测得放置特制容器前、后荧光屏上相邻两条亮条纹的间距分别为项、声,则这种矿泉水

的折射率"=-

【答案】不需要不需要?

【知识点】干涉条纹间距与波长的关系、折射率的波长表达式和速度表达式

【详解】（1）设入射光在矿泉水中的波长为比矿泉水的折射率为〃，由v=£可得

n

由公式X=可得放矿泉水样品之前，荧光屏上相邻两条亮条纹的间距为

a

x,=­X

1d

放矿泉水样品之后，荧光屏上相邻两条亮条纹的间距为

所以可得

所以不需要测量双缝的间距力也不需要测量双缝到荧光屏的距离心

（2）[3]这种矿泉水的折射率

%

9.如图甲所示，在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上,

并选用缝间距d=0.4mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离/=0.5m。

接通电源使光源正常工作。

光源凸透镜滤光片单缝双缝遮光筒像屏

（1）由理论分析可知，波长为彳的单色光在双缝干涉实验中形成干涉条纹，其相邻两个亮条

纹或暗条纹的中心间距-=（用已知量字母表示）。

（2）用某种单色光照射双缝得到如图乙所示的干涉条纹，测量头手轮示数如图丙所示，则分

划板中心刻线在图乙中B位置时手轮示数为x=mmo

AB8位置读数

乙丙

（3）若已知分划板中心刻线处于A位置时，手轮示数为10.578mm,则该单色光的波长X=

m（结果保留2位有效数字）。

【答案】4^15.078/15.077/15.0796.0xlO7

a

【知识点】杨氏双缝干涉实验的注意事项和误差分析、杨氏双缝干涉实验的实验目的、原理、

杨氏双缝干涉实验的实验步骤和数据处理、干涉条纹间距与波长的关系

【详解】（1）[1]在双缝干涉实验中，由相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距与波长的关系可

得

I,

AAx——A

d

（2）[2]分划板中心刻线在图乙中5位置时手轮示数为

x=15mm+7.8x0.01mm=15.078mm

（3）[3]由题意可知

xAB=15.078mm—10.578mm=4.500mm

因为

Al。

Ax=­A

d

由图可知，相邻的两个亮条纹或暗条纹的中心间距为

Ax=^

6

联立可得，该单色光的波长为

A=6.0xl0-7m

10.（2023高三•全国•专题练习）在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将实验仪器按要求安装

在光具座上，如图甲所示。

白炽灯滤光片单缝双缝遮光筒屏

（1）关于该实验，下列说法正确的是;

A.单缝及双缝必须平行放置

B.干涉条纹与双缝垂直

C.干涉条纹疏密程度与单缝宽度有关

D.若用绿色滤光片替换红色滤光片，干涉条纹间距会变小

（2）某同学在做该实验时，在同一视野中选取了A、B两条纹，第一次分划板中心刻度对齐

A条纹中心时（图乙），游标尺的示数如图丙所示；第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心

时（图丁），游标尺的示数如图戊所示。已知双缝间距为0.50mm,双缝到屏的距离为1.00m,

则图丙游标尺的示数为—mm,两个相邻亮条纹（或暗条纹）间的距离为—mm。所测单色

光波长为mo

3

lllMlIlhll山IIIcm

0_____10

【答案】AD/DA11.51.36.5x107

【知识点】更换光的颜色判断条纹间距的变化、杨氏双缝干涉实验的实验步骤和数据处理

【详解】⑴[1]

AB.为使屏上的干涉条纹清晰，单缝和双缝必须平行放置，所得到的干涉条纹与双缝平行，A

正确，B错误；

CD.根据公式

可知，干涉条纹疏密程度与双缝间距离、双缝到屏的距离和光的波长有关，绿光的波长小于红

光的波长，若用绿色滤光片替换红色滤光片，干涉条纹间距会变小，C错误，D正确。

故选AD。

（2）⑵[3][4]由图丙可知,读数为

再=11mm+5x0.1mm=11.5mm

由图戊可知，读数为

x2=16mm+7x0.1mm=16.7mm

由图乙和图丁可知，A、B两条纹间有4个间距，则两个相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离为

Ax=―—―=1.3mm

4

根据公式

AI,

Ax——A

d

代入数据解得所测单色光波长为

,d\xO.5OxlO3xl.3xlO^,,,_

Z=--=-----------m=6.5x10n7m

I1

11.(2024•山东济南•模拟预测)低折射率玻璃因其具有良好的透光性，被广泛应用于反射镜、

透镜当中。某实验小组想利用“插针法”测量某种低折射率长方形玻璃砖的折射率。其主要实验

步骤如下：

①在白纸上画出一条直线。作为界面，过直线。上的一点。做出法线NN',并画出作为

入射光线，再把玻璃转放到白纸上，让玻璃胸的上界面和直线。对齐，并画出玻璃砖的下界面

b；

②在表示入射光线的上插上大头针＜、£；

甲乙

(1)在步骤③中，插大头针舄时，需要挡住________；

(2)撤去玻璃砖和大头针，正确完成光路图，如图甲所示，A、巴的连线与直线b交于E点，

延长线与直线b交于/点，NN'与直线b交于点，测得9=d,无“，~ffF=x2,

该玻璃砖的折射率可以表不为〃=(结果用d、a、/表不);

(3)由于该玻璃砖的折射率很小，在实际测量中E、尸两点离得很近，为了减小实验误差，该同

学在直线b的下方再画一条平行线c,分别延长和OE至直线c,再进行相应测量，计算出

折射率，如图乙所示。直线C离直线b的距离适当（选填“远”或者“近”）一些比较好。

【答案】（1）8、£的像和A

⑶远

【知识点】用插针法测介质折射率的实验步骤和数据处理、光的折射定律、折射率

【详解】（1）光在同一均匀介质中沿直线传播，所以插大头针与时，需要挡住耳、鸟的像和巴。

（2）入射角的正弦为

折射角的正弦为

由折射定律得

解得该玻璃砖的折射率可以表示为

2

x2Jx^+d

"=I—2

X|+d

（3）由于该玻璃砖的折射率很小，在实际测量中£、尸两点离得很近不方便测量玉、苫2,那么

可以采用等比例放大占、%,所以直线c离直线b的距离适当远一点好。

12.（2022•北京海淀•二模）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）实验仪器。用游标卡尺测某个杯子的深度〃，示数如图所示，则该杯子的深度为〃=

cm。

10cm1112

01020

（2）用“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，配制的油酸酒精溶液的浓度为每500mL溶液中

有纯油酸2mL,用注射器取1mL该油酸酒精溶液，滴入烧杯中，记录液滴共60滴。取1滴该

溶液滴入盛水的浅水盘里，待水面稳定后，在带有坐标方格的玻璃板上描下油膜边界的轮廓线,

如图所示。坐标中一个小正方格的边长是1cm。根据以上数据和测量结果，估测出的分子直径

约为。

（3）实验原理。如图为“探究气体等温变化的规律”的实验装置图。实验时，读取空气柱的长

度L以及此时所对应的压强P。

①对于一定质量的封闭气体，在温度不变的情况下，若P与上的保持不变，即得

到气体做等温变化的规律。

②某同学发现,压力表上的数值是有单位的，但是针筒旁代表空气柱长度的数值是没有单位的，

他查了一下该实验装置的说明书，发现也没有对这个数值单位情况的具体说明。请分析说明这

种情况的理由。（）

【答案】10.0705xl0-9m乘积因为针筒上下的横截面积都相同，所以空

气柱的长度就代表了空气柱的体积的情况；因为最终的结果是