2025届高中物理三轮冲刺练习：光学和热学实验习题

微专题24光学和热学实验

目核心精讲

一、测量玻璃的折射率

1.注意事项

⑴应尽可能将大头针竖直地插在纸上，且P1和P2之间、尸3和A之间、P2与。、2与之间距离要

稍大一些。

(2)入射角为不宜太大(接近90。)，也不宜太小(接近0。)，当为太大时，反射光较强，折射光较弱，当

为太小时，入射角、折射角测量的相对误差较大。

2.数据处理

方法1：用量角器量出入射角劣和折射角/，用公式“=曾计算折射率。

方法2：如图所示，以。点为圆心，以某一长度为半径作圆，过圆与光线的交点作出两条垂线PN和

QN1,用公式〃=总■计算折射率。

二、用双缝干涉测量光的波长

实验原理与操作

1.用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离/,由公式Ax=5得由此式计算波长，重复测量、计算,

aI

求出波长的平均值。

2.调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记录此时手轮上的读数，转动测量头，

使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数。

3.为了减小误差，要测,个亮条纹的间距，计算得出相邻两条亮条纹间的距离即&=吐色。

n-1

三、用油膜法估测油酸分子的大小

1.实验原理

(1)将油酸酒精溶液滴在水面上，让溶液尽可能散开，可认为油酸在水面上形成单分子油膜层；

(2)如果把分子看成球形，单分子油膜层的厚度就可以看成油酸分子的直径；

⑶测出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V和油膜的面积S,由上（就可以算出油酸分子的直径。

2.油膜面积的计算

用数格子的方法计算油膜面积：大于半格的算一个，小于半格的舍去。

3.油膜体积的计算

油酸酒精溶液中油酸体积百分比。

滴数N

四、探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

注意事项

（1）为保持气体温度不变，实验过程中不要用手握住注射器；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图像为双曲线的一支，要通过坐标变换，画pj图像，把双曲线变为直

线，以直观地判断p和丫成反比。

EI高频考点练

1.（2024•福建宁德市一模）在用油膜法估测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：

①取纯油酸L0mL注入2500mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到2500mL的

刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液；

②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数，直到达到1.0mL为止，恰好共滴了

100滴；

③在边长约40cm的浅水盘内注入约2cm深的水，将细爽身粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取

油酸酒精溶液，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，形成一层

油膜，膜上没有爽身粉，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将画有油酸膜形状的玻璃板放在边长为L0cm的方格纸上。

（1）（4分）利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积为nA求

得的油酸分子直径为m（结果均保留一位有效数字）。

（2）（2分）于老师在该实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较，数据偏大。出现这种

结果的原因，可能是。

A.计算油酸膜面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理

B.水面上爽身粉撒的较多，油酸膜没有充分展开

C.求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多记了10滴

2.（2024・湖北卷・11）某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下:

（a）（b）

①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线AA和38',交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧

贴并使其圆心位于O点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图（a）所示。

②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点

③拿走玻璃砖，标记CO光线与半圆弧的交点P。

④分别过“、P作的垂线A/册、PP',M'、是垂足，并用米尺分别测量”的、PP的长度x和

y。

⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x和y的数据。根据这些数据作出y-x图像，如图（b）所

zj\O

（1）（2分）关于该实验，下列说法正确的是（单选，填标号）。

A.入射角越小，误差越小

B.激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差

C.选择圆心。点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显

（2）（2分）根据y-x图像，可得玻璃砖的折射率为（保留三位有效数字）。

（3）（2分）若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果（填

“偏大”“偏小”或“不变”）。

3.（2024•北京市东城区二模）某同学对如图甲所示的双缝干涉实验装置进行调节并观察实验现象。

凸

滤

透

光测量头

镜

A片单缝双缝遮光筒及目镜

^n---心二E

uQ...tzl_____

Hn

甲

（D（I分）若想增加从目镜中观察到的条纹个数增多，可以（选填选项前的字母）。

A.将单缝向双缝靠近

B.将红色滤光片换成绿色滤光片

C.使用间距更小的双缝

（2）（2分）若在屏上观察到的干涉条纹如图乙中a所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙中b

所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的。

min

乙

MC.2倍D.3倍

（3）（3分）某次测量时，选用的双缝的间距为0.30mm,测得屏与双缝间的距离为1.20m,分划板中

心刻线对准第1条亮条纹中心时读数为21.75mm,旋转测量头旋钮，分划板中心刻线对准第4条

亮条纹中心时读数如图所示，则读数为mm。所测单色光的波长为m（结果

保留2位有效数字）。

4.（2023•山东卷43）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°和体积V（等于

注射器示数Vo与塑料管容积AV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。

「

接

十

几

i算

；

十

一

虽

:压

工

皆

限

回答以下问题：

（1）（2分）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与看成正比

（2）（2分）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）（2分）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2的增大而（填“增大”或“减

小”）o

5.（2024•安徽省鼎尖联盟三模）学校物理小组的同学们利用如图甲所示的实验装置探究一定质量的气

体等压变化规律。注射器竖直固定在铁架台上，其中密封了一定质量的气体，柱塞上固定一重物,

被密封的空气柱浸没在烧杯的液体中，液体中放置有温度计（图中未画出）。忽略柱塞与注射器之间

的摩擦，通过改变烧杯内液体温度读取多组温度、体积数值，并作体积一温度图像。

（1）（2分）下列说法正确的是

A.温度计位置应尽量远离空气柱

B.柱塞上应涂上润滑油

C.每次改变烧杯中液体的温度时，应立即读出空气柱的体积

（2）（2分）某同学作出体积一热力学温度（V-7）图像如图乙所示，图像不过原点的原因可能

是O

（3）（2分）保持密封空气柱质量不变，改变重物质量，通过两次实验作出体积一热力学温度（V-7）图像

得到两条直线如图丙所示。若两条直线斜率分别为木、k2,两次重物及柱塞的总质量分别为根1、

m2,柱塞横截面积为S,重力加速度为g,则大气压强可表示为（使用题中所给字母

表示）。

El补偿强化练

1.（2024.河北卷某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图所示，其中测量

头包括毛玻璃、游标尺、

该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第

六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示:

单色光类别xi/mmX6/him

单色光110.6018.64

单色光28.4418.08

根据表中数据，判断单色光1为（填“红光”或“绿光”）。

2.（2024.河北石家庄市三模）某同学利用如图甲所示装置做探究一定质量的理想气体在温度不变时压

强与体积关系的实验。

实验步骤如下：

①将一个带两根细管的橡胶塞塞紧烧瓶的瓶口，封闭一定质量的气体。其中，一根带阀门的细管

连通充满水的注射器，另一根细管与压强传感器相连。

②将压强传感器连接数据采集器，数据采集器连接计算机。

③打开阀门，用手握住烧瓶，缓慢推动注射器活塞向烧瓶内注入一定量的水，然后关闭阀门。

④根据注射器刻度记录注入烧瓶中水的体积V,并记录此时气体的压强?。

⑤多次实验，记录多组数据，分析得出结论。

（1）（2分）该同学错误的操作步骤为。

（2）（4分）正确进行实验后，该同学根据实验数据画出的图像如图乙所示，其中的纵坐标为

（选填“V”或）,烧瓶的容积Vo为（用图中字母表示）。

(3)(2分)另一同学重复实验，计算了多组p与(Vo-V)乘积，发现p(Vo-V)随压强0增大而变小，导致

这个现象的原因可能为(写出一个原因即可)。

3.(2023・广东卷•”)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)(2分)①激光笔发出的激光从玻璃砖上的M点水平入射，到达。面上的O点后反射到N点射出。

用大头针在白纸上标记。点、〃点和激光笔出光孔Q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，作连线的延长线与疗面的边界交

于P点，如图(a)所示。

③用刻度尺测量和的长度力和4。的示数如图(b)所示，力为cm。测得液为

3.40cm。

0cm12

(b)

(3)(4分)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n为(结果保留3位有效数字)。

(4)(2分)相对误差的计算式为异测量裂变实值X100%。为了减小力、液测量的相对误差，实验中激光

具头值

在〃点入射时应尽量使入射角

答案精析

高频考点练

1.(1)4x10-124x1040(2)B

y><3123

解析(1)一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积为°^2^oo10ioo6m-4xl0m

由题图可知油膜中大约有114个小方格，则油膜面积为

222

S=114x(1.0x10-2)2m=1.14xl0-m

则油酸分子直径为

7%4X10-12do

d=—=------rm-4Axl0um

S1.14X10-2

(2)于老师在该实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较，数据偏大，根据仁宗，

计算油酸膜面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理，则油膜面积计算值偏大，油酸

分子的直径测量值偏小，故A错误；

水面上爽身粉撒的较多，油酸膜没有充分展开，则油膜面积计算值偏小，油酸分子的直径测量值

偏大，故B正确；

求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多记了10滴，则一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积测量值

偏小，油酸分子的直径测量值偏小，故C错误。

2⑴B(2)1.57(3)不变

解析(1)入射角适当即可，不能太小，入射角太小，导致折射角太小，测量的误差会变大，故A

错误；

激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差，故B正确；

相同的材料在各点的折射效果都一样，故C错误。

(2)设半圆柱体玻璃砖的半径为R,根据几何关系可得

入射角的正弦值为sini=^

折射角的正弦值为sinr=^

则折射率为四卫

sinrx

可知y-x图像的斜率大小等于折射率，即n=——-1.57

28mm

(3)根据(2)中数据处理方法可知折射率与半径无关，若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实

际半径，则折射率的测量结果不变。

3.(1)B(2)B(3)29.306.3xl07

解析(1)将单缝向双缝靠近，对从目镜中观察到的条纹个数无影响，A错误；

由双缝干涉条纹间距公式A%=5可知，将红色滤光片换成绿色滤光片，光的频率变大，波长变小，

干涉条纹间距Ax变小，则从目镜中观察到的条纹个数增多，B正确；

使用间距d更小的双缝,由干涉条纹间距公式Ax=々可知，干涉条纹间距Ax变大,观察到的条纹

a

个数减少，C错误。

⑵在屏上观察到的干涉条纹如题图乙中a所示，改变双缝间的距离后，由题图乙中b的条纹间距

可知，相邻条纹间距变为原来的2倍，根据—=5,则双缝间的距离变为原来题图乙中a的;。故

选B。

(3)由题图丙可知，对准第4条亮条纹中心时读数为〃=29mm+6x0.05mm=29.30mm

相邻两条亮条纹间距=29.30.21.75mm92.52mm

4-13

由双缝干涉条纹间距公式A%=-A可得加士”.52"玉°21产m

dI1.20

=6.3xl(y7m。

4.(1)B(2)2.04x105(3)增大

解析(1)在实验误差允许范围内，题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，p与巳成正比。故选B。

(2)若气体被压缩到10.0mL,则有

-=-^—mL-1=100xl0-3mL1

v10.0

由题图乙可读出封闭气体压强为

2=2.04x105Pa

(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2丫乘积时，根据

p(Vo+AV)-pVo=pAV

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P的增大而增大。

5.(1)B(2)未考虑橡胶塞内注射器细管的气体体积仔)吗”用

解析(1)温度计尽量靠近注射器空气柱位置，以免温度计和空气柱存在温差，A项错误；柱塞上

涂上润滑油，可以减小摩擦增强密封性，B项正确；应该等充分热交换后温度计示数才能表示空

气柱温度，C项错误。

(2)设橡胶塞内注射器细管的气体体积为AV,则有

p(V+AV)=c

T

即V=-T-AV

P

所以