2026高考蓝皮书高考关键能力培养与应用4.3　热学、光学实验

物理4.3热学、光学实验纵览近几年全国各套物理试题,本部分命题逐步升温。试题注重基础原理、基本方法,注重对实验过程及数据处理的考查,通常在立足教材的基础上进行创新,凸显科学探究素养。本部分的四个实验方法、原理独立,下面将逐一分析。4.3.1测量玻璃的折射率

典型

例题

典例1

(2023海南卷,14)用激光测玻璃砖折射率的实验中,玻璃砖与屏P平行放置,从另一侧用激光笔以一定角度照射,此时在屏上的S1处有激光点,移走玻璃砖,光点移到S2处,回答下列问题:(1)请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图;(2)已经测出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,则折射率n=

(用l1、l2、l3表示);

(3)若改用宽ab更小的玻璃砖做实验,则S1、S2间的距离会

(选填“变大”“变小”或“不变”)。

[实验探究]要素探究内容问题实验目的:用激光测玻璃砖折射率证据实验原理及方案:(1)光路图如图所示

要素探究内容解释要素探究内容解释(3)若改用宽ab更小的玻璃砖做实验,则画出光路图如图所示,可看出S1、S2间的距离变小

4.3.2用双缝干涉实验测量光的波长1.实验装置图及实验器材实验器材:光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。实验装置图如图所示。

典型

例题

典例2

(2024河北卷,11改编)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、分划板、手轮、目镜等。该同学调整好实验装置后,分别用红色滤光片、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条纹中心位置对应的游标尺示数,如下表所示。单色光类别x1/mmx6/mm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

(选填“红光”或“绿光”)。

[实验探究]要素探究内容问题实验目的:通过双缝干涉实验测量单色光的波长解释[答案]

绿光

4.3.3用油膜法估测油酸分子的大小

典型

例题

典例3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

(填写实验步骤前的字母)。

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爽身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体积V1的溶液中有纯油酸体积V2,用注射器和量筒测得体积为V0的上述溶液有n滴,把一滴该溶液滴入盛水的撒有爽身粉的浅盘中,待水面稳定后,得到油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a,则油膜的面积S=

;可求得油酸分子的直径为

(用V1、V2、V0、n、S表示)。

(3)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.水面上爽身粉撒得太多,油膜没有充分展开D.用注射器和量筒测滴下体积为V0的溶液所用滴数时多记录了几滴[实验探究]要素探究内容问题实验目的:用油膜法估测油酸分子的大小证据实验原理及方案:(1)实验过程:①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;②往边长约为40

cm的浅盘里倒入约2

cm深的水,待水面稳定后将适量的爽身粉均匀地撒在水面上;③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;④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;⑤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。实验步骤的正确顺序是DABEC要素探究内容解释实验数据处理:(2)根据数格子的办法,多于半格的算一格,少于半格的舍去,油膜的总格数为71格,则油膜总面积为S=71a2。由于所用油酸酒精溶液每体积V1的溶液中有纯油酸体积解释要素探究内容交流实验误差分析:(3)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;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;水面上爽身粉撒得太多,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;用注射器和量筒测滴下体积为V0的溶液所用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

4.3.4探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系1.实验法:控制变量法,实验装置如图所示。2.为保证等温变化,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。为保证气体密闭,应在活塞与注射器内壁间涂上润滑油,注射器内外气体的压强差不宜过大。

典型

例题

典例4

(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。甲

乙

(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”)。

[实验探究]要素探究内容问题实验目的:探究等温条件下气体压强与体积的关系证据解释要素探究内容交流实验结果分析:(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,根据p(V0+ΔV)-pV0=pΔV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[答案](1)B

(2)2.04×105

(3)增大

题号选题理由1考查了测量玻璃砖的折射率和对折射定律的理解及应用2将洛埃镜实验与传统的光双缝干涉现象相结合,提升了学生的逻辑思维和创新能力3较为全面地考查了探究气体等温变化规律这一实验的相关知识,让学生更加了解此实验的考查内容和趋势4较为全面地考查了用油膜法估测油酸分子的大小这一实验的相关知识,增强了学生对该实验的理解能力1.(2025河南模拟预测)某实验小组用激光笔照射玻璃砖,通过激光的偏移测量玻璃砖的折射率。(1)如图甲所示,他们首先通过游标卡尺测得玻璃砖的厚度为d=5.00cm。(2)如图乙所示,该实验小组先将玻璃砖与光屏P平行放置,从另一侧用激光笔以一定角度照射,此时在屏上的S1处有激光点,移走玻璃砖,光点移到S2处,关于该实验下列选项正确的是

B

。A.若仅将红色激光改为蓝色激光,则S1、S2间距变小B.若仅换用更厚的玻璃砖,则S1、S2间距变大C.若仅增大玻璃砖与光屏P的间距,则S1、S2间距变大(3)该实验小组测得S1、S2间距为l=2.11cm,在O点处的入射角为θ=45°,则折射率n=1.4(结果保留2位有效数字)。【实验探究】

要素探究内容问题实验目的:测量玻璃砖的折射率证据实验器材使用:(1)根据游标卡尺读数,玻璃砖的厚度为d=5.00

cm。实验原理及方案:(2)若仅将红色激光改为蓝色激光,光的频率变大,折射率变大,S1、S2间距变大,A项错误;若仅换用更厚的玻璃砖,根据光路图和几何关系,则S1、S2间距变大,B项正确;若仅增大玻璃砖与光屏P的间距,则S1、S2间距不变,C项错误要素探究内容解释2.(2025福建模拟预测)1834年,爱尔兰物理学家洛埃,利用平面镜成功得到了光的干涉条纹。洛埃镜实验的基本装置如图甲所示,S为单色光源,M为平面镜,S光源直接发出的光和经过平面镜M反射的光形成一对相干光。光源S到光屏的垂直距离L和到平面镜的垂直距离a可分别由图丙和图丁读出,光的波长为λ,在光屏上形成如图乙所示的干涉条纹。蓝光波长范围450~475nm,黄光波长范围570~585nm,红光波长范围625~740nm。

【实验探究】

要素探究内容问题实验目的:探究利用平面镜得到的光干涉条纹证据实验器材使用:(1)游标卡尺的读数a=0

mm+5×0.05

mm=0.25

mm=0.025

cm解释要素探究内容交流3.(2025天津南开二模)某学校的同学利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律,在注射器中密封了一定质量的气体。(1)下列实验操作正确的是

A

。A.密封气体前,在柱塞上均匀涂抹润滑油B.推拉柱塞时,用手握住注射器气体部分C.实验时应快速移动柱塞

【实验探究】

要素探究内容问题实验目的:探究气体等温变化的规律证据实验原理及方案:(1)密封气体前,在柱塞上均匀涂抹润滑油,可以防止气体泄漏,A项正确;因本实验的前提要求是等温变化,所以推拉柱塞时,用手握住注射器气体部分会导致注射器内气体温度变化,B项错误;实验时应尽可能缓慢移动柱塞,等到装置内气体降到室温再去测量,这样才能满足等温变化的条件,C项错误要素探究内容解释交流4.(2025四川攀枝花三模)物体是由大量分子组成的,分子非常微小。在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,实验步骤如下:(ⅰ)将体积为a的油酸配制成体积为b的油酸酒精溶液;(ⅱ)取油酸酒精溶液用滴定管滴出体积为c的溶液,记录滴出的油酸酒精溶液的滴数n;(ⅲ)用滴定管往浅盘内的水面上滴1滴油酸酒精溶液;(ⅳ)在水面上撒爽身粉;(ⅴ)待油酸膜稳定后,拿出玻璃板盖上,描出油酸膜的边界;(ⅵ)将玻璃板放置在小方格