第二十一讲　热学和光学实验-2026年高考物理总复习课件

专题七

实验第二十一讲

热学和光学实验

考点一

用油膜法估测油酸分子的大小

3.对“S”的测量(1)数出轮廓范围内正方形的个数n0,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S0计算出油膜的面积S(即n0S0)。【例1】在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中。(1)下列说法正确的是

。

A.测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时,可以用注射器挤出一滴油酸滴入烧杯中,观察注射器上的体积变化B.测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时,如果不使用爽身粉,也可以在水中加入红墨水后混合均匀,再滴入一滴油酸酒精溶液C.实际的油酸分子是球形的,因此通过计算得到的油酸分子直径即是球的直径D.计算油酸分子的大小时,认为水面油酸为单分子层且认为分子间紧密排布(2)①若实验过程中发现,撒入的爽身粉过多,导致油酸分子未形成单分子层,则计算得到的油酸分子直径将

(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

②若实验中使用的油酸酒精溶液是经久置的,则计算得到的油酸分子直径将

(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

(3)某次实验中将1mL的纯油酸配制成5000mL的油酸酒精溶液,用注射器测得1mL溶液为80滴,再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中,描出的油膜轮廓如图所示,每格边长是0.5cm,根据以上信息,可估算出油酸分子的直径约为

m(结果保留一位有效数字)。

【答案】(1)D

(2)偏大

偏小

(3)7×10-10【解析】(1)测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时,至少要测量50滴到100滴油酸酒精溶液的体积,然后计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积,A错误;测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时,使用爽身粉才能看出油膜的轮廓,在水中加入红墨水后混合均匀不能看出油膜的轮廓,B错误;实验时只是把油酸分子看作是球形的理想模型,实际的油酸分子不是球形的,因此通过计算得到只是将油酸分子看成是球形时的油酸分子直径,C错误;计算油酸分子的大小时,认为水面油酸为单分子层且认为分子间紧密排布,D正确。故选D。

1.实验法:控制变量法实验装置如图

考点二

探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

【例2】用图甲所示装置完成“探究气体等温变化的规律”实验,注射器刻度可测出气体体积(包含橡胶套内气体体积),气压计可测出压强。(1)下列说法正确的是

。

A.封闭一定质量的气体时,先要摘除橡胶套,拉动活塞使之移到最尾端后,再用橡胶套封闭注射器的注射孔B.在活塞上涂润滑油,目的是减小摩擦C.注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可,可以不标注单位D.为节约时间,实验时应快速推拉活塞和读取数据

【解析】(1)封闭一定质量的气体时,应在活塞处于适当位置时用橡胶套封闭注射器的注射孔,若先摘除橡胶套,拉动活塞移到最尾端,再封闭,很难保证封闭的气体质量一定,

A错误;在活塞上涂润滑油,目的是防止漏气,保证被封闭气体的质量不变,而不是减小摩擦,

B错误;在“探究气体等温变化的规律”实验中,根据pV=C(C为常数),只要刻度分布均匀,就可以研究

p与V的关系,不需要标注单位,C正确;快速推拉活塞会使气体温度发生变化,不满足等温条件;快速读取数据会导致测量误差增大,故D错误。故选C。

1.一个重要的实验步骤在玻璃砖的另一侧插上P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上P4,使P4挡住P3和P1、P2的像。考点三

测量玻璃的折射率

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P1和P2之间、P3和P4之间、P2和O、P3与O'之间距离要稍大一些。(2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°),当θ1太大时,反射光较强,出射光较弱,当θ1太小时,入射角、折射角测量的相对误差较大。【例3】用“插针法”测量如图(a)所示的等腰三角形玻璃砖的折射率。(1)以下实验步骤,正确的步骤顺序为

。

①在白纸上分别画出玻璃砖三条边对应的直线AB、AC、BC(A、B、C分别为三条直线的交点),并作一条直线MN与BC平行,测得∠BAC=θ,如图(b)所示;②测得入射光线P1P2与AB的夹角为i;③在AB左侧光路上竖直插上大头针P1、P2,撤去玻璃砖,在白纸上借助大头针所插位置绘制光路;④将玻璃砖放置且重合于A、B、C三点,用激光笔发出红光,调整入射角,使红光恰好经过直线MN;

(4)已知i'<i,入射角变大,说明蓝光的偏折程度比红光更大。根据折射定律,偏折程度越大,折射率越大,而蓝光频率比红光大,所以对于同一种介质,频率越大,折射率越大。1.实验装置图及实验器材(如图所示)双缝干涉仪、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。考点四

用双缝干涉测量光的波长

【例4】在实验室用双缝干涉测光的波长,实验装置如图所示。(1)双缝、光屏、单缝,依次是图中的

(填图中的字母)。

(2)①图是实验得到的红光双缝干涉图样照片,根据该图可判断双缝干涉的亮条纹间距

(选填“相等”或“不相等”)。

(3)在某次测量中,观察分划板中心线与乙图亮条纹P中心对齐时的情形,如图②所示。然后转动测量头手轮,当分划板中心线与亮条纹Q中心对齐时,目镜中观察到的图应为③图中的

。

1.(2024·上海卷)实验是人类认识物质世界的宏观性质与微观结构的重要手段之一,也是物理学研究的重要方法。(1)通过“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验可推测油酸分子的直径约为(

)A.10-15m

B.10-12mC.10-9m

D.10-6

mC

(2)验证气体体积随温度变化关系的实验装置如图所示,用支架将封有一定质量气体的注射器和温度传感器固定在盛有热水的烧杯中。实验过程中,随着水温的缓慢下降,记录多组气体温度和体积的数据。①不考虑漏气因素,符合理论预期的图线是

。

A②下列有助于减小实验误差的操作是

。

A.实验前测量并记录环境温度B.实验前测量并记录大气压强C.待温度读数完全稳定后才记录数据D.测量过程中保持水面高于活塞下端D

②环境温度不影响实验数据,实验前测量并记录环境温度并不能减小实验误差,故A错误;本实验压强不变,实验前测量并记录大气压强不能减小实验误差,故B错误;水温的缓慢下降,则温度的读数会一直缓慢变化,只有水温度和室温相同时,才会完全稳定,故C错误;测量过程中保持水面高于活塞下端,则活塞中气体的温度和水的温度基本一致,可以减少误差,故D正确。故选D。2.(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)①激光笔发出的激光从玻璃砖上的M点水平入射,到达ef面上的O点后反射到N点射出。用大头针在白纸上标记O点、M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QM连线的延长线与ef面的边界交于P点,如图(a)所示。③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2。PM的示数如图(b)所示,d1为

cm,测得d2为3.40cm。

2.25

1.51稍小一些

3.(2022·海南卷)在用双缝干涉测量光的波长的实验中,如图所示。(1)a、b分别是 (

)A.单缝和双缝

B.双缝和单缝C.单缝和单缝 D.双缝和双缝A

(2)如果双缝间距是d,双缝到毛玻璃的距离是L,第一条亮条纹到第六条亮条纹间距是x,则光的波长是

。(用x、d、L表示)

4.(2025·上海卷)光是从哪里来,又回到哪里去?光是一个物理学名词,其本质是一种处于特定频段的光子流。光源发出光,是因为光源中电子获得额外能量。如果能量不足以使其跃迁到更外层的轨道,电子就会进行加速运动,并以波的形式释放能量。如果跃迁之后刚好填补了所在轨道的空位,从激发态到达稳定态,电子就停止跃迁。否则电子会再次跃迁回之前的轨道,并且以波的形式释放能量。(1)以下哪个选项中的图样符合红光和紫光的双缝干涉图样 (

)A

(2)如图所示,自然光经过两个偏振片,呈现在光屏上,偏振片B绕圆心转动且周期为T,则光屏上两个光强最小的时间间隔为 (

)A.2T

B.T

C.0.5T

D.0.25TC

(3)物理王兴趣小组在做“测量玻璃的折射率”实验时,若从c侧观察,插入c时,应遮住a、b;插入d时,应遮住

,依据图中所标数据,可得出该玻璃的折射率为

。

a、b的像和c

专题集训(二十二)

热学和光学实验1.下列是《普通高中物理课程标准》中列出的两个必做实验的部分步骤,请完成实验操作和计算。(1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,某同学的实验操作如下:①取体积V1的纯油酸配制出体积V2的油酸酒精溶液,滴入N滴溶液到量筒,测出其体积为V3;②在浅盘中装入少量水,并在水面上均匀地轻轻撒上少量痱子粉;③用滴管将1滴油酸酒精溶液轻轻滴入水面中央,散开后可以看到油酸膜的轮廓,测得油酸膜面积S。在实验中,撒上少量痱子粉的作用是

,写出油酸分子直径的表达式D=

(用V1、V2、V3、N、S表示)。

方便显示出油酸膜的边界,便于测量油酸膜的面积

(2)“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验装置如图1所示;①在实验过程中某一步骤需要拨动拨杆,是为了

(填正确答案标号)。

A、调节单缝,使单缝和双缝平行B、调节双缝,使双缝和单缝平行C、调节单缝,使单缝和双缝高度相同D、调节双缝,使双缝和单缝高度相同A②实验中使分划板中心刻线与其中一条亮条纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮条纹,此时手轮上示数如图2所示。同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第11条亮纹中心对齐,此时手轮上示数如图3所示,则示数为

mm,求出相邻两个亮条纹的距离Δx。若双缝间距为d,双缝到屏的距离为L,则所测单色光波长的表达式为λ=

(结果用字母表示)。

13.451

2.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:①平铺白纸,用铅笔画两条互相垂直的直线AA'和BB',交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA',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M。③拿走玻璃砖,标记CO光线与半圆弧的交点P。④分别过M、P作BB'的垂线MM'、PP',M'、P'是垂足,并用米尺分别测量MM'、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)所示。(1)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O点作为入射点,是因为此处的折射现象最明显(2)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)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”)。

B

1.57不变

3.可见光的波长范围为400~700nm,分子直径约为0.1~1.0nm。在中学实验室通过选用恰当的方法,可以测量这样的微小量。下列分别给出两种微小量的测量方法。(1)通过双缝干涉实验测量单色光的波长,实验装置如图甲所示,其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。①测量某亮条纹位置时,手轮上的示数如图乙所示,其示数为

mm。

②下列可以增加目镜中观察到条纹个数的方法为

(多选)。

A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.使用间距更大的双缝D.将实验中的紫光更换为红光③若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,假设某种单色光的条纹间距为Δx,则该单色光的波长λ=

。

4.486(4.485~4.488均可)BC

(2)用油膜法估测油酸分子的大小实验,将浓度为0.10%的油酸酒精溶液一滴一滴滴入量筒,测出一滴溶液的体积为4.5×10-2mL,向浅盘中倒入适量的水,并向水面均匀地撒入痱子粉,把一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸薄膜形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上描出油酸膜的轮廓,如图丙所示,数出形成的油膜占据了115个方格,坐标纸中正方形方格的边长为1cm,则估测出油酸分丙子的直径为

m(计算结果保留2位有效数字)。

3.9×10-9

4.气体实验定律是关于气体热学行为的基本实验定律,是建立理想气体概念的实验依据。在工程技术、环境保护、日常生活等多个方面发挥着关键作用。(1)理想气体忽略了气体分子间的分子力和分子势能,以下气体最接近理想气体的是 (

)

A.高温低压的气体 B.高温高压的气体C.低温低压的气体 D.低温高压的气体A(2)如图1所示某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,它主要由汽缸和活塞组成。开箱时,密闭于汽缸内的压缩气体膨胀,将箱盖顶起,如图所示。在此过程中,若缸内气体与外界无热交换,气体为理想气体,则缸内气体 (

)A.对外做正功,内能增大B.对外做正功,分子的平均动能减小C.对外做负功,分子的平均动能增大D.对外做负功,内能减小B(3)为了探究一定质量的气体等温变化的规律。某同学将注射器水平固定,然后把注射器活塞移动到体积最大的位置,并用橡皮帽封闭注射器右侧的细管,如图2所示。由于没有压强传感器,于是他把活塞和压力传感器相连,可测出移动活塞时,传感器对活塞的压力F。在温度不变的条件下缓慢移动传感器和活塞压缩气体并记录多组压力F和体积V的值,活塞受到的摩擦忽略不计。

BC

②

(4)如图4所示,在高温天气下一辆轿车的胎压监测系统显示某一条轮胎的胎压为p0=3.20atm、温度为47℃。气体视为理想气体,轮胎内部体积始终保持不变。求:①该轮胎温度为27℃时,该轮胎的胎压p1。②由于该胎压偏高,故驾驶员快速放出了适量气体,此时监测系统显示的胎压为2.40atm、温度为27℃。放出气体的质量与原来轮胎内气体的质量之比为多少?

5.可发出红、黄、绿三色光的多层警示灯,被广泛应用于数控机床、电子机械自动化生产线等工业领域。某同学想采用如图甲所示的实验装置测定三种色光的波长:(1)打开多层警示灯的绿光甲灯,将遮光筒对准光源放置。在光源和双缝之间还必须放置一个

(选填“滤光片”或“单缝”),其目的是保证经双缝得到的两列光是

(选填“相干”或“非相干”)光;

(2)已知双缝之间的距离为0.6mm,双缝到屏的距离为1.5m,绿光的干涉图样如下图乙所示,分划板中心刻度线在A位置时螺旋测微器的读数为1.128mm,在B位置时读数如图丙所示,为

mm,则该绿光的波长为

nm(计算结果保留三位有效数字)。

单缝相干6.526540(3)该同学又进行了几组实验,通过照相底片