2026高考物理二轮复习专题11 光学和热学实验（4大题型）（题型专练）（原卷版）

PAGE1PAGE专题11光学和热学实验目录第一部分题型解码高屋建瓴，掌握全局目录第一部分题型解码高屋建瓴，掌握全局第二部分考向破译微观解剖，精细教学典例引领方法透视变式演练考向01用油膜法估测油酸分子的大小 考向02探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 考向03测量玻璃的折射率 考向04用双缝干涉测量光的波长 第三部分综合巩固整合应用，模拟实战题型解码1.本专题掌握四个基本实验：(1)用油膜法估测油酸分子的大小；(2)探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系；(3)测量玻璃的折射率；(4)用双缝干涉实验测光的波长。2.熟练应用油膜法、控制变量法、单位圆法、图像法。考向破译考向01用油膜法估测油酸分子的大小【典例引领1】在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：①往浅盘里倒入一定深度的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上；②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形状稳定；③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小；④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；⑤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。完成下列问题：(1)上述步骤中，正确的顺序是。（填写步骤前面的序号）(2)该实验中，使用到的研究方法是________。A．等效替代法 B．理想模型法C．微小量放大法 D．控制变量法(3)已知实验室中使用的油酸酒精溶液每104mL溶液中含有2mL油酸，又用滴管测得每50滴这种溶液的总体积为1mL，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为1cm的正方形小格的纸上（如图）。①一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积为mL；②油膜占有的面积约为cm2；③油酸分子直径的大小d＝m。（结果保留一位有效数字）(4)某学生在“用油膜法估测分子的大小”实验中，计算结果明显偏大，可能是由于______。A．油酸未完全散开B．计算油膜面积时，将所有不足1格的方格记作1格C．计算油膜面积时，舍去了所有不足1格的方格D．在计算一滴溶液的体积时，少算了滴数【方法透视】1．原理：认为油酸薄膜是由单层的油酸分子紧密排列组成，油膜的厚度就是油酸分子的直径d＝eq\f(V,S)，如图。2．对“V”的测量(1)配制一定浓度的油酸酒精溶液，设其浓度为n；(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，读出它的体积为V0；(3)再把它一滴滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数N；(4)则一滴油酸酒精溶液中，纯油酸的体积V＝eq\f(V0,N)n。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)。【变式演练】在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，(1)某同学操作步骤如下：①取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液；②在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积；③在浅盘内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其形状稳定；④在浅盘上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜的面积。改正其中的错误：(2)实验中，进行了理想化的假设，如（写出一种假设即可）。实验中，测量出滴入水中的纯油酸体积后，为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是。在实验中，均匀撒痱子粉（或细石膏粉）有利于形成，便于记录数据。将一滴体积为V的油酸酒精溶液滴入水中，油膜形状稳定后面积为S，油酸酒精溶液的浓度为η，估算该油酸分子的直径为。考向02探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系【典例引领2】物理小组的同学们利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。实验步骤如下：①将注射器下端开口处套上橡胶套，和柱塞一起把一段空气柱封闭；②已知空气柱的横截面积为S，通过刻度尺读取空气柱的长度L，可得空气的体积V＝LS；③从与注射器内空气柱相连的压强计读取空气柱的压强p；④把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强，获取空气柱的体积V和压强p的几组数据；⑤将各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线，得出温度不变时气体压强与体积的关系。完成下列填空：(1)实验时要缓慢地移动柱塞，原因是________。A．保持气体温度不变B．保证气体质量不变C．防止注射器晃动而不便于测体积(2)小明同学根据测量结果，做出p－V图像，如图乙所示，（填“能”或“不能”）根据绘制的图线直接得到空气柱的压强跟体积的关系。(3)小军同学根据测量结果，做出V－图像，如图丙所示，图线不过原点，则V0代表。【方法透视】1．实验法：控制变量法实验装置如图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。3．在等温过程中，气体的压强与体积的关系在p－V图像中呈现为双曲线(其中一支)，如图甲。处理实验数据时，要通过变换，即画p－eq\f(1,V)图像，把双曲线(其中一支)变为直线，说明p和V成反比，如图乙。这是科学研究中常用的数据处理的方法，因为一次函数反映的物理规律比较直观，容易得出相关的对实验研究有用的参数。【变式演练】如图所示，某同学利用注射器、压强传感器、数据采集器和计算机等器材，研究“一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积的关系”(1)关于该实验下列说法正确的是（）A．为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油B．为方便推拉柱塞，应用手握住注射器C．为节约时间，实验时应快速推拉柱塞和读取数据D．实验中气体的压强和体积都可以通过数据采集器获得(2)为了探究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p-V图像如图乙所示，由图可知两次实验气体的温度大小关系为T₁T₂（选填“<”“=”或“>”）(3)为了能最直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系，应作出（选填“”或“”图像。对图线进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。(4)另一实验小组的成员也进行了实验，并且操作正确，根据测得的数据作图像，如图所示，则图线不过原点的原因可能是（答出一条即可）。考向03测量玻璃的折射率【典例引领3】如图所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面和。O为直线AO与的交点。在直线OA上竖直地插上、两枚大头针。(1)下列措施能够提高实验准确程度的是________A．选用两光学表面间距大的玻璃砖B．选用两光学表面平行的玻璃砖C．选用粗一点的大头针完成实验(2)该同学接下来要完成的必要步骤有________A．插上大头针，使仅挡住的像B．插上大头针，使挡住的像和的像C．插上大头针，使仅挡住D．插上大头针，使挡住和、的像(3)过、作直线交于，过作垂直于的直线，连接。测量图中角α和β的大小。则玻璃砖的折射率。(4)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图所示。保持相同的入射角，测得折射角分别为、（），则玻璃和该介质的折射率大小关系为（填“＞”或“＜”）。此实验初步表明：对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。(5)一位同学准确地画好玻璃砖的界面和后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些，如图所示，而实验的其他操作均正确，则折射率的测量值准确值（选填“大于”、“小于”或“等于”）。【方法透视】1．一个重要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。2．三个数据处理的方法(1)计算法：由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，算出不同入射角时的n值，并取平均值。(2)图像法：作sinθ1－sinθ2图像，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知其斜率为折射率。(3)单位圆法：以入射点O为圆心，作半径为R的圆，如图所示，则sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，所以用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(EH,E′H′)。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。【变式演练】如图所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，平行玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面和。O为直线与的交点。在直线上竖直地插上、两枚大头针。(1)该同学接下来要完成的两个必要步骤是（）A．插上大头针，使仅挡住的像B．插上大头针，使挡住的像和的像C．插上大头针，使仅挡住D．插上大头针，使挡住和、的像(2)过、作直线交于，连接，过作垂直于的直线，测量图中角和的大小，则玻璃砖的折射率；(3)对实验中的一些具体问题，下列说法中正确的是（

）A．入射角越小，折射率的测量越准确B．为了减小作图误差，和的距离应适当取大些C．如果在界面光的入射角大于临界角，光将不会进入玻璃砖D．不论光以什么角度从射入，经一次折射后达到界面都能射出E．如图所示如果误将玻璃砖的边画到（与平行），折射率的测量值将偏小考向04用双缝干涉测量光的波长【典例引领4】在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件从左到右依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜（目镜），如图甲所示。

(1)M、N、P三个光学元件依次为（）A．双缝、滤光片、单缝B．滤光片、单缝、双缝C．单缝、双缝、滤光片(2)关于该实验，下列说法中正确的是（）A．测量过程中，把5个条纹间距数成6个，会导致波长测量值偏大B．把毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，相邻两条亮条纹中心的距离增大C．若通过双缝的两列光波到屏上某点的路程差为波长的奇数倍，该点处一定是暗条纹(3)用一单色光作为光源，双缝间距为，双缝到屏的距离为，分划线在第1条亮条纹中央时螺旋测微器读数如图乙所示，分划线在第7条亮条纹中央时螺旋测微器读数如图丙所示，则单色光的波长为nm。（结果保留3位有效数字）【方法透视】1．实验装置图及实验器材(如图)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。2．原理：Δx＝eq\f(l,d)λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。3．Δx的测量：调节测量头，使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1；转动手轮，当分划板中心刻线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的读数a2；则相邻两条亮条纹间的距离Δx＝eq\f(|a1－a2|,n－1)。【变式演练】利用平面镜也可以进行双缝干涉实验。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到光屏的垂直距离为L到平面镜的垂直距离为a，在光屏上形成如图乙所示干涉条纹。(1)已知光屏上第一条亮条纹读数为，第七条亮条纹如图丙所示读数记为，该单色光的波长（用a，L，，表示）。(2)如图甲，若光源在水平面上的投影离平面镜左端距离为b，平面镜宽为c，则光屏上出现干涉条纹区域的竖直长度为（用L、a、b和c表示）(3)如图甲，某同学做实验时，平面镜意外沿纸面向下平移了一小段。与未发生平移时相比，干涉条纹间距将（变大、变小或不变）(4)若改用激光器进行双缝干涉实验，在激光器和双缝之间加入一个与光束垂直放置的偏振片，测得的干涉条纹间距与不加偏振片相比（变大、变小或不变）综合巩固1.（2025·河北·高考真题）自动洗衣机水位检测的精度会影响洗净比和能效等级。某款洗衣机水位检测结构如图1所示。洗衣桶内水位升高时，集气室内气体压强增大，铁芯进入电感线圈的长度增加，从而改变线圈的自感系数。洗衣机智能电路通过测定振荡电路的频率来确定水位高度。某兴趣小组在恒温环境中对此装置进行实验研究。(1)研究集气室内气体压强与体积的关系①洗衣桶内水位H一定时，其内径D的大小（填“会”或“不会”）影响集气室内气体压强的大小。②测量集气室高度、集气室内径d。然后缓慢增加桶内水量，记录桶内水位高度H和集气室进水高度，同时使用气压传感器测量集气室内气体压强p。H和h数据如下表所示。15.0020.0025.0030.0035.0040.0045.0050.000.330.400.420.520.610.700.780.87实验中使用同一把刻度尺对H和h进行测量，根据数据判断，测量（填“H”或“h”）产生的相对误差较小。③利用数据处理软件拟合集气室内气体体积V与的关系曲线，如图2所示。图中拟合直线的延长线明显不过原点，经检查实验仪器完好，实验装置密封良好，操作过程规范，数据记录准确，则该延长线不过原点的主要原因是(2)研究洗衣桶水位高度与振荡电路频率的关系图是桶内水位在两个不同高度时示波器显示的图像，u的频率即为振荡电路的频率。振荡电路的频率f与线圈自感系数L、电容C的关系是，则图中（填“甲”或“乙”）对应的水位较高。2．（2023·山东·高考真题）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，记录气体压强和体积（等于注射器示数与塑料管容积之和），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。

回答以下问题：（1）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．与成正比

B．与成正比（2）若气体被压缩到，由图乙可读出封闭气体压强为（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，则在计算乘积时，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的增大而（填“增大”或“减小”）。3．（2025·福建·高考真题）某实验小组探究糖水折射率n随浓度的变化规律。主要装置包括激光器和长方体玻璃缸，玻璃缸正面内侧刻有水平、竖直标尺，如图（a）所示。实验操作过程如下：（1）调配一定浓度的糖水，注入水平放置的玻璃缸中。（2）打开激光器，让激光紧贴玻璃缸正面内侧以一定入射角从空气折射入糖水。（3）调整激光器，使入射点O处于竖直刻度尺的正后方，光路如图（b）所示，其中A点是入射光线与玻璃缸上边沿所在平面的交点，B点是折射光线与玻璃缸底部的交点，A、B点到法线的距离分别为，到液面的距离分别为。测得的值，并利用表达式（用表示）求出糖水折射率。（4）改变缸内糖水浓度，进行多次实验，将实验数据填入下表。浓度/%11.821.132.039.151.1折射率n1.341.361.381.401.42（5）在图（c）给出的坐标纸上补上浓度的数据点。分析图中数据点，可知糖水折射率随浓度近似线性变化，绘制出“”图线。（6）由所绘图线可知，糖水浓度每增加10.0%，折射率增大。（结果保留2位有效数字）4．（2024·浙江·高考真题）如图所示，用“插针法”测量一等腰三角形玻璃砖（侧面分别记为A和B、顶角大小为）的折射率。①在白纸上画一条直线ab，并画出其垂线cd，交于O点；②将侧面A沿ab放置，并确定侧面B的位置ef③在cd上竖直插上大头针P1和P2，从侧面B透过玻璃砖观察P1和P2，插上大头针P3，要求P3能挡住（选填“P1”、“P2”或“P1和P2”）的虚像；④确定出射光线的位置（选填“需要”或“不需要”第四枚大头针；⑤撤去玻璃砖和大头针，测得出射光线与直线ef的夹角为α，则玻璃砖折射率n=。5．（2024·安徽·高考真题）某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验．(1)为测量玻璃的折射率，按如图所示进行实验，以下表述正确的一项是________。（填正确答案标号）A．用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和B．在玻璃砖一侧插上大头针、，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使把挡住，这样就可以确定入射光线和入射点。在眼睛这一侧，插上大头针，使它把、都挡住，再插上大头针，使它把、、都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点C．实验时入射角应尽量小一些，以减小实验误差(2)为探究介质折射率与光的频率的关系，分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面．保持相同的入射角，根据实验结果作出光路图，并标记红光和绿光，如图乙所示．此实验初步表明：对于同一种介质，折射率与光的频率有关．频率大，折射率（填“大”或“小”）(3)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图丙、丁所示。保持相同的入射角，测得折射角分别为、，则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃n介质（填“”或“”）。此实验初步表明：对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。6．（2024·河北·高考真题）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1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、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：单色光类别单色光1