专题21 热学和光学实验（练习）（教师版）

专题21热学和光学实验目录TOC\o"1-2"\h\z\u01模拟基础练 2题型一油膜法估测分子直径 2题型二探究气体等溫变化的规律 6题型三测定玻璃的折射率 10题型四用双缝干涉测量光的波长 15

题型一油膜法估测分子直径1．（2024·黑龙江吉林·模拟预测）小明同学在估测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：①取油酸1.0mL注入1000mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到1000mL的刻度为止。摇动容量瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸和酒精混合溶液；②用滴管吸取混合溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒内体积达到1.0mL为止，恰好共滴了100滴；③在浅水盘内注入约2cm深的水，将细痱子粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取混合溶液，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，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将画有油膜形状的玻璃板放在每小格边长为2.0cm的方格纸上。(1)利用上述具体操作中的有关数据可知，油膜的面积是cm2，估测出油酸分子的直径是m（此空保留一位有效数字）。(2)小明同学通过实验得到的油酸分子的直径和大多数同学相比，测量结果偏大。对于出现这种结果的原因，可能是由于（）A．在求每滴溶液体积时，1mL溶液的滴数少记了2滴B．计算油酸面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理C．水面上痱子粉撒的较多，油酸膜没有充分展开D．油膜中含有大量未溶解的酒精【答案】(1)4322×10-10(2)AC【详解】（1）[1]由图中油膜轮廓可知，油膜大约有108个小方格，则油酸膜的面积为[2]一滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为所以油酸分子直径为（2）A．在求每滴溶液体积时，1mL溶液的滴数少记了2滴，使得一滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积计算值偏大，根据可知，直径测量值偏大，故A正确；B．计算油酸面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理，使得油膜面积计算值偏大，则直径测量值偏小，故B错误；C．水面上痱子粉撒的较多，油酸膜没有充分展开，使得油膜面积计算值偏小，直径测量值偏大，故C正确；D．油膜中含有大量未溶解的酒精，使得油膜面积计算值偏大，直径测量值偏小，故D错误。故选AC。2．（2024·北京东城·一模）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（填写实验步骤前的序号）。a．往边长约为的浅盘里倒入约深的水，待水面稳定后将适量的痱子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的大小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，然后将油酸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溶液中有纯油酸体积，用注射器和量筒测得体积的上述溶液有n滴，把一滴该溶液滴入盛水的撒有痱子粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄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，则油酸薄膜的面积；可求得油酸分子的直径为（用、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．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开D．用注射器和量筒测体积溶液滴数时多记录了几滴【答案】(1)dabec(2)(3)BC【详解】（1）实验过程应先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，后往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上，再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，随后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，最后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的大小。即实验步骤的正确顺序是dabec。（2）[1]根据数格子的办法，多于半格算一格，少于半格舍去，油膜的总格数为71格，则油膜总面积为[2]由于所用油酸酒精溶液每体积溶液中有纯油酸体积，则溶液的浓度为用注射器和量筒测得体积为的上述溶液有n滴，则一滴溶液中纯油酸的体积为油酸分子直径为联立解得（3）根据A．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；B．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；C．水面上痱子粉撒得太多，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；D．用注射器和量筒测体积溶液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。故选BC。3．（2024·陕西安康·模拟预测）某同学用油膜法估测油酸分子的大小，实验步骤如下：①将1mL纯油酸配制成2000mL的油酸酒精溶液；②用小注射器抽取油酸酒精溶液，并将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，直到量筒中的溶液体积为1mL时共计滴入了61滴；③向浅盘中倒入约2cm深的水，并将爽身粉均匀地撒在水面上；④用注射器在水面上滴一滴配制好的油酸酒精溶液；⑤待油酸薄膜的形状稳定后，将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，并用彩笔在玻璃板上描出油酸薄膜的形状，如图所示。每滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积为（保留两位有效数字）；已知图中每个小方格的边长为1cm，由图可知油膜的面积为（保留三位有效数字），油酸分子的直径为m（保留两位有效数字）。【答案】（）或【详解】[1]每滴溶液中含有的纯油酸的体积[2]将大于半格算一格，小于半格舍去，数得的格子数为125格，则油膜的面积[3]油酸分子直径的大小题型二探究气体等溫变化的规律4．（2024·浙江宁波·一模）(1)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）。A． B． C． D．(2)在上述实验时，每油酸酒精溶液中有纯油酸，用注射器测得80滴这样的溶液为。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，可估算油酸分子的直径大小约为m。（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，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。A． B．C． D．【答案】(1)AC(2)(3)B【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AC。（2）1滴油酸酒精溶液中有纯油酸的体积故油酸分子的直径为（3）根据理想气体状态方程整理可得由此可知，随着环境温度的升高，图像的斜率会逐渐变大，B正确，ACD错误。故选B。5．（2024·安徽·一模）某同学用图示实验装置探究一定质量的气体等温变化的规律。将注射器水平固定，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，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。在温度不变的条件下缓慢移动活塞压缩气体并记录多组压力F和体积V的值，假设活塞受到的摩擦可忽略不计。(1)甲同学想通过作出的图像探究等温变化的规律，则还需要测量的物理量有：（

）A．气体的温度 B．注射器的内径 C．大气压强 D．被封闭气体的质量(2)乙同学根据实验数据作出的图像如图，已知图像的斜率为k，图像与纵轴交点的纵坐标的绝对值为b，假设注射器内的气体的状态变化遵循玻意耳定律，若细管内气体体积可忽略，则气体刚被封闭时的体积为（用k和b表示）；若细管内气体体积不可忽略，则随着的增大，图像的斜率（选填：变大、变小、不变）。【答案】(1)BC(2)变小【详解】（1）设大气压强为，被封闭气体的横截面积为，对活塞有气体压强为若要做的图像，还需要测量气柱的横截面积和大气压，横截面积可以通过测量注射器的内径计算得出。故选BC。（2）[1]设气体刚封闭时，气体体积为，此时的压强为，细管内的体积忽略不计，由玻意耳定律得整理得则，，[2]若细管内的气体体积不可忽略，设细管内的体积为，由玻意耳定律得（C为定值）整理得增大时，图像斜率在变小。6．（2024·浙江·三模）使用如图1装置做“探究气体压强与体积的关系”的实验，已知压力表通过细管与注射器内的空气柱相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。(1)为了探究压强p与体积V的关系，在测得需要的实验数据后，为达到“探究”的实验目的，用图像法进行数据分析，从下列选项中选出需要的步骤并按顺序排列______。A．作图像，根据画出的图线猜测p与V的关系B．作图像，根据画出的图线猜测p与V的关系C．作图像，对p与V关系的猜测进行检验D．作图像，对p与V关系的猜测进行检验E．检验正确，得出p与V关系的结论(2)第1小组为了探究一定质量的气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律，进行了两次实验，得到的图像如图2所示。第2小组根据某次实验数据作出的图如图3所示。下列说法正确的是______A．实验前应将注射器里的空气完全排出B．为了减少实验误差，可以在柱塞上涂上润滑油，以减少摩擦C．由图2可知，第1小组的两次实验气体温度大小关系为D．如图3所示，若第2小组实验操作正确，则为联通空气柱与压力表细管的体积(3)如图4所示，小明从状态A缓慢拉升柱塞，使其到达状态B（体积为）。若此时突然提升柱塞，使其快速到达体积，则此时对应下图中的状态（填“C”、“D”、“E”、“F”）（图中A、B、E为同一等温线上的点）【答案】(1)ADE(2)CD(3)F【详解】（1）根据实验原理可作p−V图像，根据画出的图线猜测p与V的关系，再作图像，对p与V关系的猜测进行检验，检验正确，得出p与V关系的结论。故选ADE。（2）A．实验是以注射器内的空气为研究对象，所以实验前注射器内的空气不能完全排出，故A错误；B．为了减少实验误差，可以在柱塞上涂上润滑油，以保证气密性良好，故B错误；C．根据理想气体状态方程pV=CT可知，离坐标原点越远的等温线温度越高，则有，故C正确；D．设联通空气柱与压力表细管的体积为，则有整理可知根据图像可知为联通空气柱与压力表细管的体积，故D正确；故选CD。（3）快速到达体积，气体对外界做功，热量几乎不变，根据热力学第一定律可知，内能减小，温度降低，则对应图中的状态F。题型三测定玻璃的折射率7．（2024·湖北·高考真题）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和，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、，、是垂足，并用米尺分别测量、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”）。【答案】(1)B(2)1.57(3)不变【详解】（1）A．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；B．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；C．相同的材料在各点的折射效果都一样，故C错误。故选B。（2）设半圆柱体玻璃砖的半径为，根据几何关系可得入射角的正弦值为折射角的正弦值为折射率可知图像斜率大小等于折射率，即（3）根据（2）中数据处理方法可知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。8．（2023·广东·高考真题）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点水平入射，到达面上的点后反射到点射出．用大头针在白纸上标记点、点和激光笔出光孔的位置②移走玻璃砖，在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作连线的延长线与面的边界交于点，如图（a）所示

③用刻度尺测量和的长度和．的示数如图（b）所示，为。测得为

（3）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为（结果保留3位有效数字）（4）相对误差的计算式为。为了减小测量的相对误差，实验中激光在点入射时应尽量使入射角。【答案】2.251.51稍小一些【详解】（2）③[1]刻度尺的最小分度为0.1cm，由图可知，为2.25cm；（3）[2][3]玻璃砖折射率的表达式带入数据可知（4）[4]相对误差的计算式为，为了减小测量的相对误差，实验中要尽量稍大一些，即激光在点入射时应尽量使入射角稍小一些。9．（2023·海南·高考真题）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S1S2间的距离会（填“变大”，“变小”或“不变”）。【答案】变小【详解】（1）[1]根据题意画出光路图如下图所示

（2）设光线在C点的入射角为θ、折射角为α，根据折射定律有nsinθ=sinα由于射入玻璃砖的入射角是射出玻璃砖的折射角，则S1S2=CB根据几何关系可知，联立解得（3）[3]若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则画出光路图如下

可看出S1S2间的距离变小。10．（2024·陕西·模拟预测）“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖，和分别是玻璃砖与空气的两个界面，且。实验中用A、B两个大头针确定入射光路，两个大头针确定出射光路，和分别是入射点和出射点，如图甲所示(1)在插大头针和时，应使（）A．只挡住的像 B．只挡住的像 C．同时挡住的像(2)关于该实验的操作，以下说法正确的是（）A．在界面，入射角应尽量小些，可以减小误差B．在界面，若入射角太大，光会在玻璃砖的下表面发生全反射C．在确定界面时，可以用铅笔沿着玻璃砖的边画线D．选择玻璃砖时，其两个界面和可以不平行(3)若实验中测得玻璃砖厚度到过点的法线的距离到玻璃砖的距离到的距离，则玻璃砖的折射率。(4)如图乙所示，实验中将玻璃砖界面和的间距画得过宽。若其他操作正确，则折射率的测量值（选填“大于”“小于”或“等于”）准确值。【答案】(1)C(2)D(3)(4)小于【详解】（1）在“测定玻璃砖的折射率”实验中，由折射的光路可知插针时应使同时挡住的像，同时挡住和的像，故选C。（2）A．在界面，入射角适当大些，可以减小误差，A错误；B．由于玻璃砖上下表面平行，光在下表面的入射角等于上表面的折射角，根据光路可逆可知，光在玻璃砖的下表面的折射角等于上表面的入射角，即不会发生全反射、B错误；C．不可以用铅笔沿着玻璃砖的边画线，防止滑伤和污染玻璃砖光学面，C错误；D．实验选择玻璃砖只要可以得到入射角和折射角即可，其两个界面和可以不平行，D正确。故选D。（3）从点射入时，设入射角为，折射角为。根据题中所给数据可得再由折射定律可得玻璃砖的折射率（4）光路如图所示，这种做法使折射角测量值偏大，由折射定律知折射率测量值小于真实值。题型四用双缝干涉测量光的波长11．（2022·海南·高考真题）在用双缝干涉测量光的波长的实验中，如图所示，则：①a、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②如果双缝间距是d，双缝到毛玻璃的距离是L，第一条亮纹到第六条亮纹间距是x，则光的波长是。（用x、d、L表示）【答案】A【详解】①[1]由双缝干涉原理可知，先用滤光片得到单色光，然用单缝得到细长的光源，最后用双缝得到两束相干光，故a、b分别单缝和双缝。故选A。②[2]第一条亮纹到第六条亮纹间距是x，则相邻亮条纹间距为根据可得光的波长是12．（2024·山东·模拟预测）用双缝干涉测量光的波长的实验装置如图甲所示，仪器有：光具座、光源、单缝、双缝、滤光片、遮光筒、毛玻璃屏、测量头（图中未画出）等。(1)如图甲所示安装好仪器，先调整光源的位置，使光源发出的光沿方向进入遮光筒并照亮光屏；再放置单缝和双缝，使缝相互（选填“平行”或“垂直”），再安置好滤光片，通过测量头观察屏上的单色光的双缝干涉图样。(2)图甲中滤光片的位置是。（选填“①”、“②”或“③”）(3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该条纹记为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示。然后同方向转动测量头手轮，使分划板中心刻线与第9条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如丙图所示，该示数为mm。(4)已知双缝间距为，测得双缝到屏的距离为，则测得该光的波长为（结果保留三位有效数字）。【答案】(1)轴线平行(2)①(3)15.770(4)620【详解】（1）[1][2]要想形成稳定的干涉图样需要光沿遮光筒的轴线进入遮光筒，单缝、双缝需要相互平行。（2）滤光片应置于光源和单缝之间，故应置于①位置。（3）丙图中螺旋测微器读数为（4）乙图中螺旋测微器读数为，由可知解得13．（2024·四川遂宁·模拟预测）某实验小组用双缝干涉测量光的波长，实验装置如图甲所示。(1)将实验仪器按要求安装在光具座上，在如图1甲中A、B处分别应该安装的器材和滤光片的位置依次是（）A．A处为双缝、B处为单缝，滤光片在光源和凸透镜之间B．A处为单缝、B处为双缝、滤光片在A和B之间C．A处为双缝，B处为单缝、滤光片在遮光筒内D．A处为单缝、B处为双缝、滤光片在凸透镜和A之间(2)已知双缝间距离d＝0.20mm，双缝到毛玻璃屏间的距离为l＝75.