专题十五：热学和光学实验（原卷版）

二轮复习专题十五：热学和光学实验（原卷版）二轮复习专题十五：热学和光学实验（原卷版）TOC\t"二轮标题1,1,二轮复习2,2,二轮复习3,3"\h01考情分析 202知识构架 303题型突破 4一、热学实验 4考向一：用油膜法估测油酸分子的大小 5考向二：探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 6二、光学实验 12考向一：测量玻璃的折射率 13考向二：实验：用双缝干涉测量光的波长 1504自我提升 19

01考情分析往年命题规律从近3年以来的高考命题来分析，热学实验和光学实验的考查频次较少，主要围绕实验原理、实验操作、数据分析和误差分析进行考查，考查的内容较为简单，主要是要掌握实验的基础。考点频次总结考点2025年2024年2023年热学实验浙江·高考真题广西·高考真题河北·高考真题上海·高考真题北京·高考真题山东·高考真题浙江·高考真题江苏·高考真题光学实验北京·高考真题福建·高考真题上海·高考真题浙江·高考真题北京·高考真题安徽·高考真题广东·高考真题江西·高考真题河北·高考真题湖北·高考真题广东·高考真题2026年向预测2026年高考热学实验和光学实验考查的概率相较于其他实验的考查概率较低，考查的难度也较低，主要以掌握实验的基本原理和操作为主，会进行简单的数据处理和误差分析。素养目标1.掌握实验的基本原理，实验的基本操作；2.能从实验的基本原理做出数据处理。核心能力1.数据处理的能力，通过实验原理推导出实验的结果；2.掌握误差分析的能力，从而提出减小误差的方案；

02知识构架

03题型突破一、热学实验【知识储备】（一）用油膜法估测油酸分子的大小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=VS2.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=V0N3.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)。（二）探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系1.实验方法：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，应在柱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(其中的一支)，如图甲。处理实验数据时，要通过变换，即画p-1V图像，把双曲线(其中的一支)变为直线，说明p和V【考向预测】考向一：用油膜法估测油酸分子的大小例1例1(1)下列有关该实验的说法正确的是______A．图中正确的操作步骤顺序是：丙→丁→乙→甲B．油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验C．往浅盘中滴入油酸酒精溶液后应立即描绘油膜轮廓(2)若实验时油酸酒精溶液中纯油酸占总体积的0.2%，用注射器测得100滴溶液体积为1mL，取1滴该溶液滴入浅盘中，即滴入浅盘中的油酸体积为______cm3。(3)3个实验小组分别得到以下油膜形状，其中最理想的是______。A．B．C．变1变1-1(1)本实验利用了油酸分子易在水面上形成__________（填“单层”或“多层”）分子油膜的特性。(2)实验已经测得一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为；将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图所示，小方格的边长为。由图可知油膜面积为__________（结果保留2位有效数字）；计算出油酸分子直径为__________（结果保留1位有效数字）。考向二：探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系例2例2①测出软管内空气的体积为0.9mL；②在注射器内用活塞封闭一定量的气体，将注射器、软管、压强传感器、数据采集器和计算机逐一连接起来；③缓慢移动活塞至某一位置，待示数稳定后记录注射器和软管内封闭气体的总体积和由计算机显示的气体压强；④重复上述步骤③，多次测量并记录；⑤计算机根据p、V值，作出图像。(1)实验操作中除了保证封闭气体的温度恒定以外，还需要在活塞上均匀涂抹润滑油，主要目的是为了______；(2)根据记录数据，作出如图（b）所示的图。对图线进行分析，若在实验误差允许范围内，、、、之间满足关系式_____，则说明一定质量的气体在温度不变时压强与体积成反比。图中阴影部分的物理意义是______。变2-1（2025·北京大兴·模拟预测）用气体压强传感器做“探究气体等温变化的规律”实验，实验装置如图甲所示。变2-1(1)下列说法或操作正确的是（）A．在注射器柱塞上涂抹润滑油的目的是防止封闭气体泄露B．推拉活塞时为了稳定，应用手握紧注射器筒的空气柱部分，并迅速推拉活塞改变气体体积C．实验过程中应保持周围环境温度不变D．多测几组、数据，记录并作出图像，若图像为曲线即可说明、成反比关系(2)在操作规范，不漏气的前提下，某同学测得多组压强和体积的数据并作出图线，如果胶管中含有一定质量的气体，作出的图像可能是（）A． B． C．(3)在不同温度环境下，另一位同学对相同气体重复了上述实验，实验操作和数据处理均正确，得到的图像如图乙所示。两次操作中气体的温度分别为和，则和的大小关系为___________。（选填“>”、“<”或“=”）变2-2（2026·河北·一模）为了探究“等温条件下气体压强与体积的关系”，某同学设计了如图甲所示的实验装置。水平桌面上固定一足够高、导热性能良好、开口向上的汽缸，质量为m0、横截面积为S、厚度不计的光滑活塞密封一定质量的理想气体，轻质细绳一端连接活塞中心，另一端绕过两个光滑定滑轮连接轻质沙桶（桶中开始没有细沙），连接活塞的细绳竖直，在桶中加入细沙之前，活塞稳定时，活塞到汽缸底部的高度为。已知重力加速度为g，大气压强为，环境温度不变。变2-2(1)在桶中加入细沙之前，活塞稳定时，密封气体的压强_________。(2)在沙桶中缓慢加入一定质量的细沙，活塞稳定时，记录下沙桶中细沙的质量m与活塞到汽缸底部的高度h，多次重复这一过程，得到多组m、h的数据，利用所得数据，描绘出图像如图乙所示，则该图像的纵截距为_________；根据图乙可知该图像的横截距为a，若在误差允许的范围内，满足大气压强_________，则温度一定时，气体压强与体积成反比。【直击真题】1．（2026·浙江·高考真题）在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中(1)以下说法正确的是________A．图示油膜形状是由于撒粉太少引起的B．按图示油膜面积进行计算，测得油酸分子直径偏大C．油酸酒精溶液放置长时间后使用，测得油酸分子直径偏大(2)测得一滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为V，根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，数出轮廓范围内正方形的个数，整格的为个，多于半格不足整格的数量为个，已知每格的面积为S，则油酸分子的直径为________。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·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。二、光学实验【知识梳理】（一）测量玻璃的折射率1.一个重要实验步骤在玻璃砖的另一侧插上大头针P3，使大头针P3挡住大头针P1、P2的像，再插上大头针P4，使大头针P4挡住大头针P3和大头针P1、P2的像。2.三个数据处理的方法(1)计算法：由n=sinθ1sin(2)图像法：作sinθ1-sinθ2图像，由n=sinθ(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=EHOE，sinθ2=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。（二）测量玻璃的折射率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=ldλ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ3.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=|a【考向预测】考向一：测量玻璃的折射率例3（2026·云南昆明·模拟预测）某同学做“插针法测量玻璃折射率”的实验，、是玻璃砖的边界，、、、是正确操作下插的大头针的位置，为入射点，如图甲所示。据此回答下列问题。例3(1)该同学在插大头针的过程中______；A．需要挡住B．需要挡住跟的像C．需要挡住跟、的像(2)如图乙所示，正确作出光路图后，实验小组以入射点为圆心，为半径作圆，圆与入射光线、折射光线分别交于、两点，再过、作法线的垂线，垂足分别为、点，测得，，则玻璃的折射率为______（结果保留3位有效数字）；(3)该同学在插针时不小心插得偏左了一点，则折射率的测量值______（填“偏大”“不变”或“偏小”）。变3-1（2026高三·全国·专题练习）如图1所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜，并确定AB和AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针和，再从棱镜的右侧观察和的像。变3-1(1)此后正确的操作步骤是____。A．插上大头针，使挡住的像B．插上大头针，使挡住、的像C．插上大头针，使挡住的像D．插上大头针，使挡住以及和的像(2)正确完成上述操作后，在纸上标出大头针、的位置（图1中已标出）。为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干条辅助线，如图2甲、乙所示。能够仅通过测量、的长度便可正确计算出折射率的是图____（填“甲”或“乙”），所测玻璃折射率的表达式____（用代表线段长度的字母、表示）。变3-2（2026·陕西西安·模拟预测）图甲是某学习小组自制的“液体折射率测量仪”装置，由一端有转轴的主支架和两根与主支架垂直的分支架1和2组成，分支架1上沿其轴线方向固定一支激光笔，一直角扇形量角盘固定在主支架和分支架1之间，交点处用细线悬挂一重锤，分支架2上放置装有待测液体的透明容器，整个装置可绕转轴在竖直面内转动。变3-2(1)打开激光笔开关，让激光垂直容器壁射入液体并在液面处出现图乙所示的光路，缓慢转动装置，为了使透射出液面的光线消失，主支架绕转轴的转动方向为________（填“顺时针”或“逆时针”）；(2)将透射出液面的光线恰好消失时重垂线与主支架间的夹角记为θ，则该待测液体的折射率的表达式为________，越靠近激光笔，标注的折射率值________（填“越大”“不变”或“越小”）；(3)若容器壁稍增厚，则激光在液面处的入射角________（填“增大”“不变”或“减小”）。考向二：实验：用双缝干涉测量光的波长例4例4(1)在光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②滤光片、③________、④双缝、⑤遮光筒、⑥光屏（含测量头）。(2)在某次测量中，将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹记为第1条亮条纹，读出手轮上的示数。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示，则的示数为________mm。(3)已知双缝间距，测得双缝到屏的距离，求得相邻亮条纹的间距，则所测红光波长为________m。（保留两位有效数字）变4-1（2026·福建泉州·一模）“用光传感器做双缝干涉的实验”装置图如图甲所示，光传感器可以把光的强度在轴上各点分布情况，通过计算机显示成图像。变4-1(1)双缝挡光片应该是图甲中__________（填“”或“”）。(2)光源有红光和绿光两种，其中红光在计算机屏幕上显示的图像是__________（填“乙”或“丙”）(3)某次实验中，已知双缝间距为，双缝到光传感器间的距离为，计算机上显示第1条明条纹中心的横坐标为，第5条明条纹中心的横坐标为，由以上数据可测得该单色光的波长是__________（保留三位有效数字）。【直击真题】1.（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）2.（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=____________________。3（2025·北京·高考真题）(1)下列实验操作，正确的是________（填选项前的字母）。A．用单摆测重力加速度时，在最高点释放摆球并同时开始计时B．探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系时，使用多用电表的交流电压挡测电压C．用多用电表测电阻前应先把两表笔短接，调整欧姆调零旋钮使指针指向欧姆零点(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双缝应该放置在图1中________处（填“A”或“B”）。②分划板中心刻线与某亮纹中心对齐时，手轮上的示数如图2所示，读数为________。(3)某电流表出现故障，其内部电路如图3所示。用多用电表的欧姆挡检测故障，两表笔接时表头指针不偏转，接和时表头指针都偏转。出现故障的原因是________（填选项前的字母）。A．表头断路 B．电阻断路 C．电阻断路

04自我提升 1.（25-26高三上·天津·月考）在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，已知实验室中使用的油酸酒精溶液的浓度为A，N滴溶液的总体积为V。在浅盘中的水面上均匀撒上痱子粉，将一滴溶液滴在水面上，待油膜稳定后，在带有边长为L的正方形小格的玻璃板上描出油膜的轮廓如图，测得油膜占有的正方形小格个数为n。(1)以下假设与本实验有关的是_____；A．将油酸分子视为球形B．将油膜看成单分子层C．油膜中分子沿直线排列D．油酸分子紧密排列无间隙(2)油酸分子直径约为______（用题中所用符号表示）；(3)某同学所得到的油酸分子直径的计算结果明显偏大，可能是由于_____；A．油酸未完全散开时就描下油膜轮廓B．计算油膜面积时把半格左右的均算成一格C．实验使用的油酸酒精溶液在空气中搁置了较长时间D．在向量简中滴入总体积为V的N滴油酸酒精溶液时，滴数多数了10滴2.（2025·甘肃白银·三模）某实验小组使用如图所示装置探究等温条件下一定质量气体的压强与体积的关系。圆筒内通过可移动的柱塞密封一定质量的气体，柱塞下使用细绳悬挂重物，圆筒导热性良好，通过改变重物质量读取多组重物质量m、气体体积V的数值，并通过作图探究两者之间的关系。(1)柱塞处涂抹润滑油的目的是________。（多选）A．增加导热性B．增加气密性C．减小柱塞与圆筒之间的摩擦(2)该实验小组按照规范操作，通过作图探究两者之间的关系，为使图像呈直线，应描绘的是________。A．V-m B． C．(3)该实验小组逐步增大重物质量，得到（2）中的图像的斜率为k、纵截距为b，不考虑柱塞与圆筒间的摩擦，已知柱塞的横截面积为S，当地的重力加速度为g，测得当地的大气压强为，则柱塞的质量为________（使用题中所给字母表示）。若当地的大气压强测量值偏小，则测得的柱塞的质量________（填“大于”“小于”或“等于”）真实的柱塞的质量。3.（2025·湖北·三模）某同学用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系，实验装置如图所示，实验中通过注射器示数读出气体体积V，用气压传感器记录气体压强p，研究气体压强和体积的关系。(1)关于本实验过程中的说法正确的是________。A．推拉活塞时，为了读数准确，动作要快B．推拉活塞时，为了稳定，手要握住注射器筒C．压强传感器与注射器之间的软管脱落后，应立即重新接上，继续实验并记录数据D．活塞和针筒之间的摩擦并不影响压强的测量(2)某同学在做实验时，按实验要求组装好实验装置，然后按实验要求推动活塞，使注射器内空气体积发生变化，实验数据如下表所示，请在图中作出V与的关系图像。序号V/mLp/（×105Pa）/（×10－5Pa－1）1181.0380.9632161.1600.8623141.3110.7634121.5120.6615101.7840.561682.1780.459762.7930.358(3)本实验中，可以由V与的关系图像验证气体等温变化时p与V的关系，其依据是V与成________（选填“正比”或“反比”）。(4)由于在实验中未考虑软管中气体的体积，实验结果有一定的误差，此误差属于________（选填“系统误差”或“偶然误差”）。(5)由图像可以求得软管中气体的体积为________mL。（保留两位有效数字）4.（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。5.（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“