第17讲　光学、热学实验

第17讲光学、热学实验01.命题分类剖析

命题点一命题点二命题点三内容索引01.命题分类剖析命题点一光学实验例1[测量玻璃的折射率](2025·海南卷，8)测量某半圆形玻璃砖的折射率，操作步骤如下Ⅰ.在白纸上画一条直线，半圆形玻璃砖放白纸上，玻璃砖直径与直线重合，描出直径两端点A和B，取走玻璃砖，用刻度尺求圆心O点，过O点作AB垂线CO，放回玻璃砖，将光屏垂直AB贴近玻璃砖A点放置．Ⅱ.沿玻璃砖由C向B缓慢移动激光笔，使得入射光线平行纸面且始终沿着半径方向射向圆心O，从玻璃砖射出的激光在AB下方的光屏上恰好消失，记下激光入射点D，取走玻璃砖，过D点作CO的垂线DE.(1)步骤Ⅱ中，当激光从D点入射到O点在AB面下方光屏上恰好消失时是光的________．A．色散现象B．衍射现象C．全反射现象C解析：当激光从D点入射到O点，从玻璃砖射出的激光在AB面下方光屏上恰好消失时，此时光线在AB面发生全反射，故是光的全反射现象．(2)用刻度尺测得OB＝4.00cm、DE＝2.50cm，则玻璃砖的折射率n＝________．1.6

例2[用双缝干涉实验测量光的波长](2025·北京卷，15)(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B解析：最高点小球速度为0，有加速过程造成摆动不明显，计时不准确，摆球在最低点速度最快，因此需要在最低点开始计时，A错误；变压器原、副线圈上为交变电压，使用多用电表的交流电压挡测量，B正确；用多用电表测电阻之前需要先进行机械调零，之后选择合适的倍率，然后将红黑表笔短接，进行欧姆调零，C错误．(2)用双缝干涉实验测量光的波长的实验装置如图甲所示．①双缝应该放置在图甲中________(选填“A”或“B”)处．B②分划板中心刻线与某亮纹中心对齐时，手轮上的示数如图乙所示，读数为________mm.3.185解析：双缝应置于单缝后边，因此A为单缝，B为双缝；螺旋测微器读数为3mm＋18.5×0.01mm＝3.185mm.(3)某电流表出现故障，其内部电路如图丙所示．用多用电表的欧姆挡检测故障，两表笔接A、B时表头Rg指针不偏转，接A、C和B、C时表头Rg指针都偏转．出现故障的原因是________(选填选项前的字母)．A．表头Rg断路B．电阻R1断路

C．电阻R2断路C解析：表头Rg断路，表笔连任意两端，电流都无法通过表头，均不发生偏转，A错误；电阻R1断路，连接A、B时，电流通过表头和R2与欧姆挡构成闭合回路，表头偏转，B错误；电阻R2断路，连接A、B时，电流无法通过表头和R2与欧姆挡构成闭合回路，表头不偏转；连接A、C和B、C均能与欧姆挡构成闭合回路，表头发生偏转，C正确．思维建模模型图解项目图例原理测量玻璃的折射率用双缝干涉测量光的波长命题点二热学实验例3[用油膜法估测油酸分子的大小]在“用油膜法估测分子的大小”实验中，将体积为V1的纯油酸配成总体积为V2的油酸酒精溶液，用注射器取体积为V0的上述溶液，再把它一滴一滴地全部滴入烧杯，滴数为N.(1)此后，图甲中操作正确的顺序可以是B________(用字母符号表示)．DCA解析：实验过程正确操作步骤如下：①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；②往浅盘里倒入约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；③用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上；④待薄膜形状稳定后，将玻璃板平放在浅盘上，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的大小．据此可知，实验步骤的正确操作顺序是BDCA.(2)把一滴油酸酒精溶液滴入浅盘中，待稳定后得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图乙所示．图中每个小正方形格的边长为a，则油酸薄膜的面积S＝________；可估算出油酸分子的直径为________(用V1、V2、V0、N、S表示)．93a2

例4[探究等温情况下一定质量的气体压强与体积的关系]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．

B

(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(保留三位有效数字)．(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”)．2.04×105增大

思维建模模型图解项目图例说明用油膜法估测分子的大小探究等温情况下一定质量的气体压强与体积的关系命题点三综合创新实验例5(2025·山东青岛三模)图甲为用光传感器做双缝干涉实验的装置，单色光源在铁架台的最上端，中间是刻有双缝的挡板，下面带有白色狭长矩形的小盒是光传感器，沿矩形长边分布着许多光敏单元，传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在显示器上显示出来．某实验小组要用该装置在暗室里检测一块玻璃板的厚度是否均匀，若厚度不均匀，进一步精确测量其厚度差．(计算结果均保留两位有效数字)请回答下面问题：(1)该小组同学检测前先测量所用单色光的波长，调整双缝的高度和光传感器位置，显示器上显示的干涉条纹光强分布如图乙中的实线所示，则相邻两条亮纹(或暗纹)间距Δx＝______mm；该小组又测得双缝到光传感器的距离L＝53.33cm，已知双缝间距d0＝0.25mm，则该单色光的波长λ＝________m.7.5×10-71.6

(2)保持双缝和光传感器的位置不变，将玻璃板紧贴挡板放置，如图丙所示，此时显示器上显示的干涉条纹光强分布如图乙中的虚线所示，说明____(选填“S1”或“S2”)处玻璃板较厚．已知玻璃板对该单色光的折射率为n＝1.5，则S1与S2两处玻璃板的厚度差Δd＝________m.3.0×10-6S2解析：当玻璃板紧贴挡板放置时，光线通过玻璃板后会产生光程差，由于玻璃对光的折射率大于空气，光在玻璃中传播的速度较慢，因此通过玻璃板的光线的光程差增大，由乙图可知，干涉条纹向右移动，说明光线通过S2处玻璃板后的光程比S1长，所以S2处玻璃较厚；由乙图可知，条纹移动了两个条纹间距，则x＝2λ，x＝(n－1)Δd，代入数据解得Δd＝3.0×10-6

m.例6(2025·河北卷，12)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(a)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LC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________(选填“会”或“不会”)影响集气室内气体压强的大小．不会②测量集气室高度h0、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h，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．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________(选填“H”或“h”)产生的相对误差较小．H/cm15.0020.0025.0030.0035.0040.0045.0050.00h/cm0.330.400.420.520.610.700.780.87H

解析：(1)①集气室内气体压强等于桶内水位高度H和集气室进水高度的高度差产生的压强和大气压强之和，根据p＝p0＋ρg(H－h)可知其内径D的大小不会影响集气室内气体压强的大小；②由于实验中使用同一把刻度尺进行测量，分度值相同，根据数据分析，桶内水位高度H明显大于集气室内进水高度h，所以测量桶内水位高度H产生的相对误差较小；③该延长线不过原点的主要原因是与集气室相连的细管中的气体被忽略不计，导致集气室气体体积V相比于实际气体体积偏小．

乙

1.(8分)(2025·江西宜春模拟)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验装置按要求安装在光具座上，如图甲所示．(1)测量过程中，图甲中遮光筒上方①号装置为拨杆，其作用为调节单缝与双缝的角度使其相互________(选填“平行”或“垂直”)．平行解析：①号装置为拨杆，其作用为调节单缝与双缝的角度使其相互平行．(2)图甲中②号装置的名称是________(选填“光屏”或“目镜”)．解析：②号装置的名称是目镜．目镜(3)将测量头的分划板中心刻线与图乙中亮条纹A中心对齐，此时手轮上的示数如图丙所示．然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与亮条纹B中心对齐，此时手轮上的示数如图丁所示，则相邻亮条纹的间距为________mm(结果保留三位有效数字)．1.65

(4)若双缝间距d＝0.4mm，光屏与双缝间的距离为L＝1m，则所测光的波长为________nm.660

2．(6分)(2025·山东济南三模)某同学利用“插针法”测量一圆柱体玻璃砖的折射率，由于玻璃颜色较深，在另一侧很难观测到对侧插的大头针，于是找来激光笔辅助完成实验．激光束很细但很强，不能用眼睛直接观测，利用激光照亮大头针以确定光路．正确操作后，大头针的位置如图中的P1、P2、P3、P4所示，圆为玻璃砖的截面图，O为圆心．(1)关于本实验的操作，下列说法正确的是______(填正确答案标号)．A．P1、P2的间距应尽量小些B．P3、P4的间距应尽量大些C．插大头针时应垂直纸面插入答案：BC解析：为了更准确的确定光的方向，则P1、P2的间距以及P3、P4的间距都应尽量大些，A错误，B正确；插大头针时应垂直纸面插入，C正确．(2)插大头针的顺序为________(填正确答案标号)．A．P1、P2、P3、P4 B．P1、P2、P4、P3C．P4、P3、P2、P1 D．P4、P3、P1、P2答案：C解析：由于激光太强，不能用眼睛直接观测；所以只能先插光路后面的针，否则光被挡住，后面的针无法确定位置；故应先插上P4，此时P4被照亮，再插上P3，此时P3被照亮，P4不再被照亮；然后再在另一侧插上P2，此时P3、P4均不再亮，只有P2亮，最后插上P1，使P2、P3和P4均不再被照亮，只有P1亮，则找到对应的光路图．故对应的正确的插针顺序应是P4、P3、P2、P1，C正确．(3)在图中作出光路图．解析：光路如图3．(6分)(2025·云南昆明模拟)某同学通过双缝干涉实验测量发光二极管(LED)发出光的波长．图甲为实验装置示意图，双缝间距d＝0.450mm，双缝到毛玻璃的距离l＝365.0mm，实验中观察到的干涉条纹如图乙所示．当分划板中心刻线对齐第1条亮条纹中心，手轮上的读数为x1＝2.145mm；当分划板中心刻线对齐第5条亮条纹中心，手轮上的读数为x5＝4.177mm.完成下列填空：(1)相邻两条亮条纹间的距离Δx＝________mm.0.508

答案：B

(3)则待测LED发出光的波长为λ＝________nm(结果保留三位有效数字)．626

4．(6分)(2025·湖南常德三模)在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，小红将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．(1)某次实验，小红把1滴该溶液滴入撒有痱子粉的盛水浅盘，待液面稳定后，呈现出如图所示的“锯齿”边沿图样，出现该图样的可能原因是__________．A．浅盘中装的水量过多B．油酸酒精溶液滴得过少C．油酸酒精溶液放置时间过久D．痱子粉撒得太多，且厚度不均匀