2021年新高考真題物理匯編27 熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)（解析版）

專題27熱學(xué)與光學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.（2021年6月浙江選考物理）圖示是“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)的裝置。實(shí)驗(yàn)中:

①觀察到較模糊的干涉條紋，要使條紋變得清晰，值得嘗試的是。（單選）

A.旋轉(zhuǎn)測(cè)量頭B.增大單縫與雙縫間的距離C.調(diào)節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行

②要增大觀察到的條紋間距，正確的做法是（單選）

A.減小單縫與光源間的距離B.減小單縫與雙縫間的距離

C.增大透鏡與單縫間的距離D.增大雙縫與測(cè)量頭間的距離

【參考答案】（DC（2）.D

【名師解析】

①⑴若粗調(diào)后看不到清晰的干涉條紋，看到的是模糊不清的條紋，則最可能的原因是單縫與雙縫不平行；

要使條紋變得清晰，值得嘗試的是調(diào)節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行。故選C。

②⑵根據(jù)雙縫干涉條紋間隔公式Ax可知要增大條紋間距可以增大雙縫到光屏的距離/,減小雙縫

d

的間距”；故選D。

2（2021年1月浙江選考）小明同學(xué)在做“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)只有3枚大頭針，

他把大頭針A、B、C插在如圖3所示位置，并測(cè)出了玻璃的折射率。請(qǐng)?jiān)诖痤}紙相應(yīng)方框中

畫出光路圖，標(biāo)出入射角i和折射角r,并寫出折射率n的計(jì)算式。

第17題圖3

【參考答案】（1）①ACD②n③能

Q）光路圖

sinz

標(biāo)出i和rn=———

sinr

【名師解析】連接0C,則OC與法線的夾角為折射角r,AB與法線的夾角為入射角i,由折

射定律，可得折射率n=回

sin?-

3.10分)(2021高考全國(guó)乙卷)用插針?lè)y(cè)量上、下表面平行的玻璃磚的折射率。實(shí)驗(yàn)中用A、B兩個(gè)大

頭針確定入射光路，C、D兩個(gè)大頭針確定出射光路。0和。'分別是入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，如圖(a)所示。測(cè)得

玻璃磚厚度為/j=15.0mm；A到過(guò)。點(diǎn)的法線OM的距離AM=10.0mm,M到玻璃磚的距離M0=20.0mm,。'

到OM的距離為s=5.0mm。

O1\c/

\D-----△

圖(a)圖(b)

(i)求玻璃磚的折射率；

(ii)用另外一塊材料相同，但上下表面不平行的玻璃磚繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，玻璃磚的界面如圖(b)所示。光

從上表面入射，入射角從0逐漸增大，達(dá)到45。時(shí)，玻璃磚下表面的出射光線恰好消失。求此玻璃磚上下表

面的夾角。

AMs

【名師點(diǎn)評(píng)】(i)sini=]———,sin，=T---------

y]AM2+MD2yjs2+lr

由折射定律n=sini/sini,

聯(lián)立解得n=&

(ii)設(shè)玻璃磚上下表面的夾角為a,e'=G+a

sin45°=nsin0

sinO,=l/n,

4（2018年4月浙江選考）（1）細(xì)絲和單縫有相似的衍射圖樣。在相同條件下，小明用激光束分別垂直照射兩

種不同直徑的細(xì)絲I和細(xì)絲口，在光屏上形成的衍射圖樣如圖1中”和b所示。已知細(xì)絲I的直徑為

0.605mm,現(xiàn)用螺旋測(cè)微器測(cè)量細(xì)絲H的直徑，如圖2所示，細(xì)絲H的直徑為rmn.圖1中的（填

或7"）是細(xì)絲D的衍射圖樣。

圖1圖2圖3

（2）小明在做“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，嘗試用單縫和平面鏡做類似實(shí)驗(yàn)。單縫和平面鏡的放置如

圖3所示，白熾燈發(fā)出的光經(jīng)過(guò)濾光片成為波長(zhǎng)為;I的單色光照射單縫，能在光屏上觀察到明暗相間的干涉

條紋。小明測(cè)得單縫與鏡面延長(zhǎng)線的距離為〃，與光屏的距離為。，則條紋間距△》=。隨后小明撤

去平面鏡，在單縫下方4處放置同樣的另一單縫，形成雙縫結(jié)構(gòu)，則在光屏上_____（填“能”或“不能”）觀察

到干涉條紋。

【參考答案】（1）0.999,a-（2島,不能。

2/1

【名師解析】（1）螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為：d=0.5mm+49.9x0.01mm=0.999mm；

當(dāng)細(xì)絲的直徑越大時(shí)，衍射現(xiàn)象越不明顯，由讀數(shù)可知，細(xì)絲n的直徑大，由題目中圖1可知，a圖的衍射

條紋間距較窄，因此圖“是細(xì)絲H的衍射圖樣：

（2）由實(shí)驗(yàn)圖可知，平面鏡對(duì)單縫成像，相當(dāng)于雙縫，間距為2/?,因此條紋間距==

隨后小明撤去平面鏡，在單縫下方A處放置同樣的另一單縫，形成雙縫結(jié)構(gòu)，不能觀察到干涉條紋，原因

是不滿足干涉條件：頻率相同,

【關(guān)鍵點(diǎn)撥】：根據(jù)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)方法可明確半導(dǎo)體細(xì)絲的直徑大小；注意讀數(shù)時(shí)需要估讀；衍

射條紋的寬度和亮度與細(xì)絲的直徑有關(guān)，直徑越大，亮度越弱，條紋的直徑越窄；

L

△%=—A

根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式d,及平面鏡對(duì)單縫成像，求解干涉條紋的間距，結(jié)合干涉條件，即

可求解?？疾槁菪郎y(cè)微器的讀數(shù)方法，掌握明顯衍射條件，及衍射原理，理解細(xì)絲和單縫有相似的衍射圖

樣的相同與不同，注意干涉的原理與干涉條紋間距公式，及其產(chǎn)生條件。

5（2019全國(guó)理綜H卷34）（10分）某同學(xué)利用圖示裝置測(cè)量某種單色光的波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，接通電源使

光源正常發(fā)光：調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋?；卮鹣铝袉?wèn)題：

濾光片雙縫屏/轉(zhuǎn)輪

栓眼一目鏡

A測(cè)量頭

<i）若想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)，該同學(xué)可；

A.將單縫向雙縫靠近

B.將屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)

C.將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng)

D.使用間距更小的雙縫

（ii）若雙縫的間距為d,屏與雙縫間的距離為/,測(cè)得第1條暗條紋到第〃條暗條紋之間的距離為Ar,則

單色光的波長(zhǎng)卜_________;

（iii）某次測(cè)量時(shí)，選用的雙縫的間距為0.300mm,測(cè)得屏與雙縫間的距離為1.20m,第1條暗條紋到

第4條暗條紋之間的距離為7.56mm。則所測(cè)單色光的波長(zhǎng)為nm（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

【參考答案】（i）B（ii）ZE（hi）630

（n-1）I

Ta

【名師解析】（i）由雙縫干涉條紋間隔公式△*=」可知，若想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)，需

d

要減小條紋間隔△*,該同學(xué)可減小L（將屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)），增大d（使用間距d更大的雙縫），

所以選項(xiàng)B正確。

（ii）若雙縫的間距為d,屏與雙縫間的距離為/,測(cè)得第I條暗條紋到第"條暗條紋之間的距離為Ar,條

紋間隔△x，=Ar/（n-l），根據(jù)條紋間隔公式生，解得單色光的波長(zhǎng)入=>“。（iii）將雙縫的間距

d（?-1）/

d=0.300mm,測(cè)得屏與雙縫間的距離為/=1.20m,第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為?=7.56mm,

n=4代入公式入=Z7,解得單色光的波長(zhǎng)為630nm。

（n-1）I

6（8分）（2016上海高考題）某同學(xué)制作了一個(gè)結(jié)構(gòu)如圖（a）所示的溫度計(jì)。一端封閉的輕質(zhì)細(xì)管可繞封

閉端O自由轉(zhuǎn)動(dòng)，管長(zhǎng)0.5m。將一量程足夠大的力傳感器調(diào)零，細(xì)管的開口端通過(guò)細(xì)線掛于力傳感器掛鉤

上，使細(xì)管保持水平、細(xì)線沿豎直方向。在氣體溫度為270K時(shí)，用一段水銀將長(zhǎng)度為0.3m的氣柱封閉在

管內(nèi)。實(shí)驗(yàn)時(shí)改變氣體溫度，測(cè)得封閉氣柱長(zhǎng)度/和力傳感器讀數(shù)尸之間的關(guān)系如圖（b）所示（實(shí)驗(yàn)中大

氣壓強(qiáng)不變）。

（1）管內(nèi)水銀柱長(zhǎng)度為m,為保證水銀不溢出，該溫度計(jì)能測(cè)得的最高溫度為Ko

（2）若氣柱初始長(zhǎng)度大于0.3m,該溫度計(jì)能測(cè)量的最高溫度將（選填：“增大”，“不變”或“減小”）.

（3）若實(shí)驗(yàn)中大氣壓強(qiáng)略有升高，則用該溫度計(jì)測(cè)出的溫度將（選填：“偏高”，“不變”或“偏低”）.

【參考答案】⑴0.1；360（2）減?、瞧?/p>

【名師解析】（1）在氣體溫度為270K時(shí)，用一段水銀將長(zhǎng)度為0.3m的氣柱封閉在管內(nèi)，對(duì)應(yīng)的溫度為270K,

力傳感器讀數(shù)尸=0.35N,設(shè)水銀柱長(zhǎng)度為x,質(zhì)量為m,由力矩平衡可得：mgX（0.30+x/2）=0.35X0.5；

由圖（b）可得：mgX（0.35+X/2）=0.40X0.5；聯(lián)立解得：x=0.lm,F=0.45N。水銀恰好不溢出時(shí)，氣體長(zhǎng)

度為L(zhǎng)=（0.50-x）m=0.4m；對(duì)封閉氣體，由蓋呂薩克定律,0.3/270=0.4",可得，T=360K?

（2）若氣柱初始長(zhǎng)度大于0.3m,由蓋昌薩克定律可知，該溫度計(jì)能測(cè)量的最高溫度將減小。

（3）若實(shí)驗(yàn)中大氣壓強(qiáng)略有升高，則用該溫度計(jì)測(cè)出的溫度將偏低。

7（2015年上海高考題）簡(jiǎn)易溫度計(jì)構(gòu)造如圖所示。兩內(nèi)徑均勻的豎直玻璃管下端與軟管連接，在管中

灌入液體后，將左管上端通過(guò)橡皮塞插入玻璃泡。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，調(diào)節(jié)右管的高度，使左右兩管的

液面相平，在左管液面位置標(biāo)上相應(yīng)的溫度刻度。多次改變溫度，重復(fù)上述操作。

（1）（單選題）此溫度計(jì)的特點(diǎn)是

（A）刻度均勻，刻度值上小下大

（B）刻度均勻，刻度值上大下小

（C）刻度不均勻，刻度值上小下大

（D）刻度不均勻，刻度值上大下小

（2）（多選題）影響這個(gè)溫度計(jì)靈敏度的因素有

（A）液體密度（B）玻璃泡大小

（C）左管內(nèi)徑粗細(xì)（D）右管內(nèi)徑粗細(xì)

（3）若管中液體是水銀，當(dāng)大氣壓變?yōu)?5cmHg時(shí)，用該溫度計(jì)測(cè)得的溫度值________（選填“偏大”或

“偏小”）。為測(cè)得準(zhǔn)確的溫度，在測(cè)量時(shí)需。

【參考答案】.（1）A（2）B,C

（3）偏大；調(diào)整兩管液面高度差，使右管液面比左管液面高1cm,然后讀數(shù)

【名師解析】（1）此溫度計(jì)是保持氣體體積不變，壓強(qiáng)與溫度成正比構(gòu)造的，所以此溫度計(jì)的特點(diǎn)是

刻度均勻，刻度值上小下大，選項(xiàng)A正確。

（2）影響這個(gè)溫度計(jì)靈敏度的因素有：玻璃泡大小，玻璃泡越大，溫度計(jì)靈敏度越高；左管內(nèi)徑粗細(xì)，左

管內(nèi)徑越細(xì)，溫度計(jì)靈敏度越高。選項(xiàng)BC正確；

（3）若管中液體是水銀，當(dāng)大氣壓變?yōu)?5cmHg時(shí)，大氣壓減小，對(duì)應(yīng)的玻璃泡中氣體壓強(qiáng)減小，實(shí)際溫

度降低，而該溫度計(jì)還是按照大氣壓76cmHg刻度的，所以用該溫度計(jì)測(cè)得的溫度值“偏大”。為測(cè)得準(zhǔn)確

的溫度，在測(cè)量時(shí)需調(diào)整兩管液面高度差，使右管液面比左管液面高1cm,然后讀數(shù)。

8（2011.全國(guó)）在“油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，有下列實(shí)驗(yàn)步驟：

①往邊長(zhǎng)約為40cm的淺盤里倒入約2cm深的水.待水面穩(wěn)定后將適量的郁子粉

均勻地撒在水面上。

②用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形狀穩(wěn)定。

③將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標(biāo)紙上，計(jì)算出油膜的面積，根據(jù)油酸的體

積和面積計(jì)算出油酸分子直徑的大小。

④用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)每增

加一定體積時(shí)的滴數(shù)，由此計(jì)算出一滴油酸酒精溶液的體積。

⑤將玻璃板放在淺盤上，然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上。

完成下列填空：

（1）上述步驟中，正確的順序是。（填寫步驟前面的數(shù)字）

（2）將1cn?的油酸溶于酒精，制成300co?的油酸酒精溶液；測(cè)得1cm3的油酸酒精溶液有50滴?，F(xiàn)取

一滴該油酸酒精溶液滴在水面上，測(cè)得所形成的油膜的面積是0.13m?。由此估算出油酸分子的直徑為

m。（結(jié)果保留1位有效數(shù)字）

【參考答案】（1）①④②⑤③（2）5xlO10

【名師解析】將1cn?的油酸溶于酒精，制成300cm3的油酸酒精溶液，其濃度為1/300,測(cè)得len?的油酸

酒精溶液有50滴，每滴中含純油酸體積為V=l/300xl/50cm3=l/15xlO-3cm3=l/15xlOllm\現(xiàn)取一滴該油酸

酒精溶液滴在水面上，測(cè)得所形成的油膜的面積是S=0.13m?。由此估算出油酸分子的直徑為

d=V/S=5xl0"°m。

【關(guān)鍵點(diǎn)撥1估測(cè)不規(guī)則圖形面積的方法是：將一玻璃板放在不規(guī)則面積的上方，在玻璃板上畫出不規(guī)則

圖形的輪廓，然后將其放在坐標(biāo)紙上，數(shù)出不規(guī)則圖形的輪廓包圍的小方格數(shù)。數(shù)小方格數(shù)的方法是：不

足半格的舍棄，大于半格的算一格。小方格數(shù)乘以每個(gè)小方格的面積就等于不規(guī)則圖形的面積。小方格的

邊長(zhǎng)越小，求出的面積約準(zhǔn)確。

9（2011?江蘇）某同學(xué)在進(jìn)行“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)前，查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)得知：油酸的摩爾質(zhì)量

A/=0.283kg-mor',密度p=0.895xl（）3kg.1Tl-3“若100滴油酸的體積為1ml,則1滴油酸所能形成的單分子油

膜的面積約是多少？（取NA=6.02xl（）23moH.球的體積v與直徑D的關(guān)系為丫=）結(jié)果保留一位有效

數(shù)字）

【參考答案】IX10m2

【名師解析】一個(gè)油酸分子的體積V°=—”—由球的體積與直徑關(guān)系得分子直徑D=j3—=lxl（y9m,一

PNA\兀pN.

滴油酸體積V=lxl（?8m3,

V

最大面積5=—=lxl01m.

D

10.(2011?上海)在“用單分子油膜估測(cè)分子大小”實(shí)驗(yàn)中，

(1)某同學(xué)操作步驟如下：

①取一定量的無(wú)水酒精和油酸，制成一定濃度的油酸酒精溶液；

②在量筒中滴入一滴該溶液，測(cè)出它的體積；

③在蒸發(fā)皿內(nèi)盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散開穩(wěn)定；

④在蒸發(fā)皿上覆蓋透明玻璃，描出油膜形狀，用透明方格紙測(cè)量油膜的面積。

改正其中的錯(cuò)誤：_______________________________________________________________________

(2)若油酸酒精溶液體積濃度為0.10%,一滴溶液的體積為4.8xI(y3mL,其形成的油膜面積為40cm2