第一篇專題七第18講熱學和光學實驗

專題七實驗第18講熱學和光學實驗1掌握四個基本實驗：(1)用油膜法估測油酸分子的大?。?2)探究等溫情況下一定質量氣體壓強與體積的關系；(3)測量玻璃的折射率；(4)用雙縫干涉實驗測光的波長。2熟練應用油膜法、控制變量法、單位圓法、圖像法。目標要求內(nèi)容索引考點一考點二用油膜法估測油酸分子的大小探究等溫情況下一定質量氣體壓強與體積的關系考點三測量玻璃的折射率考點四用雙縫干涉實驗測光的波長高考預測專題強化練考點一用油膜法估測油酸分子的大小1.原理：認為油酸薄膜是由單層的油酸分子緊密排列組成，油膜的厚度就是油酸分子的直徑d＝

，如圖。2.對“V”的測量(1)配制一定濃度的油酸酒精溶液，設其濃度為n；(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，讀出它的體積為V0；(3)再把它一滴滴地滴入燒杯中，記下液滴的總滴數(shù)N；3.對“S”的測量(1)數(shù)出輪廓范圍內(nèi)正方形的個數(shù)n0，不足半個的舍去，多于半個的算一個；(2)用正方形的個數(shù)乘單個正方形的面積S0計算出油膜的面積S(即n0S0)。

(2022·江蘇鹽城市東臺創(chuàng)新高級中學檢測)在做“用油膜法估測油酸分子大小”的實驗中，所用油酸酒精溶液的濃度為每104mL溶液中有純油酸6mL，用注射器測得1mL上述溶液有75滴，把1滴該溶液滴入盛水且表面撒有爽身粉的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用筆在玻璃板上描出油酸的輪廓，再把玻璃板放在坐標紙上，其形狀和尺寸如圖所示，坐標中正方形方格的邊長為2cm。例1(1)下列有關該實驗的說法正確的是____。A.本實驗也可直接將純油酸滴在水面上測量B.本實驗將油膜看成單分子油膜C.本實驗忽略了分子的間隙D.測量油膜面積時，由于不足一格的正方形

面積無法估讀，全部舍去BC1滴純油酸所包含的油酸分子數(shù)量過大，不易在水面上形成單分子油膜，故A錯誤；本實驗將油膜看成單分子油膜，故B正確；本實驗中，將油酸分子視為球形，并緊密排列在一起，即忽略了分子的間隙，故C正確；測量油膜面積時，由于不足一格的正方形面積無法估讀，所以超過半格的算一格，不足半格的舍去，故D錯誤。(2)該實驗中每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積為________m3；油膜的面積是____cm2；按以上實驗數(shù)據(jù)估測出油酸分子的直徑為__________m。(最后1空保留2位有效數(shù)字)8×10－122922.7×10－10油膜的面積S＝73×4cm2＝292cm2＝2.92×10－2m2按以上實驗數(shù)據(jù)估測出油酸分子的直徑為考點二探究等溫情況下一定質量氣體壓強與體積的關系1.實驗法：控制變量法實驗裝置如圖2.為保證等溫變化，實驗過程中不要用手握住注射器有氣體的部位。同時，改變體積過程應緩慢，以免影響密閉氣體的溫度。為保證氣體密閉，應在活塞與注射器內(nèi)壁間涂上潤滑油，注射器內(nèi)外氣體的壓強差不宜過大。3.在等溫過程中，氣體的壓強與體積的關系在p－V圖像中呈現(xiàn)為雙曲線(其中一支)，如圖甲。處理實驗數(shù)據(jù)時，要通過變換，即畫p－

圖像，把雙曲線(其中一支)變?yōu)橹本€，說明p和V成反比，如圖乙。這是科學研究中常用的數(shù)據(jù)處理的方法，因為一次函數(shù)反映的物理規(guī)律比較直觀，容易得出相關的對實驗研究有用的參數(shù)。

(2023·江蘇省南京師大附中一模)用圖示裝置探究氣體做等溫變化的規(guī)律，將一定質量的空氣封閉在導熱性能良好的注射器內(nèi)，注射器與壓強傳感器相連。實驗中A.活塞涂潤滑油可減小摩擦，便于氣體壓強的測量B.注射器內(nèi)裝入少量空氣進行實驗，可以減小實驗誤差C.0℃和20℃環(huán)境下完成實驗，對實驗結論沒有影響D.外界大氣壓強發(fā)生變化，會影響實驗結論√例2實驗之前，在注射器的內(nèi)壁和活塞之間涂一些潤滑油，除了可以減小兩者之間的摩擦之外，主要作用是提高活塞密封性，防止漏氣，與氣體壓強的測量無關，A錯誤；被封氣體體積越小，壓縮氣體時體積的變化量越小，會造成更大的實驗誤差，B錯誤；實驗探究氣體做等溫變化的規(guī)律，在溫度一定時，氣體的壓強和體積成反比，與環(huán)境溫度的高低無關，C正確；壓強傳感器測量的是被封氣體的壓強，與外界大氣壓強無關，故外界大氣壓強發(fā)生變化，不會影響實驗結論，D錯誤。

(2023·山東卷·13)利用圖甲所示實驗裝置可探究等溫條件下氣體壓強與體積的關系。將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺上，注射器內(nèi)封閉一定質量的空氣，下端通過塑料管與壓強傳感器相連?；钊隙斯潭ㄒ煌斜P，托盤中放入砝碼，待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄氣體壓強p和體積V(等于注射器示數(shù)V0與塑料管容積ΔV之和)，逐次增加砝碼質量，采集多組數(shù)據(jù)并作出擬合曲線如圖乙所示。例3回答以下問題：(1)在實驗誤差允許范圍內(nèi)，圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線，說明在等溫情況下，一定質量的氣體___。A.p與V成正比B.p與

成正比B在實驗誤差允許范圍內(nèi)，題圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線，說明在等溫情況下，一定質量的氣體，p與

成正比。故選B。(2)若氣體被壓縮到V＝10.0mL，由圖乙可讀出封閉氣體壓強為__________Pa(保留3位有效數(shù)字)。2.04×105若氣體被壓縮到V＝10.0mL，則有由題圖乙可讀出封閉氣體壓強為p＝2.04×105Pa(3)某組同學進行實驗時，一同學在記錄數(shù)據(jù)時漏掉了ΔV，則在計算pV乘積時，他的計算結果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學的計算結果之差的絕對值會隨p的增大而_____(填“增大”或“減小”)。增大某組同學進行實驗時，一同學在記錄數(shù)據(jù)時漏掉了ΔV，則在計算pV乘積時，根據(jù)p(V0＋ΔV)－pV0＝pΔV可知他的計算結果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學的計算結果之差的絕對值會隨p的增大而增大。考點三測量玻璃的折射率1.一個重要實驗步驟在玻璃磚的另一側插上P3，使P3擋住P1、P2的像，再插上P4，使P4擋住P3和P1、P2的像。2.三個數(shù)據(jù)處理的方法3.兩個減小誤差的實驗要求(1)實驗時，應盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間、P3和P4之間、P2和O、P3與O′之間距離要稍大一些。(2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)，當θ1太大時，反射光較強，出射光較弱，當θ1太小時，入射角、折射角測量的相對誤差較大。

(2023·江蘇南京市二模)如圖所示，某同學用“插針法”測量平行玻璃磚的折射率，他先在紙上緊貼玻璃磚畫出參考線aa′、bb′，釘上大頭針P1、P2，然后繼續(xù)實驗，并畫出光路圖，則下列說法正確的是A.入射角i盡量小一些，可以減小誤差B.P1、P2及P3、P4之間的距離取得小一些，可以減小誤差C.若該同學在釘大頭針P3時不小心使玻璃磚平移

到了虛線框位置，則最終測得的折射率偏大D.若該同學把bb′誤畫在了cc′(cc′∥bb′)，其

他操作均正確，則測得的折射率偏小√例4入射角較小時，折射角也會小些，會導致折射現(xiàn)象不明顯，角度的相對誤差增大，A錯誤；折射光線是隔著玻璃觀察確定的，大頭針間的距離太小，引起的角度誤差會較大，故P1、P2及P3、P4之間的距離適當大些，可以提高精確度，B錯誤；若不小心把玻璃磚平移到虛線框位置，則入射角和折射角都不會改變，不會影響折射率的測量，C錯誤；若把bb′誤畫在了cc′，其他操作均正確，會導致測得的折射角偏大，所以測得的折射率偏小，D正確。

(2023·廣東卷·11)某同學用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率，實驗過程如下：(1)將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上，用大頭針在白紙上標記玻璃磚的邊界(2)①激光筆發(fā)出的激光從玻璃磚上的M點水平入射，到達ef面上的O點后反射到N點射出。用大頭針在白紙上標記O點、M點和激光筆出光孔Q的位置；②移走玻璃磚，在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路，作QM連線的延長線與ef面的邊界交于P點，如圖(a)所示；例5③用刻度尺測量PM和OM的長度d1和d2。PM的示數(shù)如圖(b)所示，d1為_____cm。測得d2為3.40cm；2.25刻度尺的最小分度為0.1cm，由圖可知，d1為2.25cm；(3)利用所測量的物理量，寫出玻璃磚折射率的表達式n＝____；由測得的數(shù)據(jù)可得折射率n為______(結果保留3位有效數(shù)字)。1.51玻璃磚折射率的表達式(4)相對誤差的計算式為δ＝

×100%。為了減小d1、d2測量的相對誤差，實驗中激光在M點入射時應盡量使入射角_________。稍小一些相對誤差的計算式為δ＝

×100%，為了減小d1、d2測量的相對誤差，實驗中d1、d2要盡量大一些，即激光在M點入射時應盡量使入射角稍小一些。考點四用雙縫干涉實驗測光的波長1.實驗裝置圖及實驗器材(如圖)雙縫干涉儀、光具座、光源、學生電源、導線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、刻度尺。2.原理：3.Δx的測量：調節(jié)測量頭，使分劃板中心刻線對齊第1條亮條紋的中心，記下手輪上的讀數(shù)a1；轉動手輪，當分劃板中心刻線與第n條相鄰的亮條紋中心對齊時，記下手輪上的讀數(shù)a2；則相鄰兩條亮條紋間的距離Δx＝

。

(2022·江蘇省鎮(zhèn)江中學期末)在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中，請按照題目要求回答下列問題：(1)圖中甲、乙兩圖都是光的條紋形狀示意圖，其中干涉圖樣是_____(填“甲”或“乙”)。例6甲題圖甲中的條紋間距和亮度相同，是干涉圖樣，題圖乙中的條紋中央亮紋最寬，是衍射圖樣；(2)將下表中的光學元件放在圖丙所示的光具座上組裝成用雙縫干涉測量光的波長的實驗裝置，并用此裝置測量紅光的波長。元件代號ABCDE元件名稱光屏雙縫白光光源單縫透紅光的濾光片將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，從左至右，表示各光學元件的排列順序應為_______。(填寫元件代號)EDBA光源發(fā)出的白光，各種頻率都有，加上透紅光的濾光片后通過的只有紅光了，變成單色光，加上單縫和雙縫后，就得到兩列頻率相同、步調一致的相干光，最后放置光屏，干涉條紋呈現(xiàn)在光屏上，所以順序為EDBA；(3)已知該裝置中雙縫間距d＝0.50mm，雙縫到光屏的距離l＝0.50m，在光屏上得到的干涉圖樣如圖(a)所示，分劃板中心刻線在圖中A位置時游標卡尺如圖(b)所示，則其示數(shù)為_______mm；在B位置時游標卡尺如圖(c)所示。由以上所測數(shù)據(jù)可以得出形成此干涉圖樣的單色光的波長為___________m(保留兩位有效數(shù)字)。111.156.1×10－7由題圖(b)可知，游標卡尺是20分度的卡尺，所以A位置的示數(shù)為111mm＋3×0.05mm＝111.15mmB位置的示數(shù)為115.45mm，所以題圖(a)中A、B之間的距離x＝(115.45－111.15)mm＝4.30mm高考預測1.(2023·江蘇無錫市期末)如圖所示，在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，下列說法正確的是A.濾光片應置于單縫和雙縫之間B.撥桿的作用是調節(jié)單縫的寬度C.實驗中將6個條紋間距誤數(shù)成7個，則波長測量值將偏小D.若通過目鏡發(fā)現(xiàn)里面的亮條紋與分劃板豎線未對齊，可通過旋轉雙縫

進行調整√1212濾光片的作用是將復色光變?yōu)閱紊猓瑔慰p的作用是使入射光變成線光源，雙縫的作用是將單色光分解成頻率相同、振動情況相同的相干光，因此濾光片應該放在單縫之前，故A錯誤；調節(jié)撥桿只能調整單縫的角度，使單縫和雙縫平行，獲得清晰的干涉圖樣，故B錯誤；12旋轉測量頭，分劃板豎線隨之旋轉，可使分劃板豎線與亮條紋對齊，故D錯誤。2.某同學通過如圖甲所示的實驗裝置，利用玻意耳定律來測定一顆形狀不規(guī)則的冰糖的體積。(1)將冰糖裝進注射器，通過推、拉活塞改變封閉氣體的體積和壓強。若實驗過程中不慎將活塞拔出針筒，則_____(填“需要”或“不需要”)重做實驗。12需要實驗需要保持氣體溫度與質量不變，操作中，若實驗過程中不慎將活塞拔出針筒，則必須廢除之前獲得的數(shù)據(jù)，重做實驗，這是為了保持氣體質量不變。(2)實驗中通過活塞所在刻度讀取了多組體積V及對應壓強p的數(shù)據(jù)，為了在xOy坐標系中獲得直線圖像，應選擇___。12C設冰糖的體積為V1，則氣體的體積為

V2＝V－V1由玻意耳定律知p(V－V1)＝C(3)選擇合適的坐標后，該同學通過描點作圖，得到直線的函數(shù)圖像如圖乙所示，忽略傳感器和注射器連接處的軟管容積，則這顆冰糖的體積為___。12b由函數(shù)關系結合圖像可知V1＝b。專題強化練1.(2023·江蘇卷·9)在“探究氣體等溫變化的規(guī)律”的實驗中，實驗裝置如圖所示。利用注射器選取一段空氣柱為研究對象。下列改變空氣柱體積的操作正確的是A.把柱塞快速地向下壓B.把柱塞緩慢地向上拉C.在橡膠套處接另一注射器，快速推動該注射器柱塞D.在橡膠套處接另一注射器，緩慢推動該注射器柱塞√123456123456因為該實驗是要探究氣體等溫變化的規(guī)律，實驗中要緩慢推動或拉動柱塞，目的是盡可能保證封閉氣體在狀態(tài)變化過程中的溫度不變；為了方便讀取封閉氣體的體積不需要在橡膠套處接另一注射器，故選B。2.關于實驗“用油膜法估測油酸分子的大小”，下列說法正確的是A.水面爽身粉撒得越多，形成的油膜輪廓越清晰，實驗誤差越小B.配制的油酸酒精溶液中有大量的酒精，會使實驗結果偏小C.在數(shù)一定量油酸酒精溶液的滴數(shù)時，如果少數(shù)滴數(shù)，會使實驗結果偏小D.計算油膜面積時將所有不完整的方格當做完整方格計入，會使實驗結

果偏小√123456123456水面爽身粉撒得過多，形成的油膜將不能完全散開形成單分子層，從而使油膜面積偏小，根據(jù)油酸分子直徑的計算公式d＝

，可知，油酸分子直徑的測量值將偏大，故A錯誤；配制好的油酸酒精溶液滴入水面，溶液中的酒精將溶于水或很快揮發(fā)，從而獲得純油酸在水面形成的油膜，因此可知，配制的油酸酒精溶液中有大量的酒精并不會影響實驗結果，故B錯誤；在數(shù)一定量油酸酒精溶液的滴數(shù)時，如果少數(shù)滴數(shù)，將會使計算出的每一滴油酸酒精溶液的體積偏大，從而使一滴油酸酒精溶液中所含油酸的體積偏大，最終將導致所測油酸分子直徑偏大，故C錯誤；123456計算油膜面積時將所有不完整的方格作為完整方格計入，將會使油膜面積偏大，從而導致所測油酸分子直徑偏小，故D正確。3.某同學利用圖甲所示的裝置研究光的干涉和衍射，將刀片在涂有墨汁的玻璃片上劃過便可得到單縫、不同間距雙縫的縫屏，光電傳感器可用來測量光屏上光強的分布。(1)某次實驗時，在電腦屏幕上得到圖乙所示的兩種光a、b的光強分布，這位同學在縫屏上安裝的是_______(選填“單縫”或“雙縫”)；123456單縫根據(jù)題圖乙分析可知有中央亮條紋，符合單縫衍射的情況。(2)由該圖像兩條曲線的特征可知____。A.以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后，

a光側移量小B.若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生a光的能

級能量差小C.以相同的入射角從水中射入空氣，在空氣中只能看到一種光時，一定

是a光D.分別照射在同一金屬板，若b光能引起光電效應，a光也一定能123456D123456由題圖乙可知b光的波長大，則頻率小，光子能量小。b光的頻率小、折射率小，所以以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后，b光側移量小，故A錯誤；若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生b光的能級能量差小，故B錯誤；123456根據(jù)光電效應方程可知，由于a光子能量大，所以分別照射在同一金屬板，若b光能引起光電效應，a光也一定能，故D正確。4.(2022·江蘇省模擬)用雙縫干涉測光的波長。實驗裝置如圖甲所示，已知單縫與雙縫間的距離L1＝100mm，雙縫與屏的距離L2＝700mm，雙縫間距d＝0.25mm。用測量頭來測量亮紋中心的距離。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構成，轉動手輪，使分劃板左右移動，讓分劃板的中心刻線對準亮紋的中心(如圖乙所示)，記下此時手輪上的讀數(shù)，轉動測量頭，使分劃板中心刻線對準另一條亮紋的中心，記下此時手輪上的讀數(shù)。123456(1)分劃板的中心刻線分別對準第1條和第4條亮紋的中心時，手輪上的讀數(shù)如圖丙所示，則對準第1條時讀數(shù)x1＝2.190mm、對準第4條時讀數(shù)x2＝______mm。1234567.868螺旋測微器的固定刻度為7.5mm，可動刻度為36.8×0.01mm＝0.368mm，所以對準第4條時讀數(shù)為x2＝7.5mm＋0.368mm＝7.868mm；(2)根據(jù)以上條件，可算出這種光的波長λ＝_____nm(保留三位有效數(shù)字)。123456675相鄰亮條紋的間距為(3)在雙縫干涉實驗中發(fā)現(xiàn)條紋太密，難以測量，下列操作中可以使條紋變稀疏的是____。A.改用波長較短的光(如紫光)作為入射光B.增大雙縫到屏的距離C.減小雙縫間距D.增大雙縫間距123456BC5.某同學在做“測定玻璃折射率”的實驗時已經(jīng)畫好了部分圖線，如圖甲所示，并在入射光線AO上插上大頭針P1、P2，現(xiàn)需在玻璃磚下表面折射出的光線上插上P3和P4大頭針，便能確定光在玻璃磚中的折射光線。123456(1)確定P3位置的方法正確的是____；A.透過玻璃磚，P3擋住P2的像B.先插上P4大頭針，在靠近玻璃磚一側P3擋住P4的位置C.透過玻璃磚觀察，使P3擋住P1、P2的像123456C確定P3位置的方法正確的是：透過玻璃磚觀察，使P3擋住P1、P2的像，故選C；(2)在圖甲中作出光線在玻璃磚中和出射后光線的光路圖，并畫出玻璃磚中光線的折射角θ2；123456答案見解析圖光路圖如圖所示(3)經(jīng)過多次測量作出sinθ1－sinθ2的圖像如圖乙，玻璃磚的折射率為_____；(計算結果保留三位有效數(shù)字)1234561.49(4)若該同學在確定P4位置時，被旁邊同學碰了一下，不小心把P4位置畫的偏左了一些，則測出來的折射率_____(選填“偏大”“偏小”或“不變”)；123456偏小若該同學在確定P4位置時，被旁邊同學碰了一下，不小心把P4位置畫的偏左了一些，則P4、P3的連線與bb′的交點偏右，測得的折射角θ2偏大，則根據(jù)n＝

可知，測出來的折射率偏??；(5)該同學突發(fā)奇想用兩塊同樣的玻璃直角棱鏡ABC來做實驗，兩者的AC面是平行放置的，插針P1、P2的連線垂直于AB面，若操作無誤，則在圖丙中右邊的插針應該是_____。123456A.P3、P6 B.P3、P8C.P5、P6 D.P7、P8C123456光路圖如圖所示根據(jù)光路圖可知，經(jīng)過P1、P2的光線經(jīng)兩塊玻璃磚的分界處向下偏轉，然后射入右側玻璃磚后平行射出，所