專題21 熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)（講義）（解析版）

專題21熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)夸汿OC\o"1-4"\h\z\u考點(diǎn)一熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn) 3 3 51.熱學(xué)類及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)常見問題 52.光學(xué)類及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)常見問題 6 8考向一熱學(xué)類及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 8考向二光學(xué)類及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 9

考點(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)考向一熱學(xué)類及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：2023?江蘇?高考真題、2023?山東?高考真題、2023?北京?高考真題考向二光學(xué)類及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：2023?廣東?高考真題、2023?海南?高考真題、2022?海南?高考真題、2021?浙江?高考真題、2021?浙江?高考真題考情分析【命題規(guī)律及方法指導(dǎo)】1.命題重點(diǎn)：(1)用油膜法估測油酸分子的大??；(2)探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系；(3)測量玻璃的折射率；(4)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測光的波長..2.常用方法：油膜法、控制變量法、單位圓法、圖像法．3.?？碱}型：實(shí)驗(yàn)題．【命題預(yù)測】1.本專題屬于熱點(diǎn)、基礎(chǔ)內(nèi)容；2.高考命題考察方向①熱學(xué)類及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：油膜法估測油酸分子質(zhì)量，探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系②光學(xué)類及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測光的波長，測量玻璃的折射率

考點(diǎn)一熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)1．（2023·山東·高考真題）利用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置可探究等溫條件下氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺(tái)上，注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的空氣，下端通過塑料管與壓強(qiáng)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(qiáng)和體積（等于注射器示數(shù)與塑料管容積之和），逐次增加砝碼質(zhì)量，采集多組數(shù)據(jù)并作出擬合曲線如圖乙所示。

回答以下問題：（1）在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，圖乙中的擬合曲線為一條過原點(diǎn)的直線，說明在等溫情況下，一定質(zhì)量的氣體。A．與成正比

B．與成正比（2）若氣體被壓縮到，由圖乙可讀出封閉氣體壓強(qiáng)為（保留3位有效數(shù)字）。（3）某組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時(shí)漏掉了，則在計(jì)算乘積時(shí)，他的計(jì)算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計(jì)算結(jié)果之差的絕對值會(huì)隨的增大而（填“增大”或“減小”）?！究枷颉繜釋W(xué)類及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)【答案】B增大【詳解】（1）[1]在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，圖乙中的擬合曲線為一條過原點(diǎn)的直線，說明在等溫情況下，一定質(zhì)量的氣體，與成正比。故選B。（2）[2]若氣體被壓縮到，則有，由圖乙可讀出封閉氣體壓強(qiáng)為，（3）[3]某組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時(shí)漏掉了，則在計(jì)算乘積時(shí)，根據(jù)，可知他的計(jì)算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計(jì)算結(jié)果之差的絕對值會(huì)隨的增大而增大。2．（2023·廣東·高考真題）某同學(xué)用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率，實(shí)驗(yàn)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(biāo)記玻璃磚的邊界（2）①激光筆發(fā)出的激光從玻璃磚上的點(diǎn)水平入射，到達(dá)面上的點(diǎn)后反射到點(diǎn)射出．用大頭針在白紙上標(biāo)記點(diǎn)、點(diǎn)和激光筆出光孔的位置②移走玻璃磚，在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路，作連線的延長線與面的邊界交于點(diǎn)，如圖（a）所示

③用刻度尺測量和的長度和．的示數(shù)如圖（b）所示，為。測得為

（3）利用所測量的物理量，寫出玻璃磚折射率的表達(dá)式；由測得的數(shù)據(jù)可得折射率為（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）（4）相對誤差的計(jì)算式為。為了減小測量的相對誤差，實(shí)驗(yàn)中激光在點(diǎn)入射時(shí)應(yīng)盡量使入射角?！究枷颉抗鈱W(xué)類及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)【答案】2.251.51稍小一些【詳解】（2）③[1]刻度尺的最小分度為0.1cm，由圖可知，為2.25cm；（3）[2][3]玻璃磚折射率的表達(dá)式，帶入數(shù)據(jù)可知，（4）[4]相對誤差的計(jì)算式為，為了減小測量的相對誤差，實(shí)驗(yàn)中要盡量稍大一些，即激光在點(diǎn)入射時(shí)應(yīng)盡量使入射角稍小一些。3．（2022·海南·高考真題）在用雙縫干涉測量光的波長的實(shí)驗(yàn)中，如圖所示，則：①a、b分別是()A．單縫和雙縫

B．雙縫和單縫

C．單縫和單縫

D．雙縫和雙縫②如果雙縫間距是d，雙縫到毛玻璃的距離是L，第一條亮紋到第六條亮紋間距是x，則光的波長是。（用x、d、L表示）【考向】光學(xué)類及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)【答案】A【詳解】①[1]由雙縫干涉原理可知，先用濾光片得到單色光，然用單縫得到細(xì)長的光源，最后用雙縫得到兩束相干光，故a、b分別單縫和雙縫。故選A。②[2]第一條亮紋到第六條亮紋間距是x，則相鄰亮條紋間距為，根據(jù)可得光的波長是。1.熱學(xué)類及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)常見問題1）用油膜法估測油酸分子的大?、瘛⒃恚赫J(rèn)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，如圖．Ⅱ、對“V”的測量：①配制一定濃度的油酸酒精溶液，設(shè)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；④則一滴油酸酒精溶液中，純油酸的體積.Ⅲ、對“S”的測量①數(shù)出輪廓范圍內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)n0，不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一個(gè)；②用正方形的個(gè)數(shù)乘單個(gè)正方形的面積S0計(jì)算出油膜的面積S(即n0S0)．2）探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系Ⅰ、實(shí)驗(yàn)法：控制變量法Ⅱ、為保證等溫變化，實(shí)驗(yàn)過程中不要用手握住注射器有氣體的部位．同時(shí)，改變體積過程應(yīng)緩慢，以免影響密閉氣體的溫度．為保證氣體密閉，應(yīng)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(qiáng)差不宜過大．Ⅲ、在等溫過程中，氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系在p－V圖像中呈現(xiàn)為雙曲線(其中一支)，如圖甲．處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，要通過變換，即畫圖像，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(xué)研究中常用的數(shù)據(jù)處理的方法，因?yàn)橐淮魏瘮?shù)反映的物理規(guī)律比較直觀，容易得出相關(guān)的對實(shí)驗(yàn)研究有用的參數(shù)．2.光學(xué)類及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)常見問題1）測量玻璃的折射率Ⅰ、一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)步驟：在玻璃磚的另一側(cè)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．Ⅱ、三個(gè)數(shù)據(jù)處理的方法①計(jì)算法：由，算出不同入射角時(shí)的n值，并取平均值．②圖像法：作sinθ1－sinθ2圖像，由可知其斜率為折射率．③單位圓法：以入射點(diǎn)O為圓心，作半徑為R的圓，如圖所示，則，，OE＝OE′＝R，所以用刻度尺量出EH、E′H′的長度就可以求出.Ⅲ、兩個(gè)減小誤差的實(shí)驗(yàn)要求①實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)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(dāng)θ1太大時(shí)，反射光較強(qiáng)，出射光較弱，當(dāng)θ1太小時(shí)，入射角、折射角測量的相對誤差較大．2）用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測光的波長Ⅰ、實(shí)驗(yàn)裝置圖Ⅱ、原理：，因此，只要測出Δx、d、l即可測出波長λ.Ⅲ、Δx的測量：調(diào)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(zhuǎn)動(dòng)手輪，當(dāng)分劃板中心刻線與第n條相鄰的亮條紋中心對齊時(shí)，記下手輪上的讀數(shù)a2；則相鄰兩條亮條紋間的距離.考向一熱學(xué)類及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)1．（2024·全國·模擬預(yù)測）兩個(gè)實(shí)驗(yàn)小組做“探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。（1）第一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)利用如圖甲所示的裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律，注射器中密封了一定質(zhì)量的氣體。①實(shí)驗(yàn)過程中，下列操作正確的是。（填正確答案標(biāo)號(hào)）A．應(yīng)該以較快的速度推拉柱塞來改變空氣柱的體積B．實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先利用天平測量出注射器、柱塞及壓力表的總質(zhì)量C．推拉柱塞時(shí)，手不可以握住整個(gè)注射器D．實(shí)驗(yàn)過程中要保證橡膠套的密閉性良好，以保證空氣柱的質(zhì)量一定②實(shí)驗(yàn)時(shí)，緩慢推動(dòng)活塞，注射器內(nèi)氣體的體積逐漸減小。若實(shí)驗(yàn)過程中環(huán)境溫度逐漸降低，測得多組空氣柱的壓強(qiáng)p和體積V的數(shù)據(jù)，則實(shí)驗(yàn)得到的圖像應(yīng)為下圖中的。（填正確答案標(biāo)號(hào)）（2）第二個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)用氣體壓強(qiáng)傳感器做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖乙所示。在操作規(guī)范、不漏氣的前提下，測得多組壓強(qiáng)p和體積V的數(shù)據(jù)并作出圖像，發(fā)現(xiàn)圖線不過坐標(biāo)原點(diǎn)，如圖丙所示。造成這一結(jié)果的原因是；圖丙中的物理含義是。【答案】CD/DCA膠管的容積不可忽略連接壓強(qiáng)傳感器和注射器的膠管的容積【詳解】（1）①[1]A．應(yīng)該以較慢的速度推拉柱塞來改變空氣柱的體積，以避免操作動(dòng)作過快使空氣柱的溫度發(fā)生改變，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B．因壓強(qiáng)由壓力表測得，不是由平衡條件計(jì)算出的，所以實(shí)驗(yàn)前不需要利用天平測量出注射器、柱塞及壓力表的總質(zhì)量，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C．實(shí)驗(yàn)過程中手不能握住注射器前端，以免改變空氣柱的溫度，使氣體發(fā)生的不是等溫變化，C項(xiàng)正確；D．實(shí)驗(yàn)過程中要保證橡膠套的密閉性良好，以保證空氣柱的質(zhì)量一定，D項(xiàng)正確。故選CD。②[2]根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，可得，可知隨著環(huán)境溫度逐漸降低，圖像的斜率會(huì)逐漸減小，A項(xiàng)正確。（2）[3][4]根據(jù)玻意耳定律得，解得，造成這一結(jié)果的原因是膠管的容積不可忽略；圖丙中的物理含義是連接壓強(qiáng)傳感器和注射器的膠管的容積?？枷蚨鈱W(xué)類及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)2．（2024·安徽·統(tǒng)考一模）某同學(xué)通過雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測量光的波長，實(shí)驗(yàn)裝置如圖（a）所示。（1）一毛玻璃屏上相鄰亮條紋的間距可利用測量頭測出，如圖（b）所示。先將測量頭分劃板中心刻線與一明條紋中心P重合，其讀數(shù)為，然后沿同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移過4條暗條紋，與另一明條紋中心重合，相應(yīng)的讀數(shù)如圖（c）所示，該讀數(shù)為。（2）已知雙縫間的距離為，雙縫到屏的距離為，此單色光波長是。（保留三位有效數(shù)字）（3）若改用波長更短的單色光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，條紋間距將(選填“變大”、“變小”或“不變”)【答案】20.502/20.501變小【詳解】（1）[1]該讀數(shù)為，（2）[2]已知條紋間還有3條亮條紋，則相鄰兩亮條紋的間距為，由干涉條紋的間距公式解得，（3）由干涉條紋的間距公式可得，換波長更短的單色光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，條紋間距將變小。3．（2024·廣東·統(tǒng)考一模）某同學(xué)測量一半圓形透明玻璃磚的折射率，實(shí)驗(yàn)過程如下：①用游標(biāo)卡尺測量玻璃磚的直徑d，確定其底面圓心位置并標(biāo)記在玻璃磚上；②將玻璃磚放在位于水平桌面并畫有直角坐標(biāo)系的白紙上，使其底面圓心和直徑分別與O點(diǎn)和x軸重合，將一長直擋板緊靠玻璃磚并垂直于x軸放置，如圖（b）所示；③用激光器發(fā)出激光從玻璃磚外壁始終指向O點(diǎn)水平射入，從y軸開始向右緩慢移動(dòng)激光器，直至恰好沒有激光從玻璃磚射出至擋板上的區(qū)域時(shí)，在白紙上記錄激光束從玻璃磚外壁入射的位置P。④取走玻璃磚，過P點(diǎn)作y軸的垂線PQ，用刻度尺測量PQ的長度L。根據(jù)以上步驟，回答下列問題：（1）測得半圓形玻璃磚直徑d的讀數(shù)如圖（a）所示，則cm；（2）步驟③中，沒有激光射至擋板上區(qū)域的原因是激光束在玻璃磚直徑所在界面