三年高考真題（2022-2024）分類匯編 物理 專題48光學和熱學實驗 含解析

專題48光學和熱學實驗考點三年考情（2022-2024）命題趨勢考點1光學實驗（5年3考）2024年高考湖北卷：某同學利用激光測量半圓柱體玻璃磚的折射率。2024年高考北京卷：某同學測量長方體玻璃的折射率。2024年6月高考浙江卷：用“插針法”測量一等腰三角形玻璃磚。2023年高考海南卷：用激光測玻璃磚折射率的實驗。2023年高考廣東卷：某同學用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率。2024年高考河北卷、江西卷和廣東卷：某同學通過雙縫干涉實驗測量單色光的波長。1.光學實驗包括：測量玻璃磚的折射率和利用雙縫干涉實驗儀測量光的波長實驗，高考考查頻率較高。2.熱學實驗包括用油膜法估測油酸分子直徑和探究等溫條件下氣體壓強與體積的關系，高考考查頻率不高?？键c2熱學實驗（5年2考）2023年高考江蘇學業(yè)水平選擇性考試：“探究氣體等溫變化的規(guī)律”的實驗2023高考山東高中學業(yè)水平等級考試：探究等溫條件下氣體壓強與體積的關系。2023年高考北京卷：用油膜法估測油酸分子直徑是一種通過測量宏觀量來測量微觀量的方法，考點01光學實驗1.（2024年高考湖北卷）某同學利用激光測量半圓柱體玻璃磚的折射率，具體步驟如下：①平鋪白紙，用鉛筆畫兩條互相垂直的直線和，交點為O。將半圓柱體玻璃磚的平直邊緊貼，并使其圓心位于O點，畫出玻璃磚的半圓弧輪廓線，如圖（a）所示。②將一細激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃磚，記錄折射光線與半圓弧的交點M。③拿走玻璃磚，標記CO光線與半圓弧的交點P。④分別過M、P作BB'的垂線、，、是垂足，并用米尺分別測量、的長度x和y。⑤改變?nèi)肷浣?，重復步驟②③④，得到多組x和y的數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)作出圖像，如圖（b）所示。（1）關于該實驗，下列說法正確的是_____（單選，填標號）。A.入射角越小，誤差越小B.激光的平行度好，比用插針法測量更有利于減小誤差C.選擇圓心O點作為入射點，是因為此處的折射現(xiàn)象最明顯（2）根據(jù)圖像，可得玻璃磚的折射率為_____（保留三位有效數(shù)字）。（3）若描畫的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實際半徑，則折射率的測量結果_____（填“偏大”“偏小”或“不變”）?！敬鸢浮浚?）B（2）1.57（3）不變【解析】（1）A．入射角適當即可，不能太小，入射角太小，導致折射角太小，測量的誤差會變大，故A錯誤；B．激光的平行度好，比用插針法測量更有利于減小誤差，故B正確；C．相同的材料在各點的折射效果都一樣，故C錯誤。故選B。（2）設半圓柱體玻璃磚的半徑為，根據(jù)幾何關系可得入射角的正弦值為折射角的正弦值為折射率可知圖像斜率大小等于折射率，即（3）根據(jù)（2）中數(shù)據(jù)處理方法可知若描畫的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實際半徑，則折射率的測量結果不變。2．（2024年高考北京卷）（1）某同學測量玻璃的折射率，作出了如圖1所示的光路圖，測出了入射角i和折射角r，則此玻璃的折射率___________________．圖1【參考答案】【名師解析】由折射定律，則此玻璃的折射率n=3.（2024年6月高考浙江卷）如圖所示，用“插針法”測量一等腰三角形玻璃磚（側面分別記為A和B、頂角大小為）的折射率。①在白紙上畫一條直線ab，并畫出其垂線cd，交于O點；②將側面A沿ab放置，并確定側面B的位置ef③在cd上豎直插上大頭針P1和P2，從側面B透過玻璃磚觀察P1和P2，插上大頭針P3，要求P3能擋住__________（選填“P1”、“P2”或“P1和P2”）的虛像；④確定出射光線的位置____________（選填“需要”或“不需要”第四枚大頭針；⑤撤去玻璃磚和大頭針，測得出射光線與直線ef的夾角為α，則玻璃磚折射率n=____________________。【答案】③.P1和P2④不需要⑤【解析】③[1]要求P1和P2在一條光線上，該光線透過玻璃磚后過P3，故P3要能擋住P1和P2的虛像；④[2]cd與ab垂直，則過P1和P2的光線與ab垂直，光垂直入射時傳播方向不變，可確定ef邊上的入射點，此時只需要找到折射光線上的一點即可確定出射光線，不需要插第四枚大頭針；⑤[3]根據(jù)幾何關系可知入射角為，折射角為，故4.（2023年高考海南卷）用激光測玻璃磚折射率的實驗中，玻璃磚與屏P平行放置，從另一側用激光筆以一定角度照射，此時在屏上的S1處有激光點，移走玻璃磚，光點移到S2處，回答下列問題：（1）請畫出激光束經(jīng)玻璃折射后完整的光路圖_________；（2）已經(jīng)測出AB=l1，OA=l2，S1S2=l3，則折射率n=_________（用l1、l2、l3表示）；（3）若改用寬ab更小的玻璃磚做實驗，則S1S2間的距離會_________（填“變大”，“變小”或“不變”）。【參考答案】①.②.③.變小【名師解析】（1）[1]根據(jù)題意畫出光路圖如下圖所示（2）設光線入射角為θ、折射角為α，則在C點根據(jù)折射定律有nsinθ=sinα由于射入玻璃磚的入射角是射出玻璃磚的折射角，則S1S2=CB根據(jù)幾何關系可知聯(lián)立解得（3）[3]若改用寬ab更小的玻璃磚做實驗，則畫出光路圖如下可看出S1S2間的距離變小。5．（7分）（2023年高考廣東卷）11．（7分）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點水平入射，到達面上的點后反射到點射出．用大頭針在白紙上標記點、點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，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．（4）利用所測量的物理量，寫出玻璃磚折射率的表達式________．由測得的數(shù)據(jù)可得折射率為________（結果保留3位有效數(shù)字）．（5）相對誤差的計算式為．為了減小測量的相對誤差，實驗中激光在點入射時應盡量使入射角________．【參考答案】（3）2.25（4）（5）小【名師解析】（3）根據(jù)刻度尺讀數(shù)規(guī)則，d1=2.25cm。（4）設fM=d，則MQ與玻璃磚的邊界夾角α的余弦為cosα=d/d1，折射線MO與玻璃磚的邊界夾角β的余弦為cosβ=d/d2。玻璃磚折射率的表達式n===。（5）為了減小測量的相對誤差，實驗中盡可能使大一些，即激光在點入射時應盡量使入射角小一些。6.（2024年高考河北卷）某同學通過雙縫干涉實驗測量單色光的波長，實驗裝置如圖1所示，其中測量頭包括毛玻璃、游標尺、分劃板、手輪、目鏡等。該同學調整好實驗裝置后，分別用紅色、綠色濾光片，對干涉條紋進行測量，并記錄第一條和第六條亮紋中心位置對應的游標尺讀數(shù)，如表所示：單色光類別單色光110.6018.64單色光28.4418.08根據(jù)表中數(shù)據(jù)，判斷單色光1為____________（填“紅光”或“綠光”）?！敬鸢浮烤G光【解析】根據(jù)，可得由圖表帶入數(shù)據(jù)可知故則已知綠光的波長小于紅光波長，則單色光1是綠光。7（2024年高考廣東卷）在“用雙縫干涉實驗測量光的波長”實驗調節(jié)過程中，在光具座上安裝光源、遮光筒和光屏。遮光筒不可調節(jié)。打開并調節(jié)_____。使光束沿遮光筒的軸線把光屏照亮。取下光屏，裝上單縫、雙縫和測量頭。調節(jié)測量頭，并緩慢調節(jié)單縫的角度直到目鏡中觀察到_____?！緟⒖即鸢浮浚?）光源

清晰的干涉條紋【名師解析】（3）打開并調節(jié)光源，使光束沿軸線照亮光屏。取下光屏，裝上單縫、雙縫和測量頭，調節(jié)測量頭，并緩調節(jié)單縫的角度直到目鏡中觀察到清晰的干涉條紋。8.（2024高考江西卷）某同學用普通光源進行雙縫干涉測光的波長實驗。下列說法正確的是（）A.光具座上依次擺放光源、透鏡、濾光片、雙縫、單縫、遮光筒、測量頭等元件B.透鏡的作用是使光更集中C.單縫的作用是獲得線光源D.雙縫間距越小，測量頭中觀察到的條紋數(shù)目內(nèi)越多【答案】BC【解析】進行雙縫干涉測光的波長實驗，光具座上依次擺放光源、透鏡、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、測量頭等元件，故A錯誤；透鏡的作用是使光更集中，故B正確；單縫的作用是獲得線光源，故C正確；根據(jù)條紋間距公式可知雙縫間距越小，相鄰亮條紋的間距較大，測量頭中觀察到的條紋數(shù)目內(nèi)越少，故D錯誤。9.（2024高考遼寧卷）某同學自制雙縫干涉實驗裝置，在紙板上割出一條窄縫，于窄縫中央沿縫方向固定一根拉直的頭發(fā)絲形成雙縫，將該紙板與墻面平行放置，如圖所示。用綠色激光照雙縫，能在墻面上觀察到干涉條紋。下列做法可以使相鄰兩條亮紋中央間距變小的是（）A.換用更粗的頭發(fā)絲 B.換用紅色激光照雙縫C.增大紙板與墻面距離 D.減小光源與紙板的距離【答案】A【解析】根據(jù)雙縫干涉條紋間隔公式，△x=Lλ/d，要使相鄰兩亮條紋中央間距變小，可使雙縫間距d變大，即換用更粗的頭發(fā)絲，A正確；若換用紅色激光照射雙縫，由于紅光的波長大于綠光，則相鄰兩亮條紋中央間距變大，B錯誤；若增大紙板與墻面的距離，即增大L，則相鄰兩亮條紋中央間距變大，C錯誤；減小光源與紙板的距離，則相鄰兩亮條紋中央間距不變，D錯誤。10.（2024高考廣西卷）如圖，S為單色光源，S發(fā)出的光一部分直接照在光屏上，一部分通過平面鏡反射到光屏上。從平面鏡反射的光相當于S在平面鏡中的虛像發(fā)出的，由此形成了兩個相干光源。設光源S到平面鏡和到光屏的距離分別為a和l，，鏡面與光屏垂直，單色光波長為。下列說法正確的是（）A.光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為B.光屏上相鄰兩條暗條紋的中心間距為C.若將整套裝置完全浸入折射率為n的蔗糖溶液中此時單色光的波長變?yōu)镈.若將整套裝置完全浸入某種透明溶液中，光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為，則該液體的折射率為【答案】AD【解析】根據(jù)光的反射對稱性可知光源S與平面鏡中的虛像距離為2a，根據(jù)條紋間距公式可知故A正確，B錯誤；若將整套裝置完全浸入折射率為n的蔗糖溶液中，光的頻率不變，根據(jù)其中c為在真空中的光速，則故C錯誤；若將整套裝置完全沒入某種透明溶液中，光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為，根據(jù)條紋間距公式有可得結合C選項的分析可知所以故D正確。11.（2024高考湖南卷）1834年，洛埃利用平面鏡得到楊氏雙縫干涉的結果（稱洛埃鏡實驗），平面鏡沿放置，靠近并垂直于光屏。某同學重復此實驗時，平面鏡意外傾斜了某微小角度，如圖所示。S為單色點光源。下列說法正確的是（）A.沿向左略微平移平面鏡，干涉條紋不移動B.沿向右略微平移平面鏡，干涉條紋間距減小C.若，沿向右略微平移平面鏡，干涉條紋間距不變D.若，沿向左略微平移平面鏡，干涉條紋向A處移動【答案】BC【解析】根據(jù)題意畫出光路圖如圖所示，S發(fā)出的光與通過平面鏡反射光（可以等效成虛像S′發(fā)出的光）是同一列光分成的，滿足相干光條件。所以實驗中的相干光源之一是通過平面鏡反射的光，且該干涉可看成雙縫干涉，設S與S′的距離為d，則d=2aS到光屏的距離為l，代入雙縫干涉公式可得則若θ=0°，沿OA向右（沿AO向左）略微平移平面鏡，對l和d均沒有影響，則干涉條紋間距不變，也不會移動，故C正確，D錯誤；同理再次畫出光路圖有沿OA向右略微平移平面鏡，即圖中從①位置→②位置，由圖可看出雙縫的間距增大，則干涉條紋間距減小，沿AO向左略微平移平面鏡，即圖中從②位置→①位置，由圖可看出干涉條紋向上移動，故A錯誤，B正確。故選BC。12.（2023高考江蘇學業(yè)水平選擇性考試）用某種單色光進行雙縫干涉實驗，在屏上觀察到的干涉條紋如圖甲所示，改變雙縫間的距離后，干涉條紋如圖乙所示，圖中虛線是亮紋中心的位置。則雙縫間的距離變?yōu)樵瓉淼模ǎ〢.倍 B.倍 C.2倍 D.3倍【參考答案】B【名師解析】根據(jù)雙縫干涉的條紋間距與波長關系有由題圖知x乙=2x甲則。B正確。13．（2022年高考海南卷）（1）在用雙縫干涉測量光的波長的實驗中，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）（2）（2022年高考海南卷）用如圖所示的裝置研究平拋物體的運動規(guī)律，擊打彈片時，A做平拋運動，B做自由落體。經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)兩個小球總是同時落地，則得到的結論是：__________________________________________。以A的拋出點做為坐標原點，建立直角坐標系，如圖所示，設從，從，從的時間分別是、、，則這三個時間（選填“相等”或“不相等”）?！緟⒖即鸢浮浚?）①A②（2）平拋運動的小球在豎直方向做自由落體運動。相等【名師解析】（1）①a、b分別是單縫和雙縫，選項A正確。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，則條紋間隔△x=x/5，由雙縫干涉條紋間隔公式，△x=Lλ/d解得光的波長是λ=。（2）多次實驗發(fā)現(xiàn)兩個小球總是同時落地，則說明平拋運動的小球在豎直方向做自由落體運動。根據(jù)平拋運動在水平方向做勻速直線運動可知，這三個時間相等?？键c02熱學實驗1.(2024高考上海卷)實驗是人類認識物質世界的宏觀性質與微觀結構的重要手段之一，也是物理學研究的重要方法。1.通過“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗可推測油酸分子的直徑約為（）A. B. C. D.2.驗證氣體體積隨溫度變化關系的實驗裝置如圖所示，用支架將封有一定質量氣體的注射器和溫度傳感器固定在盛有熱水的燒杯中。實驗過程中，隨著水溫的緩慢下降，記錄多組氣體溫度和體積的數(shù)據(jù)。（1）不考慮漏氣因素，符合理論預期的圖線是____________A．B．C．D．（2）下列有助于減小實驗誤差的操作是____________A．實驗前測量并記錄環(huán)境溫度B．實驗前測量并記錄大氣壓強C．待溫度讀數(shù)完全穩(wěn)定后才記錄數(shù)據(jù)D．測量過程中保持水面高于活塞下端【答案】（1）.C（2）.①.A②.C【解析】（1）通過“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗可推測油酸分子的直徑約為或，故選C。（2）①實驗過程中壓強不變，根據(jù)可得可知，在壓強不變的情況下，氣體體積與熱力學溫度成正比，與攝氏溫度成一次函數(shù)關系，故A正確，BCD錯誤。故選A②環(huán)境溫度不影響實驗數(shù)據(jù)，實驗前測量并記錄環(huán)境溫度并不能減小實驗誤差，故A錯誤；本實驗壓強不變，實驗前測量并記錄大氣壓強不能減小實驗誤差，故B錯誤；待溫度讀數(shù)完全穩(wěn)定后才記錄數(shù)據(jù)，穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)更加接近真實數(shù)據(jù)，故能減小誤差，故C正確；測量過程中保持水面高于活塞下端不能減少誤差，故D錯誤。2.（2023年高考江蘇學業(yè)水平選擇性考試）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【參考答案】B【名師解析】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活塞，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。B正確。3.（2023高考山東高中學業(yè)水平等級考試）利用圖甲所示實驗裝置