熱點題型?實驗題攻略

專題11光學和熱學實驗

目錄

01.題型綜述..................................................................

02.解題攻略..................................................................

題組01用油膜法估測油酸分子的大小...................................................1

題組02探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關(guān)系...................................3

題組03測量玻璃的折射率..............................................................5

題組04測量玻璃的折射率..............................................................7

03.高考練場.................................................................................12

01題型綜述

1.本專題掌握四個基本實驗：

(1)用油膜法估測油酸分子的大小；

(2)探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關(guān)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(yīng)用油膜法、控制變量法、單位圓法、圖像法。

02解題攻略

題組01用油膜法估測油酸分子的大小

【提分秘籍】

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。

kJ

浮在水面上的

爽身粉油酸薄膜油酸分子

cxxirxxxxxxzi

三姿三愛姿與三手t

三三三三三三三三三三三三三水

甲乙

2.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“；

(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，讀出它的體積為Vo;

(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，純油酸的體積丫=電/

3.對“S”的測量

(1)數(shù)出輪廓范圍內(nèi)正方形的個數(shù)小，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So計算出油膜的面積S(即n0So)o

【典例剖析】|

【例1-1](1)如圖甲反映“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中的4個步驟，將它們按操作先后順序排列

應(yīng)是(用符號表示)；

(2)在做“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗中將油酸溶于酒精,其濃度為每1000mL溶液中有0.6mL

油酸。用注射器測得1mL上述溶液有75滴，把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，畫出油膜

的形狀。如圖乙所示，坐標紙中正方形方格的邊長為1cm,試求:

①油酸膜的面積是cm2；

②每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是m3；

③按以上實驗數(shù)據(jù)估測出油酸分子的直徑是m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

(3)若阿伏加德羅常數(shù)為NA，油酸的摩爾質(zhì)量為Af,油酸的密度為4則下列說法正確的是

A.1kg油酸所含有分子數(shù)為PNA

B.1n?油酸所含分子數(shù)為管

C.1個油酸分子的質(zhì)量為弁

D.油酸分子的直徑約為呼

【變式演練】

【變式1-1］用油膜法估測油酸分子大小的實驗步驟如下：

①向體積為V1的純油酸中加入酒精，直到油酸酒精溶液總量為V2；

②用注射器吸取上述溶液，一滴一滴地滴入小量筒，當?shù)稳搿暗螘r體積為人;

③先往邊長為30-40cm的淺盤里倒入2cm深的水；

④用注射器往水面上滴一滴上述溶液，等油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將事先準備好的玻璃板放在淺盤上，并在

玻璃板上描出油酸薄膜的形狀；

⑤將畫有油酸薄膜輪廓形狀的玻璃板，放在畫有許多邊長為。的小正方形的坐標紙上；

⑥計算出輪廓范圍內(nèi)正方形的總數(shù)為N,其中不足半個格的兩個格算一格，多于半個格的算一格。

上述實驗步驟中有遺漏和錯誤，遺漏的步驟是;錯誤的步驟是

（指明步驟，并改正），油酸分子直徑的表達式"=o

題組02探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關(guān)系

【提分秘籍】

1.實驗法：控制變量法

實驗裝置如圖

力表

壓

柱塞

空氣

柱

橡膠

套

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(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)外氣體的壓強差不

宜過大。

3.在等溫過程中，氣體的壓強與體積的關(guān)系在p—V圖像中呈現(xiàn)為雙曲線（其中一支），如圖甲。處理實驗數(shù)

據(jù)時，要通過變換，即畫p—上圖像，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(guān)的對實驗研究有

用的參數(shù)。

【典例剖析】

【例2-1］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。

(2)實驗中通過活塞所在刻度讀取了多組體積V及對應(yīng)壓強p的數(shù)據(jù)，為了在尤。了坐標系中獲得直線圖像，

應(yīng)選擇。

A.p-V圖像B.p一,圖像

C."加像D."—犧像

(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=

【變式演練】

【變式2-1】如圖甲是“用DIS研究在溫度不變時，一定質(zhì)量的氣體壓強與體積的關(guān)系”的實驗裝置.主要

步驟如下:

①將壓強傳感器調(diào)零；

②在活塞上均勻涂抹潤滑油，把活塞移至注射器滿刻度處；

③逐一連接注射器、壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機；

④推動活塞，記錄多組注射器內(nèi)氣體的體積V,以及相應(yīng)的壓強傳感器示數(shù)p。

(1)實驗操作中，活塞上均勻涂抹潤滑油，主要目的是。

(2)為了保持封閉氣體的溫度恒定，下列措施可行的是o

A.注射器必須固定在豎直平面內(nèi)

B.用手握注射器推拉活塞

C.緩慢推動活塞

(3)測得多組空氣柱的壓強p和體積V的數(shù)據(jù)后，為直觀反映壓強與體積之間的關(guān)系，若以p為縱坐標,

則應(yīng)以為橫坐標在坐標系中描點作圖；小明所在的小組不斷壓縮氣體，由測得數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)圖線的上

端出現(xiàn)了一小段彎曲，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的可能原因是(答一種即可)。

(4)另一小組實驗時緩慢推動活塞，記錄4組注射器上的刻度數(shù)值V,以及相應(yīng)的壓強傳感器示數(shù)”在采集

第5組數(shù)據(jù)時，壓強傳感器的軟管脫落，重新接上后繼續(xù)實驗，又采集了4組數(shù)據(jù)，其余操作無誤.該小

組繪出的丫一￡關(guān)系圖像應(yīng)是。

題組03測量玻璃的折射率

【提分秘籍】

1.一個重要實驗步驟

在玻璃磚的另一側(cè)插上「3，使尸3擋住Pl、P2的像，再插上尸4，使24擋住23和尸1、P2的像。

2.三個數(shù)據(jù)處理的方法

(1)計算法：由〃=鬻，算出不同入射角時的”值，并取平均值。

sin(72

(2)圖像法：作sind—sin%圖像，由〃=鬻可知其斜率為折射率。

sinC72

FHF'H'

(3)單位圓法：以入射點。為圓心，作半徑為R的圓，如圖所示，貝l|sina=淺，sin如，OE^OE'

=R,所以用刻度尺量出EH、E'”'的長度就可以求出〃=翳=3方。

S1D乜H

3.兩個減小誤差的實驗要求

⑴實驗時，應(yīng)盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和尸2之間、尸3和尸4之間、尸2和。、尸3與。'之間距離

要稍大一些。

⑵入射角仇不宜太大（接近90。），也不宜太小（接近0。），當仇太大時，反射光較強，出射光較弱，當仇太

小時，入射角、折射角測量的相對誤差較大。

【典例剖析】

【例3-1］某同學用插針法測量某種材料制成的三棱鏡的折射率，主要實驗步驟如下：

（1）先在木板上鋪一張方格紙，方格紙上的小格子均為正方形，將棱鏡放在方格紙上，然后畫出棱鏡的界面，

如圖所示。在棱鏡的一側(cè)插上兩枚大頭針Pi和P2,用表示大頭針的位置，然后在另一側(cè)透過棱鏡觀察，

并依次插上大頭針尸3和尸4,利用相關(guān)實驗器材測出棱鏡的折射率，下列說法正確的有；

A.P3只需擋住2的像

B.尸4擋住R的同時，還要擋住尸1和R的像

C.該實驗除刻度尺外，還必須使用量角器

D.該實驗僅需使用刻度尺，無需使用量角器

（2）經(jīng)正確操作，四枚大頭針的位置如圖所示，請在圖上作出實驗光路圖；

（3）依據(jù)光路圖，可得該棱鏡的折射率為（計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

【變式演練】

【變式3-1］長方體形狀的玻璃磚有一個表面鍍銀（光線不能透過），現(xiàn)利用“插針法”測定此玻璃磚的折射

率。如圖甲所示，實驗時，先將玻璃磚平放到水平面內(nèi)的白紙上，鍍銀面與紙面垂直。貼著玻璃磚前后兩

個面在紙上畫出直線如儂和左次2，其中"7附2側(cè)為鍍銀面。然后在白紙上豎直插上兩枚大頭針尸1、?2o

⑴準備插第三枚大頭針時，應(yīng)在________側(cè)觀察（選填"n”或“h%2”）；

（2）插第三枚大頭針時，這枚大頭針應(yīng)___________________________________

A.只擋住Pi的像

B.只擋住尸2的像

C.同時擋住尸1和尸2的像

(3)插完所需大頭針，補全光路。圖乙為光路的一部分，4、5均為光路上的點，過4、所作直線M心的垂

線，垂足分別為42、&,已知圖中40=21。，則玻璃磚的折射率可表示為0

A髭

“山2曙

題組04測量玻璃的折射率

【提分秘籍】

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。

光源濾光片單縫雙縫遮光筒屏

2.原理：Ax=],因此，只要測出Ax、d、/即可測出波長九

3.■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)。1；轉(zhuǎn)動手

輪，當分劃板中心刻線與第”條相鄰的亮條紋中心對齊時，記下手輪上的讀數(shù)。2；則相鄰兩條亮條紋間的

距離盤=回一

n~1

【典例剖析】

【例4-1]某同學利用如圖甲所示裝置測量某種單色光波長。實驗時，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。回答下列問題：

光源凸透鏡撥桿

入1____/

測量頭

(1)關(guān)于本實驗下列說法正確的是;

A.若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，可能是因為光源、單縫、雙縫與遮光筒不共軸所致

B.A處為單縫、B處為雙縫、濾光片在A和2之間

C.A處為單縫、B處為雙縫、濾光片在凸透鏡和A之間

D.若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，可以換用間距更小的雙縫

(2)某次測量時，選用的雙縫的間距為0.4mm,測得屏與雙縫間的距離為0.5m,用某種單色光實驗得到的

干涉條紋如圖乙所示，分劃板在圖中A、8位置時游標卡尺的讀數(shù)也如圖乙中所示，則A位置對應(yīng)的讀數(shù)為

.mm。B位置對應(yīng)的讀數(shù)為15.6mm,則所測單色光的波長約為nm（結(jié)果保留整數(shù)部分）;

4位置讀數(shù)8位置讀數(shù)

（3）若某次實驗觀察到的干涉條紋與分劃板的中心刻線不平行，如圖丙所示，在這種情況測量相鄰條紋間距

Ax,則波長7的測量值_______（填“大于”“小于”或“等于"）實際值。

【變式4-1】利用圖示裝置測量某種單色光的波長。實驗時，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。

光源透鏡ab遮光筒屏

（1）實驗前打開光源，調(diào)節(jié)光源的高度和角度，使它發(fā)出的光束沿著遮光筒的軸線把屏照亮；然后光具座上

先放置b和c,再放置a,就可以觀察到單色光的雙縫干涉圖樣（均選填“雙

縫”“單縫”“濾光片”）o

（2）實驗中已知雙縫間的距離d=0.3mm,雙縫到光屏的距離乙=1.2m,某種單色光照射雙縫時，用測量頭

測量條紋間的寬度：先將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，如圖甲所示，將該亮紋定為第1條

亮紋，此時手輪上的示數(shù)如圖乙所示為mm；然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6

條亮紋中心對齊，此時手輪上的示數(shù)如圖丙所示為mm,則這種單色光的波長為m（結(jié)果

保留兩位有效數(shù)字）。

（3）上述實驗中，若僅將紅色濾光片更換為藍色濾光片，則相鄰亮紋中心間距（選填“增大”“減小

或“不變”）。

03局考練場

1.（2023?江蘇?高考真題）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（）

壓力表

4_

-_

"

-

-柱塞

|與

13-空氣柱

10口3橡膠塞

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

2.（2024?江西?高考真題）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

3.（2023?北京?高考真題）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，已知1

滴油酸酒精溶液中純油酸的體積為V,在水面上形成的單分子油膜面積為S,則油酸分子的直徑d=

4.（2024?北京?高考真題）某同學測量玻璃的折射率，作出了如圖所示的光路圖，測出了入射角i和折射角

r,則此玻璃的折射率n=。

5.（2023?山東?高考真題）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(guān)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(zhì)量的空氣，下端通過塑料管與壓強傳感器相連。活塞上

端固定一托盤，托盤中放入祛碼，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)埼與塑

料管容積AV之和），逐次增加祛碼質(zhì)量，采集多組數(shù)據(jù)并作出擬合曲線如圖乙所示。

p/(xl0pa)

220

200_L十

，

十

十

_L十

，

，

士

，士

津(

180工-r

-k

士

一

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160

140

十

dL1L十

120l-lI-lJ-

士

十---

rTr二

1-LX-L

4III

1--—

.!_7rTr

-5--r

10Q5060708090100i

吁-(xlO-3mL-')

圖乙V

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(zhì)量的氣

體O

A.P與V成正比B.。與5成正比

（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）。

（3）某組同學進行實驗時，一同學在記錄數(shù)據(jù)時漏掉了AV,則在計算PM乘積時，他的計算結(jié)果與同組正

確記錄數(shù)據(jù)同學的計算結(jié)果之差的絕對值會隨P的增大而（填"增大"或"減小"）。

6.（2024?浙江?高考真題）如圖所示，用"插針法"測量一等腰三角形玻璃磚（側(cè)面分別記為A和B、頂角大

小為6）的折射率。

①在白紙上畫一條直線油，并畫出其垂線cd,交于。點；

②將側(cè)面A沿浦放置，并確定側(cè)面2的位置的'

③在cd上豎直插上大頭針Pi和P2,從側(cè)面2透過玻璃磚觀察Pi和P2,插上大頭針P3,要求P3能擋住

（選填"Pl"、叩2"或"Pl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動■的夾角為a,則玻璃磚折射率"=o

7.（202牛安徽,高考真題）某實驗小組做“測量玻璃的折射率"及拓展探究實驗.

⑴為測量玻璃的折射率，按如圖所示進行實驗，以下表述正確的一項是o（填正確答案標號）

A.用筆在白紙上沿著玻璃磚上邊和下邊分別畫出直線a和4

B.在玻璃磚一側(cè)插上大頭針《、P2,眼睛在另一側(cè)透過玻璃磚看兩個大頭針，使八把《擋住，這樣就

可以確定入射光線和入射點。…在眼睛這一側(cè)，插上大頭針6,使它把打、鳥都擋住，再插上大頭針與，

使它把￡、尸2、鳥都擋住，這樣就可以確定出射光線和出射點。2

C.實驗時入射角4應(yīng)盡量小一些，以減小實驗誤差

（2）為探究介質(zhì)折射率與光的頻率的關(guān)系，分別用一束紅光和一束綠光從同一點入射到空氣與玻璃的分界

面.保持相同的入射角，根據(jù)實驗結(jié)果作出光路圖，并標記紅光和綠光，如圖乙所示.此實驗初步表明：

對于同一種介質(zhì)，折射率與光的頻率有關(guān).頻率大，折射率（填"大"或"小"）

⑶為探究折射率與介質(zhì)材料的關(guān)系，用同一束微光分別入射玻璃磚和某透明介質(zhì)，如圖丙、丁所示。保持

相同的入射角％,測得折射角分別為4、4（%<4），則玻璃和該介質(zhì)的折射率大小關(guān)系為"裁輸______n

M（填">"或"<"）。此實驗初步表明：對于一定頻率的光，折射率與介質(zhì)材料有關(guān)。

8.（2024?河北?高考真題）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(diào)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(yīng)的游標尺讀數(shù)，如表所示：

單色光類別/mmx6/mm

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"）。

9.（2024?湖北?高考真題）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A4'和班'，交點為。。將半圓柱體玻璃磚的平直邊緊貼A4',

并使其圓心位于。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傳，記錄折射光線與半圓弧的交點M。

③