重難點20光學和熱學實驗

『:命題趨勢』

■4

考點分析三年考情分析2025命題熱點

用油膜法估測油酸

八~一,2023：浙江6月選考卷

分子的大小

1、馀先飛伶寺做父化削

探究氣體等溫變化

，……2023：江蘇卷、山東卷規律及注射器模型的應

的規律

m田

2024-湖北卷、安徽卷、浙江6月選考卷

測量玻璃的折射率2、測量玻璃的折射率及

2023：廣東卷、海南卷

?1T玻璃假俁空ny/22Lrn

用雙縫干涉測量光2024：廣東卷、河北卷

的波長2023：海南卷

<1

限時提升練

一、實驗題

1.（2017?全國?一模）用圓弧狀玻璃磚做測定玻璃折射率的實驗時，先在白紙上放好圓弧狀

玻璃磚，在玻璃磚的一側豎直插上兩枚大頭針尸八尸2,然后在玻璃磚的另一側觀察，調整視線

使P的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在的一側插兩枚大頭針Pi和P4,使P3擋住P1和P2

的像，尸4擋住P3以及P1和P2的像，在紙上標出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓，如圖甲所示,

其中。為兩圓弧圓心，圖中已畫出經尸八尸2點的入射光線.

(1)在圖甲上補畫出所需的光路.

(2)為了測出玻璃的折射率，需要測量入射角和折射角，請在圖甲中的Z8分界面上畫出這

兩個角，分別用，和r表示.

（3）為了保證在弧面CO得到出射光線，實驗過程中，光線在弧面Z8的入射角應適當（選

填“小一些，，、“無所謂，，或，，大一些，，）.

（4）多次改變入射角，測得幾組入射角和折射角，根據測得的入射角和折射角的正弦值，畫

出了如圖乙所示的圖象，由圖象可知該玻璃的折射率〃=.

【答案】小一些1.5

【知識點】光的折射定律、折射率

【詳解】（1）連接尸/、尸2表示入射光線，連接尸3、尸4表示出射光線，連接兩光線與玻璃磚的

交點，即為折射光線，作出光路圖如圖：

>

—

7二?

尸

3

BC"'O

（2）標出需要測量的入射角，和折射角力如上圖.

（3）為防止光線在弧面。）發生全反射，光線在弧面的入射角應適當小一些.

（4）根據折射定律得〃=皿=L5.

sin/

2.（2023?湖北?模擬預測）（1）如圖1反映“用油膜法估測分子的大小”實驗中的4個步驟,

將它們按操作先后順序排列應是（用符號表示）；

（2）在做“用油膜法估測分子的大小”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，

待水面穩定后，畫出油膜的形狀。如圖2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，

③按以上實驗數據估測出油酸分子的直徑是mo（結果保留兩位有效數字）

（3）若阿伏加德羅常數為M,油酸的摩爾質量為油酸的密度為。。則下列說法正確的

是。

A.1kg油酸所含有分子數為OSB.In?油酸所含分子數為*

C.1個油酸分子的質量為萼D.油酸分子的直徑約為耳

【答案】bead1.3xl02

8.0x10-2m36.1x10-°B

【知識點】油膜法測分子直徑的實驗步驟和數據處理、物質的量、摩爾質量、分子質量之間的

關系

【詳解】（1）[1]用“用油膜法估測分子的大小”的實驗步驟為：配制油酸酒精溶液一測定一滴

油酸酒精溶液中純油酸的體積一準備淺水盤一形成油膜一描繪油膜邊緣一測量油膜面積一計

算分子直徑。因此操作先后順序排列應是bead。

（2）①[2]圖中油膜中大約有131個小方格，則油酸膜的面積為

5'=132xl2cm2=132cm2?1.3xl02cm2

②[3]每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積為

v0.61x10-6

K=----x------m=8.0xlOm

°100075

③[4]油酸分子的直徑為

〃=五=8x1產6.1x1尸m

S132x10-4

（3）[5]

A.1kg油酸所含有分子數為

故A錯誤；

B.In?油酸所含分子數為

P

故B正確；

C.1個油酸分子的質量為

故C錯誤；

D.設油酸分子的直徑為心則有

解得

故D錯誤。

故選B。

3.(2025?云南?模擬預測)某同學通過雙縫干涉實驗測量發光二極管(LED)發出光的波長。圖

甲為實驗裝置示意圖，雙縫間距d=0.450mm,雙縫到毛玻璃的距離/=365.0mm,實驗中觀察到

的干涉條紋如圖乙所示。

當分劃板中心刻線對齊第1條亮條紋中心，手輪上的讀數為玉=2.145mm；當分劃板中心刻線

對齊第5條亮條紋中心，手輪上的讀數為％=4.177皿。完成下列填空:

(1)相鄰兩條亮條紋間的距離Ar=mm;

（2）根據可算出波長（填正確答案標號）；

A.兒=與B.X=gAxC.^=~7T~

aIaAx

（3）則待測LED發出光的波長為2=nm（結果保留3位有效數字）。

【答案】（1）0.508

(2)B

(3)626

【知識點】干涉條紋間距與波長的關系、楊氏雙縫干涉實驗的實驗步驟和數據處理

【詳解】（1）相鄰兩條亮條紋間的距離為

.X5-Xj

Ax=———-4177-0.5。8mm

44

（2）根據相鄰兩條亮條紋間的距離與光的波長關系Ax：%兒可得波長為

2=-Ax

故選B。

（3）待測LED發出光的波長為

2=—Ax=0.508x10-3m=6.26x10-7m=626nm

I365.0x10-3

4.（2022?北京?模擬預測）物理實驗一般都涉及實驗目的、實驗原理、實驗儀器、實驗方法、

實驗操作、數據處理、誤差分析等。例如:

（1）實驗儀器。在“練習使用多用表''實驗時，某同學用多用表的電阻“xlO”檔測定值電阻阻值,

表盤的示數如圖所示，則該阻值及=。。

（2）在“多用電表的使用”實驗中，某同學進行了如下操作和思考。利用多用電表測量未知電

阻.用電阻擋“義100”測量時發現指針示數如圖所示，為了得到比較準確的測量結果，下列選項

中合理的步驟為（填寫選項前的字母）；

A.將選擇開關旋轉到電阻擋“xlk”的位置

B.將選擇開關旋轉到電阻擋“xlO”的位置

C.將兩表筆分別與被測電阻的兩根引線相接完成測量

D.將兩表筆短接，調節歐姆調零旋鈕使指針指向“0。”

（3）數據分析。某同學用插針法測定一個半圓形玻璃磚的折射率。正確操作后，做出的光路

圖如圖所示。。為圓心，已知48的長度為4,幺。的長度為3CD的長度為4,。。的長度為

14,則此玻璃磚的折射率可表示為

（4）用如圖所示的實驗裝置觀察雙縫干涉圖樣，用綠色濾光片時從目鏡中可以看到綠色的干

涉條紋。在其他條件不變的情況下，下列操作可以使條紋間距變大的是（）

北抽凸透鏡濾光片單縫雙縫遮光筒測量頭及目鏡

3一4--—―-日匚----三----二-n-三WU-

A.換成紅色濾光片B.換成縫寬更大的單縫

C.換成雙縫間距更大的雙縫D.換成更短的遮光筒

【答案】180BDC7A

“3

【知識點】干涉條紋間距與波長的關系、多用電表測電阻的方法、操作步驟、注意事項和讀數、

用插針法測介質折射率的注意事項和誤差分析

【詳解】（1）[1]歐姆表的讀數為指針示數與倍率的乘積，如圖歐姆表讀數為

7?=18.0xl0Q=180Q

（2）[2]歐姆擋測電阻時指針偏轉角度過大，是由于擋位過大，需選取小擋位，進行歐姆調零

后再測阻值，故順序為BDC；

（3）[3]如圖設圓的半徑為凡入射角為3折射角為心由幾何關系可得

..k

sinz=—

R

.h

sinr=—

R

所以折射率為

siniL

n=-----=—

sinr/3

（4）[4]A.根據雙縫干涉條紋間距公式

、L。

Ax——A

d

因紅光的波長比綠光長，故換成紅色濾光片可以使條紋間距變大，故A正確；

B.根據雙縫干涉條紋間距公式

*L,

Ax——A

d

可知條紋間距與單縫的寬窄無關，故B錯誤；

C.根據雙縫干涉條紋間距公式

、L,

Ax——A

d

可知換成雙縫間距更大的雙縫，則條紋間距變小，故c錯誤；

D.根據雙縫干涉條紋間距公式

Ax=—2

d

可知換成更短的遮光筒，則條紋間距變小，故D錯誤。

故選A。

5.（2024?浙江寧波?一模）⑴在“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，下列器材需要用到

的有(多選)。

(2)在上述實驗時，每IO?mL油酸酒精溶液中有純油酸1mL,用注射器測得80滴這樣的溶液為

1mL。把1滴這樣的溶液滴入盛水的淺盤里，等油膜形狀穩定后，測得油膜面積約為150cm，

可估算油酸分子的直徑大小約為mo(結果保留一位有效數字)

(3)如圖為“用傳感器探究氣體等溫變化的規律”的實驗裝置，實驗時某同學緩慢推動活塞，在使

注射器內空氣體積逐漸減小的過程中，由注射器壁上的刻度讀出氣體的體積廣，由壓強傳感器

測得的壓強值。在計算機屏幕上實時顯示，實驗過程中該同學發現，環境溫度逐漸升高，則實

驗得到的圖像可能是

OO

【答案】⑴AC

⑵8x10-。

⑶B

【知識點】氣體等溫變化的圖象、油膜法測分子直徑的實驗步驟和數據處理

【詳解】（1）A.實驗中需用注射器測油酸酒精溶液一定體積的滴數，A正確;

B.該裝置測量氣體的壓強與體積的關系，本實驗不需要，B錯誤;

C.實驗中用坐標紙測量油膜的面積，C正確；

D.該裝置演示液體的表面張力，D錯誤。

故選ACo

（2）1滴油酸酒精溶液中有純油酸的體積

/=LmL=l.25x103mL

10380

故油酸分子的直徑為

d上lAxIOTxio-

m=8xl0-1°m

S150

（3）根據理想氣體狀態方程

工C

T

整理可得

p=CT>-

V

1

由此可知，隨著環境溫度的升高,P--圖--像的斜率會逐漸變大，B正確，ACD錯誤。

V

故選B。

6.某同學利用如圖甲所示裝置做“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗。

（1）下列說法正確的是;

A.若僅將藍色濾光片換成紅色濾光片，則相鄰干涉條紋間距變寬

B.若僅將單縫向雙縫移動一小段距離，則相鄰干涉條紋間距變寬

C.若僅增大雙縫間的距離，則相鄰干涉條紋間距變窄

D.若去掉濾光片。則干涉現象消失

（2）實驗中，選用紅色濾光片測量紅光的波長，測得雙縫間的距離d=2mm,雙縫與屏之間

的距離為￡=0.80m,通過測量頭觀察第1條亮條紋的讀數為3.645mm,觀察第6條亮條紋的位

置如圖乙所示，其讀數為mm。由此求得紅光的波長為m（計算結果保留三

位有效數字）。

【答案】AC4,945（4.942?4.947之間均給分）6.50X107（6.49x10^-6.51x107

之間均給分）

【知識點】楊氏雙縫干涉實驗的實驗步驟和數據處理、楊氏雙縫干涉實驗的實驗目的、原理、

更換光的顏色判斷條紋間距的變化、干涉條紋間距與波長的關系

【詳解】（1）[1]A.相鄰兩亮條紋間距■=藍光波長小于紅光波長，將藍色濾光片換成紅色

濾光片，則相鄰干涉條紋間距變寬,A正確；

B.條紋間距與單縫和雙縫間的距離無關,B錯誤；

C.相鄰兩亮條紋間距■=雙縫間距變大，條紋間距變小,C正確；

a

D.光源發出的光如果不是單色光，去掉濾光片，仍能發生干涉現象，是復色光的干涉,D錯誤；

故選ACo

(2)[2]4.5mm+44.5x0.01mm:=4.945mm

[3]由題圖可知，條紋間距以=&y^=0.26mm,雙縫與屏之間的距離為￡=0.80m,雙縫間的距離

d=2mm,由=得4=與^

aI

代入數據得2=6.5xl(r7m

7.(23-24高三上?廣東河源?開學考試)某實驗小組欲測定一段圓柱形玻璃磚的折射率，其操

a.將白紙固定在水平桌面上，將圓柱形玻璃磚豎直放在白紙上，用鉛筆準確描出玻璃磚底面

圓的輪廓。

b.將底面圓圓周平分為60等份，并標上相應的數字，如圖甲所示，再將玻璃磚豎直放回圖甲

中的底面圓輪廓上進行實驗。

c.用激光筆發出細束激光，沿平行于圓直徑O。'的方向入射，分別準確記錄入射點尸和出射

點。在圓周上對應的讀數乂、Nlo

d.改變入射點位置，重復步驟c。

(1)根據圓周上的讀數乂、但可得，入射角,折射角7=。(以弧度制

表示)

(2)若經過多次測量，做出sim-siny的圖像如圖乙所示，則玻璃磚的折射率為"=(結

果保留三位有效數字)。

(3)在本實驗的操作過程中，若入射光線發生了如圖甲中虛線Z8所示的偏離，則折射率的

測量值將(填“偏大”或“偏小”)。

r公堂】兀風,曲7兀n(N「N,兀(赴”{N-7)兀、

刀(或而)5―一(或5一一2丁)

1.50/1.47/1.48/1.49/1.51/1.52/1.53偏小

【知識點】光的折射定律、折射率

【詳解】（1）圓周上的刻度被分為60等份，則每個刻度代表的弧度為

271_71

60-30

根據圓周上的讀數可得，入射角

i工

30

折射角

N「N\

v30兀兀兀

2260

（2）[3]sin「siny圖像的斜率表示玻璃磚的折射率，則有

（3）[4]若入射光線發生如圖甲中虛線所示偏離，則入射角的測量值偏小，折射率的測量值偏

小。

8.（2023?陜西榆林?模擬預測）為籌備校運會，學校采購了一批礦泉水。小聰用如圖所示的

雙縫干涉裝置測定這種礦泉水的折射率，單色光通過單縫工后分為兩束，分別從雙縫岳、$2射

到熒光屏上后形成干涉條紋.小聰將待測礦泉水填充到特制容器中（不考慮器壁對光的影響），

然后將特制容器（圖中未畫出）放置在雙縫與熒光屏之間（充滿雙縫與屏之間的整個空間，之

前為空氣），其他情況不變，通過比對放置特制容器前、后熒光屏上的干涉條紋間距，就可以

計算出該礦泉水的折射率.

/熒光屏

（1）本實驗____________測量雙縫的間距d,測量雙縫到熒光屏的距離L。（均填“需

要”或“不需要”）

（2）若測得放置特制容器前、后熒光屏上相鄰兩條亮條紋的間距分別為項、聲,則這種礦泉水

的折射率"=-

【答案】不需要不需要?

【知識點】干涉條紋間距與波長的關系、折射率的波長表達式和速度表達式

【詳解】（1）設入射光在礦泉水中的波長為比礦泉水的折射率為〃，由v=￡可得

n

由公式X=可得放礦泉水樣品之前，熒光屏上相鄰兩條亮條紋的間距為

a

x,=-X

1d

放礦泉水樣品之后，熒光屏上相鄰兩條亮條紋的間距為

所以可得

所以不需要測量雙縫的間距力也不需要測量雙縫到熒光屏的距離心

（2）[3]這種礦泉水的折射率

%

9.如圖甲所示，在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中，將實驗儀器按要求安裝在光具座上,

并選用縫間距d=0.4mm的雙縫屏。從儀器注明的規格可知，像屏與雙縫屏間的距離/=0.5m。

接通電源使光源正常工作。

光源凸透鏡濾光片單縫雙縫遮光筒像屏

（1）由理論分析可知，波長為彳的單色光在雙縫干涉實驗中形成干涉條紋，其相鄰兩個亮條

紋或暗條紋的中心間距-=（用已知量字母表示）。

（2）用某種單色光照射雙縫得到如圖乙所示的干涉條紋，測量頭手輪示數如圖丙所示，則分

劃板中心刻線在圖乙中B位置時手輪示數為x=mmo

AB8位置讀數

乙丙

（3）若已知分劃板中心刻線處于A位置時，手輪示數為10.578mm,則該單色光的波長X=

m（結果保留2位有效數字）。

【答案】4^15.078/15.077/15.0796.0xlO7

a

【知識點】楊氏雙縫干涉實驗的注意事項和誤差分析、楊氏雙縫干涉實驗的實驗目的、原理、

楊氏雙縫干涉實驗的實驗步驟和數據處理、干涉條紋間距與波長的關系

【詳解】（1）[1]在雙縫干涉實驗中，由相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距與波長的關系可

得

I,

AAx——A

d

（2）[2]分劃板中心刻線在圖乙中5位置時手輪示數為

x=15mm+7.8x0.01mm=15.078mm

（3）[3]由題意可知

xAB=15.078mm—10.578mm=4.500mm

因為

Al。

Ax=-A

d

由圖可知，相鄰的兩個亮條紋或暗條紋的中心間距為

Ax=^

6

聯立可得，該單色光的波長為

A=6.0xl0-7m

10.（2023高三?全國?專題練習）在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，將實驗儀器按要求安裝

在光具座上，如圖甲所示。

白熾燈濾光片單縫雙縫遮光筒屏

（1）關于該實驗，下列說法正確的是;

A.單縫及雙縫必須平行放置

B.干涉條紋與雙縫垂直

C.干涉條紋疏密程度與單縫寬度有關

D.若用綠色濾光片替換紅色濾光片，干涉條紋間距會變小

（2）某同學在做該實驗時，在同一視野中選取了A、B兩條紋，第一次分劃板中心刻度對齊

A條紋中心時（圖乙），游標尺的示數如圖丙所示；第二次分劃板中心刻度對齊B條紋中心

時（圖丁），游標尺的示數如圖戊所示。已知雙縫間距為0.50mm,雙縫到屏的距離為1.00m,

則圖丙游標尺的示數為—mm,兩個相鄰亮條紋（或暗條紋）間的距離為—mm。所測單色

光波長為mo

3

lllMlIlhll山IIIcm

0_____10

【答案】AD/DA11.51.36.5x107

【知識點】更換光的顏色判斷條紋間距的變化、楊氏雙縫干涉實驗的實驗步驟和數據處理

【詳解】⑴[1]

AB.為使屏上的干涉條紋清晰，單縫和雙縫必須平行放置，所得到的干涉條紋與雙縫平行，A

正確，B錯誤；

CD.根據公式

可知，干涉條紋疏密程度與雙縫間距離、雙縫到屏的距離和光的波長有關，綠光的波長小于紅

光的波長，若用綠色濾光片替換紅色濾光片，干涉條紋間距會變小，C錯誤，D正確。

故選AD。

（2）⑵[3][4]由圖丙可知,讀數為

再=11mm+5x0.1mm=11.5mm

由圖戊可知，讀數為

x2=16mm+7x0.1mm=16.7mm

由圖乙和圖丁可知，A、B兩條紋間有4個間距，則兩個相鄰亮條紋(或暗條紋)間的距離為

Ax=―—―=1.3mm

4

根據公式

AI,

Ax——A

d

代入數據解得所測單色光波長為

,d\xO.5OxlO3xl.3xlO^,,,_

Z=--=-----------m=6.5x10n7m

I1

11.(2024?山東濟南?模擬預測)低折射率玻璃因其具有良好的透光性，被廣泛應用于反射鏡、

透鏡當中。某實驗小組想利用“插針法”測量某種低折射率長方形玻璃磚的折射率。其主要實驗

步驟如下：

①在白紙上畫出一條直線。作為界面，過直線。上的一點。做出法線NN',并畫出作為

入射光線，再把玻璃轉放到白紙上，讓玻璃胸的上界面和直線。對齊，并畫出玻璃磚的下界面

b；

②在表示入射光線的上插上大頭針＜、￡；

甲乙

(1)在步驟③中，插大頭針舄時，需要擋住________；

(2)撤去玻璃磚和大頭針，正確完成光路圖，如圖甲所示，A、巴的連線與直線b交于E點，

延長線與直線b交于/點，NN'與直線b交于點，測得9=d,無“，~ffF=x2,

該玻璃磚的折射率可以表不為〃=(結果用d、a、/表不);

(3)由于該玻璃磚的折射率很小，在實際測量中E、尸兩點離得很近，為了減小實驗誤差，該同

學在直線b的下方再畫一條平行線c,分別延長和OE至直線c,再進行相應測量，計算出

折射率，如圖乙所示。直線C離直線b的距離適當（選填“遠”或者“近”）一些比較好。

【答案】（1）8、￡的像和A

⑶遠

【知識點】用插針法測介質折射率的實驗步驟和數據處理、光的折射定律、折射率

【詳解】（1）光在同一均勻介質中沿直線傳播，所以插大頭針與時，需要擋住耳、鳥的像和巴。

（2）入射角的正弦為

折射角的正弦為

由折射定律得

解得該玻璃磚的折射率可以表示為

2

x2Jx^+d

"=I—2

X|+d

（3）由于該玻璃磚的折射率很小，在實際測量中￡、尸兩點離得很近不方便測量玉、苫2,那么

可以采用等比例放大占、%,所以直線c離直線b的距離適當遠一點好。

12.（2022?北京海淀?二模）物理實驗一般都涉及實驗目的、實驗原理、實驗儀器、實驗方法、

實驗操作、數據分析等。例如：

（1）實驗儀器。用游標卡尺測某個杯子的深度〃，示數如圖所示，則該杯子的深度為〃=

cm。

10cm1112

01020

（2）用“油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，配制的油酸酒精溶液的濃度為每500mL溶液中

有純油酸2mL,用注射器取1mL該油酸酒精溶液，滴入燒杯中，記錄液滴共60滴。取1滴該

溶液滴入盛水的淺水盤里，待水面穩定后，在帶有坐標方格的玻璃板上描下油膜邊界的輪廓線,

如圖所示。坐標中一個小正方格的邊長是1cm。根據以上數據和測量結果，估測出的分子直徑

約為。

（3）實驗原理。如圖為“探究氣體等溫變化的規律”的實驗裝置圖。實驗時，讀取空氣柱的長

度L以及此時所對應的壓強P。

①對于一定質量的封閉氣體，在溫度不變的情況下，若P與上的保持不變，即得

到氣體做等溫變化的規律。

②某同學發現,壓力表上的數值是有單位的，但是針筒旁代表空氣柱長度的數值是沒有單位的，

他查了一下該實驗裝置的說明書，發現也沒有對這個數值單位情況的具體說明。請分析說明這

種情況的理由。（）

【答案】10.0705xl0-9m乘積因為針筒上下的橫截面積都相同，所以空

氣柱的長度就代表了空氣柱的體積的情況；因為最終的結果是