2023届二轮复习 专题十八热学和光学实验 学案

专题十八热学和光学实验

高频考点·能力突破

考点一　热学实验

例1某实验小组用如图甲所示实验装置来探究一定质量的气体发生等温变化遵循的规律．

(1)关于该实验，下列说法正确的是________．

A．实验前应将注射器的空气完全排出

B．空气柱体积变化应尽可能地快些

C．空气柱的压强随体积的减小而减小

D．作出p-的图像可以直观反映出p与V的关系

(2)为了探究气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律，他们进行了两次实验，得到的p-V图像如图乙所示，由图可知两次实验气体的温度大小关系为T1______T2(选填“<”“＝”或“>”)．

(3)另一小组根据实验数据作出的V-图线如图丙所示，若他们的实验操作无误，造成图线不过原点的原因可能是_____________________________________________________

________________________________________________________________________.

[解题心得]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

预测1　[2022·济南模拟](1)如图1所示的四个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是________(用符号表示)．

(2)在该实验中，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有1mL油酸．用注射器测得1mL上述溶液有100滴，把2滴该溶液滴入盛水的浅盘里，画出油膜的形状如图2所示，坐标格的正方形大小为20mm×20mm.可以估算出油膜的面积是________m2，2滴油酸溶液中纯油酸的体积为____m3，由此估算出油酸分子的直径是________m(所有结果均保留两位有效数字)．

(3)某同学通过测量出的数据计算分子直径时，发现计算结果比实际值偏大，可能是由于________．

A．油酸未完全散开

B．油酸溶液浓度低于实际值

C．计算油膜面积时，将所有不足一格的方格算作一格

D．求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多记了10滴

考点二　光学实验

例2在“双缝干涉实验测量光的波长”的实验中，请按照题目要求回答下列问题．

(1)图中甲、乙两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________．

(2)将下表中的光学元件放在图丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长．

将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的排列顺序应为________．(填写元件代号)

(3)已知该装置中双缝间距d＝0.50mm，双缝到光屏的距离L＝0.50m，在光屏上得到的干涉图样如图(a)所示，分划板在图中A位置时游标卡尺示数如图(b)所示，则其示数为________mm；在B位置时游标卡尺示数如图(c)所示．由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为____m．

[解题心得]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

预测2　某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、白纸．

(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度____．

A.选用两光学表面间距大的玻璃砖

B.选用两光学表面平行的玻璃砖

C.选用粗的大头针完成实验

D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些

(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是____．

(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n＝________．(用图中线段的字母表示)

素养培优·创新实验

情境　[2020·北京海淀二模]如图所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，操作步骤如下：

①在注射器内用活塞封闭一定质量的气体，将注射器、压强传感器、数据采集器和计算机逐一连接起来；

②缓慢移动活塞至某一位置，待示数稳定后记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算机显示的气体压强值p1；

③重复上述步骤②，多次测量并记录；

④根据记录的数据，作出相应图像，分析得出结论。

(1)在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的________和________．

(2)根据记录的实验数据，做出了如图所示的p-V图.对图线进行分析，如果在误差允许范围内，p1、p2、V1、V2之间满足关系式________，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比．图线在V1、V2之间所围的面积的物理意义表示________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

(3)在不同温度环境下，另一位同学重复了上述实验，实验操作和数据处理均正确．环境温度分别为T1、T2，且T1>T2.在如图所示的四幅图中，可能正确反映相关物理量之间关系的是________(选填选项前的字母)．

(4)在相同温度环境下，不同小组的同学均按正确的实验操作和数据处理的方法完成了实验，并在相同坐标标度的情况下画出了压强与体积的关系图线，如图所示．对于两组的图线并不相同的结果，他们请教了老师，老师的解释是由于他们选取的气体质量不同．若4个小组所选择的研究对象的质量分别是m1、m2、m3和m4，则由图可知它们的大小关系是m1________m2，m3________m4(选填“大于”或“小于”)．

[解题心得]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

专题十八　热学和光学实验

高频考点·能力突破

考点一

例1　解析：(1)实验是以注射器内的空气为研究对象，所以实验前注射器内的空气不能完全排出，故A错误；空气柱的体积变化不能太快，要缓慢移动注射器柱塞保证气体温度不变，故B错误；气体发生等温变化，空气柱的压强随体积的减小而增大，故C错误；p - 图像是一条倾斜的直线，作出p - 的图像可以直观反映出p与V的关系，故D正确．

(2)在p - V图像中，根据＝C，即pV＝CT，离坐标原点越远的等温线温度越高，故T1>T2.

(3)造成图线不过原点可能的原因是试管中的气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验的器材可知，实验时未考虑注射器前端与橡皮帽连接处的气体体积．

答案：(1)D　(2)>　(3)实验时未考虑注射器前端与橡皮帽连接处的气体体积

预测1　解析：(1)“用油膜法估测分子的大小”实验步骤为配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径，因此操作先后顺序排列应是dacb.

(2)由图示油膜可知，小方格的个数为75.油膜的面积S＝75×20mm×20mm＝30000mm2＝0.030m2，2滴油酸溶液含纯油酸的体积为V＝2×mL＝2.0×10-5mL＝2.0×10-11m3，油酸分子的直径为d＝＝m≈6.7×10-10m.

(3)计算油酸分子直径的公式是d＝，V是纯油酸的体积，S是油膜的面积．油酸未完全散开，S偏小，故得到的分子直径d将偏大，故A正确；如果测得油酸溶液浓度低于实际值，则油酸的实际体积偏小，则直径将偏小，故B错误；计算油膜面积时，将所有不足一格的方格算作一格时，S将偏大，故得到的分子直径将偏小，故C错误；求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多记了10滴，由V1＝mL可知，纯油酸的体积将偏小，则计算得到的分子直径将偏小，故D错误．

答案：(1)dacb　(2)0.030　2.0×10-11　6.7×10-10　(3)A

考点二

例2　解析：(1)图甲中的条纹间距和宽度相同，是干涉图样，图乙是衍射图像．(2)光源发出的白光各种频率都有，加上E后通过的只有红光了，变成单色光，加上D和B，就得到两列频率相同、步调一致的相干光，放置光屏，干涉条纹呈现在光屏上，所以顺序为CEDBA.(3)A位置的示数为111.10mm，B位置的示数为115.45mm，图(a)中A、B之间的距离为115.45mm-111.10mm＝4.35mm，则相邻两个亮条纹的间距为Δx＝mm，根据公式Δx＝λ，代入数据得λ≈6.2×10-7m.

答案：(1)甲

(2)CEDBA

(3)111.10　6.2×10-7

预测2　解析：(1)测玻璃的折射率关键是根据入射光线和出射光线确定在玻璃中的传播光线，因此选用光学表面间距大的玻璃砖以及使同侧两枚大头针的距离大些都有利于提高实验准确程度，减小误差；两光学表面是否平行不影响折射率的测量，为减小误差，应选用细长的大头针，故选项B、C错误．

(2)两光学表面平行的玻璃砖的入射光线与出射光线平行，在空气中的入射角大于玻璃中的折射角，画图可知正确的图为D.

(3)玻璃的折射率n＝，又sini＝，sinr＝，故n＝.

答案：(1)AD　(2)D　(3)

素养培优·创新实验

情境　解析：(1)玻意耳定律：对一定量的气体温度保持不变时…….因此应是质量和温度不变．

(2)根据玻意耳定律可知p1V1＝p2V2，气体体积由V1变到V2的过程中，气体对外界所做的功．

(3)由于pV＝恒量，V-p图像为双曲线，且取相同的体积时，温度高的压强大，因此T1图像在T2图像的上方，A正确，B错误；由于pV＝恒量，V-图像为过坐标原点的直线，且压强相同时，温度高的体积大，因此T1图像在T2图像的上方，C正确，D错误．

(4)在体积和温度相同时，质量大的，单位体积内的分子数多，压强大，因此m1>m2，m3>m4.

答案：(1)质量　温度　(2)p1V1＝p2V2　气体体积由V1变到V2的过程中，气体对外界所做的功　(3)AC　(4)大于　大于