高考物理真题分项汇编（3年（2021-2023）（北京专用）专题19 热学和光学实验

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专题19 热学和光学实验

1.（2023·北京卷）用油膜法估测油酸分子直径是一种通过测量宏观量来测量微观量的方法，已知1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V，在水面上形成的单分子油膜面积为S，则油酸分子的直径___________。
【答案】
【详解】[1]油酸分子的直径为



1.（2023·北京市潞河中学·校考三模）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。
（1）用游标卡尺测量图乙线圈的内径，可利用图甲中游标卡尺的___________（选填“A”、“B”、“C”）部件，测出的内径大小如图丙所示，其读数为___________cm；

（2）下面四幅图是用来“探究影响感应电流方向的因素”的实验示意图。灵敏电流计和线圈组成闭合回路，通过“插入”“拔出”磁铁，使线圈中产生感应电流，记录实验过程中的相关信息，分析得出楞次定律。下列说法正确的是( )

A．该实验必需保持磁铁运动的速率不变
B．该实验必需记录感应电流产生的磁场方向
C．该实验无需记录磁铁在线圈中的磁场方向
D．该实验无需确认电流计指针偏转方向与通过电流计的电流方向的关系
（3）如图所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律。根据记录的实验数据，做出了如图所示的图，图线在、之间的所围面积的物理意义表示___________。

【答案】 A 1.930 B 气体体积由变到的过程中，气体对外界所做的功
【详解】（1）[1] 测量线圈的内径应使用游标卡尺的内径测量爪A进行测量。
[2]由图丙可知此游标卡尺的精度为

则游标卡尺的读数为

（2）[3] A．该实验无需保持磁铁运动的速率不变，故A错误；
B．该实验必需记录感应电流产生的磁场方向，这样才能知道感应电流的磁场方向与原磁场方向的关系，故B正确；
C．该实验需要记录磁铁在线圈中的磁场方向，才能得到磁场的变化与感应电流的方向关系，故C错误；
D．该实验需要确认电流计指针偏转方向与通过电流计的电流方向的关系才能知道产生的感应电流的具体的方向，故D错误。
故选B。
（3）[4] 由功的计算公式可知

即的乘积表示气体体积变化时所做的功，图线在、之间所围的面积的物理意义表示：气体体积由变到的过程中，气体对外界所做的功。

2.（2023·北京第166中学·校考三模）某同学利用图所示装置性测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：

（1）以下实验器材在图中未标出：A．毛玻璃屏、B．双缝、C．光源、D．单缝、E.滤光片。在图中从左至右合理的顺序为C、E、__________、_________、A。
（2）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可____________；
A．将单缝向双缝靠近            B．将毛玻璃屏向靠近双缝的方向移动
C．使用间距更大的双缝          D．将毛玻璃屏向远离双缝的方向移动
【答案】 D B BC
【详解】（1）[1][2]以下实验器材在图中未标出：A.毛玻璃屏、B.双缝、C.光源、D.单缝、E.滤光片。在图中从左至右合理的顺序为：光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏，即顺序为C、E、D、B、A。
（2）[3]若想增加从目镜中观察到的条纹个数，则需要减小条纹间距，根据

可知：
A．将单缝向双缝靠近，对条纹间距无影响，选项A错误；
B．将毛玻璃屏向靠近双缝的方向移动，则l减小，则条纹间距∆x减小，选项B正确；
C．使用间距更大的双缝，即d变大，则条纹间距∆x减小，选项C正确；
B．将毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，则l增大，则条纹间距∆x增加，选项D错误。
故选BC。

3．（2023·北京海淀八模（一））如图，在气缸内活塞左边封闭一定质量的空气（可视为理想气体），压强和大气压相同，把气缸和活塞固定，使气缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量为Q1，此时汽缸内单位时间内撞击活塞的空气分子数___________（填“增加”或“减少”或“不变”），容器壁单位面积单位时间受到气体分子的总冲量___________（填“增大”或“减小”或“不变”）；若让活塞可以自由滑动（活塞与气缸间无摩擦，不漏气），也使气缸内空气温度升高相同温度，其吸收的热量为Q2，则Q2_____Q1（填“大于”或“等于”或“小于”）。

【答案】 增加 增大 大于
【详解】[1]气体的温度升高，分子平均动能变大，则此时汽缸内单位时间内撞击活塞的空气分子数增加；
[2]容器壁单位面积单位时间受到气体分子的总冲量等于气体的压强，因气体体积不变，温度升高，则压强变大，即容器壁单位面积单位时间受到气体分子的总冲量增大；
[3]若让活塞可以自由滑动，也使气缸内空气温度升高相同温度，内能增加量相同，但是气体体积变大，对外做功，则其吸收的热量为Q2大于Q1。

4．（2023·北京海淀八模（三））如图，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，已知气体在状态A时的温度为300K，则气体在状态B时的温度为______K，从状态A到状态C气体从外界吸收热量______J。

【答案】 100 400
【详解】[1]根据
可得
[2]从状态A到状态C，气体的pV乘积不变，则温度不变，内能不变；气体对外做功

则从外界吸收热量Q=W=400J

5．（2023·北京平谷·统考一模）某同学用如图所示装置探究气体等温变化的规律，该同学按如下操作步骤进行实验：

a．将注射器活塞移动到空气柱体积适中的位置，用橡胶塞密封注射器的下端，记录此时压力表上显示的气压值和压力表刻度尺上显示的空气柱长度
b．用手握住注射器前端，开始缓慢推拉活塞改变气体体积；
c．读出此时压力表上显示的气压值和刻度尺上显示的空气柱长度
d．重复b、c两步操作，记录6组数据，作图。
（1）关于该同学在实验操作中存在的不当及其原因，下列叙述中正确的是________。
A．实验过程中手不能握注射器前端，以免改变了空气柱的温度
B．应该以较快的速度推拉活塞来改变气体体积，以免操作动作慢使空气柱的质量发生改变
（2）实验室中有容积为5mL和20mL的两种注射器供选择，为能用较小的力作用在活塞上使气体体积发生明显变化，选用容积为________mL的注射器更合适；实验中为了找到气体体积与压强的关系________（选填“需要”或“不需要”）测出空气柱的横截面积。
（3）通过绘制的图像，该同学猜测：空气柱的压强跟体积成反比。你能够通过图像直观地帮助该同学检验这个猜想吗？请简要说明你的方案。（ ）
【答案】 A 5 不需要 以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标，把实验中采集的各组数据在坐标纸上描点。若图像中的各点位于过原点的同一条直线上，就说明压强跟体积的倒数成正比，即压强与体积成反比
【详解】（1）[1] A．实验过程中手不能握注射器前端，以免改变了空气柱的温度，使气体发生的不是等温变化，A正确；
B．应该以较慢的速度推拉活塞来改变气体体积，以免操作动作快使空气柱的温度发生改变，B错误。
故选A。
（2）[2]由于注射器长度几乎相同，容积为5mL注射器，横截面积小，用相同的力，产生较大的压强，使体积变化明显。
[3]由于横截面积不变，只要知道空气柱长度之间的关系，就可以得到体积之间的关系，从而找到体积与压强之间的关系，因此不需要测出空气柱的横截面积。
（3）[4]以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标，把实验中采集的各组数据在坐标纸上描点。若图像中的各点位于过原点的同一条直线上，就说明压强跟体积的倒数成正比，即压强与体积成反比。

6．（2023·北京海淀·统考一模）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。
（1）某同学在做杨氏双缝干涉实验时，分别用波长 λ1 和 λ2的单色光，经同一干涉装置得到如图甲和乙所示的干涉条纹，可知 λ1 ________λ2（选填“>”“=”或“<”）。

【答案】>
【详解】[1]由双缝干涉条纹间距公式知，甲的条纹间距大于乙，所以甲的波长大，即λ1>λ2。

7．（2023·北京丰台·统考一模）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如：
（1）“用双缝干涉测量光的波长”实验装置如图所示，光具座上a、b、c处放置的光学元件依次为______。

A.滤光片 双缝 单缝 B.滤光片 单缝 双缝
C.单缝 滤光片 双缝 D.双缝 滤光片 单缝
（2）某同学用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻度线对准亮条纹A的中心，记录手轮上的示数，然后他转动测量头，使分划板中心刻度线对准亮条纹B的中心，这时手轮上的示数是，若测得双缝与屏之间的距离为l，双缝间距为d，则对应光波的波长λ＝_________。

【答案】 B
【详解】（1）[1] “用双缝干涉测量光的波长”实验装置如图所示，光具座上a、b、c处放置的光学元件依次为滤光片、单缝、双缝。
故选B。
（2）[2]由图可知，条纹间距为
根据条纹间距公式
联立可得

8．（2023·北京海淀八模（三）） 某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行。正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图所示。

①此玻璃的折射率计算式为=_____(用图中的、表示)；
②如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度_____(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。
【答案】 (或 大
【解析】
【详解】（1）由图得到，光线在玻璃砖上表面上入射角为i=90°-θ1，折射角为r=90°-θ2，根据折射定律得
（2）在宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择时，玻璃砖宽度较大时，引起的角度误差较小．

9．（2023·北京四中·校考一模）利用双缝干涉测量光的波长实验中，双缝相距d，双缝到光屏的距离L，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图所示，则：

（1）分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为___________mm，___________mm，相邻两条纹间距___________mm；
（2）波长的表达式___________（用、L、d表示）；
（3）若将滤光片由红色换为绿色，得到的干涉条纹间距将___________（选填“变大”“不变”或“变小”）；
（4）若仅将屏向远离双缝的方向移动。可以___________（填“增加”或“减少”）从目镜中观察到的条纹个数。
【答案】 11.1 15.6 0.75 变小 减少
【解析】
【详解】（1）[1][2]游标卡尺读数分别为


[3]相邻两条纹间距
（2）[4]由
得
（3）[5]由
知频率高的单色光波长短，所以根据
判断出干涉条纹间距将变小。
（4）[6]若仅将屏向远离双缝的方向移动，根据可知条纹间距变大，则从目镜中观察到的条纹个数减少。

10．（2023·北京通州·统考一模）在“用油膜法估测分子的大小”实验中，下列实验步骤正确的操作顺序为___________（填各实验步骤前的字母）。
A．用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定。
B．用浅盘装入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的爽身粉均匀地撒在水面上。
C．将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子的直径。
D．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，结合油酸酒精溶液的浓度，计算出一滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸体积。
E．将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用水彩笔描绘在玻璃板上。
【答案】DBAEC
【详解】“用油膜法估测分子的大小”实验中的实验步骤为：求得一滴油酸的体积、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，故正确顺序应为DBAEC。

11.（2023·北京丰台·统考二模）某同学用插针法测定玻璃砖的折射率，做出光路图如图所示。光线与玻璃砖表面和分别交于O点和P点，他以O点为圆心、线段OP长度为半径做圆，该圆与入射光线交于A点。过A点和P点做法线的垂线，垂足分别为B点和Q点。则该玻璃砖的折射率为（　　）

A. B.
C. D.
【答案】A
【详解】根据折射率表达式有
故选A。

12．（2023·北京东城·统考二模）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。
如图甲所示，“测玻璃的折射率”的实验中，将白纸平铺在木板上并用图钉固定，之后将玻璃砖平放在白纸上，在适当位置竖直地插上A、B、C、D四个大头针。图中a和a'为玻璃砖的两个界面，AB延长线与直线a的交点为O，CD延长线与直线a'的交点为O'，NN'表示法线。

①在插大头针C时，应使其________（选填选项前的字母）。
A．只挡住A的像 B．只挡住B的像 C．同时挡住A、B的像
②该玻璃砖的折射率可表示为________（用θ1和θ2表示）。
【答案】 C
【详解】（1）①[1]确定大头针C的位置时，应该使大头针C能够挡住A、B的像，则大头针C一定在出射光线方向上。
故选C。
②[2]由折射定律，该玻璃砖的折射率可表示为

13．（2023·北京一七一中学·校考模拟）用油膜法估测分子大小的实验步骤如下：
①向体积为V1的纯油酸中加入酒精，直到油酸酒精溶液总量为V2；
②用注射器吸取上述溶液，一滴一滴地滴入小量筒，当滴入n滴时体积为V0；
③先往边长为30~40cm的浅盘里倒入2cm深的水；
④用注射器往水面上滴一滴上述溶液，等油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描出油酸薄膜的形状；
⑤将画有油酸薄膜轮廓形状的玻璃板，放在画有许多边长为a的小正方形的坐标纸上；
⑥计算出轮廓范围内正方形的总数为N，其中不足半个格的两个格算一格，多于半个格的算一格。
上述实验步骤中有遗漏和错误，遗漏的步骤是______________________；错误的步骤是
______________________________（指明步骤，并改正），油酸分子直径的表达式 ______。
【答案】将痱子粉均匀撒在水面上 应该是不足半格的舍去，多于半格的算一格
【解析】[1]由实验步骤可知，缺少的实验步骤是，在步骤③后加上：将痱子粉均匀撒在水面上。
[2]错误的是步骤⑥，应该改为：计算出轮廓范围内正方形的总数为N，其中不足半个格舍去，多于半个格的算一格。
[3]一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积
油膜的面积
油酸分子的直径

14．（2023·北京十二中·校考模拟）利用如图甲所示装置研究双缝干涉现象，安装好仪器，调整光源的位置，使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏。放置单缝和双缝，使缝相互平行，调整各部件的间距，观察白光的双缝干涉图样，在光源和单缝间放置滤光片，使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样。用米尺测出双缝到屏的距离L，用测量头测出相邻的两条亮（或暗）纹间的距离，换用不同颜色的滤光片，观察干涉图样的异同，并求出相应的波长。

（1）关于该实验，下列说法正确的是________（填正确答案标号）。
A．增大单缝到双缝的距离。干涉条纹间距变窄
B．将蓝色滤光片换成红色滤光片，干涉条纹间距变窄
C．换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄
D．去掉滤光片后，将观察到彩色的干涉条纹
（2）实验装置中分划板与螺旋测微器相连，第一次分划板中心刻度线对齐第1条亮纹中心，螺旋测微器读数为1.990mm，转动手轮第二次分划板中心刻度线对齐第10条亮纹中心，螺旋测微器的示数如图乙所示。已知双缝的间距为0.5mm，从双缝到屏的距离为1m，则图乙中螺旋测微器的示数是_______mm，求得相邻亮纹的间距为________mm，所测光波的波长为_______m（结果保留两位有效数字）。

【答案】CD 13.870 1.320
【解析】（1）[1]．根据，为双缝间距，L为双缝到屏的距离，增大单缝到双缝的距离，干涉条纹间距不变，A错误；将蓝色滤光片换成红色滤光片，由于红光的波长比蓝光长，干涉条纹间距变宽，B错误；换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄，C正确；去掉滤光片后，将观察到白光彩色的干涉条纹，D正确。
（2）[1][2][3]．根据螺旋测微器的读数规则可知读数为13.870mm，第1条亮纹中心与第10条亮纹中心有9个间距，故
把数据代入求得