2026届高三物理（人教版2019）二轮复习课件：第1部分　核心主干复习专题　专题7　物理实验　第18讲　热学、光学实验（含解析）

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第18讲　热学、光学实验
用油膜法估测油酸分子的大小
2．对“V”的测量(1)配制一定浓度的油酸酒精溶液，设其浓度为n；(2)用注射器吸取一段油酸溶液，读出它的体积为V0；(3)再把它一滴滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数N；
3．对“S”的测量(1)浅盘里盛水，把适量的爽身粉均匀撒在水面上；(2)用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液，待油膜形状稳定后，将带方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下薄膜的形状；(3)数出轮廓范围内正方形的个数n0，不足半个舍去，多于半个的算一个；(4)用正方形的个数乘单个正方形的面积S0(即n0S0)计算出油膜的面积S。
(多选)(2025·广西卷)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中(　　)A．估测油酸分子大小时，油酸分子可以视为球形B．油膜的形状稳定后，油酸分子仍然在做热运动C．计算油膜面积时，忽略所有不完整的小正方形D．与油酸酒精溶液相比，纯油酸更容易在水面形成单分子油膜【答案】　AB
【解析】　在油膜法测分子直径的实验中，把油膜看成单分子油膜，且分子紧密排列。由于分子形状复杂，为简化计算，通常将其视为球形模型，油膜的厚度可以近似看成是球形分子的直径，A正确；分子在永不停息地做无规则热运动，与宏观物体是否处于稳定状态无关。油膜稳定时，油酸分子仍然在做热运动，B正确；在计算油膜面积时，为了更准确地估算油膜的面积，对于周边不完整的格子，大于半格记为一个单位面积，小于半格的不计面积，而不是所有不完整的格子都不计面积，C错误；酒精可以溶解油酸，使油酸更容易在水面上展开形成单分子油膜，所以实验时加酒精比不加酒精更好地展开油膜，D错误。故选AB。
(2025·广东深圳模拟)微量累积法是物理学中经常用到的研究物理问题方法，如“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，就用到了这种方法。该实验的实验步骤如下：(1)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，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。(2)往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水。待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。
(3)用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定。(4)将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。(5)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直径的大小；(以下计算中π取3.14)①将1 mL的油酸溶于酒精，制成1 000 mL的油酸酒精溶液；测得1 mL的油酸酒精溶液有50滴。现取1滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是200 cm2。由此估算出油酸分子的直径为________m(结果保留2位有效数字)；
②1滴该油酸酒精溶液含有油酸分子个数的数量级为________个(如：碳原子质量为1.992×10－26 kg，其质量的数量级为10－26 kg)；③取阿伏加德罗常数为6.02×1023 ml－1，则油酸的摩尔体积约为________m3/ml(结果保留2位有效数字)。【答案】　(5)①1.0×10－9　②1016　③3.2×10－4
探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
1．用注射器封闭一段空气，把橡胶套塞住，保证气体的质量不变。2．读出空气柱的长度L和空气柱的压强p。3．缓慢向下压或向上拉，分别读取空气柱的长度和气体压强的大小，记录数据。
(2025·安徽合肥三模)如图甲所示，用一个带有刻度的注射器及计算机辅助系统来探究气体压强与体积的关系，实验中所研究的对象是封闭在注射器内的气体，保持温度和气体质量不变，从注射器刻度直接读出它的体积，它的压强由压强传感器等计算机辅助系统得到。
(1)为保证注射器内封闭气体的温度不发生明显变化，下列说法正确的是________。A．要尽可能保持环境温度不变B．实验过程中应缓慢地推动活塞C．实验过程中要用手握紧注射器并快速推拉活塞D．实验前要在活塞与注射器壁间涂适量的润滑油(2)某同学在一次实验中，计算机根据实验数据描绘出的图线如图乙所示，出现该情况的原因是______________________________。(3)重复实验，多次测量并记录，根据计算机绘制的图像，分析得出结论：____________________________________________________。
【答案】　(1)AB　(2)注射器与压强传感器之间存在一定体积的气体(3)在实验误差允许范围内，一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比【解析】　(1)为保证注射器内封闭气体的温度不发生明显变化，要尽可能保持环境温度不变，A正确；实验过程中应缓慢地推动活塞，使气体温度始终与环境温度相同，B正确；实验过程中用手握紧注射器并快速推拉活塞，气体温度将升高，C错误；在活塞与注射器壁间涂适量的润滑油的作用是不漏气，不能保证温度不变，D错误。故选AB。
随着x的增大，斜率逐渐变小。故出现该情况的原因是注射器与压强传感器之间存在一定体积的气体。(3)在实验误差允许范围内，一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比。
(2025·河北石家庄模拟)某实验小组使用如图所示装置探究等压情况下一定质量气体的体积与温度的关系。注射器中密封了一定质量的气体，柱塞下使用细绳悬挂一重物，整个装置置于控温箱内，控温箱内气体始终与外界相通，通过改变控温箱温度读取多组温度、体积数值，并作体积—热力学温度图像。
(1)实验过程中，下列说法正确的是________。A．改变控温箱温度后，应等待足够长时间，温度计示数稳定后再读取空气柱体积B．柱塞处涂抹润滑油的目的是为了减小摩擦而非密封气体C．实验过程要保证空气柱密闭性良好(2)若实验操作规范无错误，作出V－T图像，如图乙所示，图像不过原点的原因是______________________。
(3)改变重物质量，再次实验，得到两条直线，如图所示，两条直线斜率分别为k1、k2，重物及柱塞质量之和分别为m1、m2，若测得柱塞横截面积为S，重力加速度为g，大气压强可表示为：_______________(忽略柱塞与注射器之间的摩擦，使用题中所给字母表示)。
(4)某组员认为：若将控温箱密闭，与外界大气不相通，当控温箱内温度缓慢升高时，柱塞和重物的高度会不降反升，请问其观点是否正确？__________(选填“正确”或“不正确”)。
【解析】　(1)改变温控箱温度后，应该等待足够长时间，温度计示数稳定后再读取空气柱体积，A项正确；柱塞处涂抹润滑油的目的是为了密封气体保证空气柱密闭性良好，B项错误；该实验过程要保证空气柱密闭性良好，C项正确。故选AC。
2．操作步骤(1)在桌面上铺一张白纸，把玻璃砖放在纸上，描出玻璃砖的两个边a和a′。(2)在玻璃砖的一侧插两个大头针A、B，AB的延长线与直线a的交点就是O，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，此时再插入第三个大头针C，使它把A、B都挡住，再插第四个大头针D，使它把前三个大头针都挡住。
(3)取下玻璃砖，把AB、CD用直线连接起来，分别交直线a、a′于O、O′，再连接OO′，用量角器得出入射角θ1和折射角θ2，如图甲所示，代入公式计算出玻璃的折射率。
1．(2024·安徽卷)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。
(1)为测量玻璃的折射率，按图甲所示进行实验，以下表述正确的一项是________。(填正确答案标号)A．用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a′B．在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2C．实验时入射角θ1应尽量小一些，以减小实验误差
(2)为探究介质折射率与光的频率的关系，分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面。保持相同的入射角，根据实验结果作出光路图，并标记红光和绿光，如图乙所示。此实验初步表明：对于同一种介质，折射率与光的频率有关。频率大，折射率________(填“大”或“小”)。
(3)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图丙、丁所示。保持相同的入射角α1，测得折射角分别为α2、α3(α2”或“
【解析】　(1)在白纸上画出一条直线a作为界面，把长方体玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与a对齐。用直尺或者三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，画出直线a′代表玻璃砖的另一边，而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a′，A错误；在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2，B正确；实验时入射角θ1应尽量大一些，但也不能太大(接近90°)，以减小实验误差，C错误。故选B。
(2)由图乙可知，入射角相同，绿光的折射角小于红光的折射角，根据光的折射定律
2.(2024·浙江6月选考)如图所示，用“插针法”测量一等腰三角形玻璃砖(侧面分别记为A和B、顶角大小为θ)的折射率。
(1)在白纸上画一条直线ab，并画出其垂线cd，交于O点；(2)将侧面A沿ab放置，并确定侧面B的位置ef；(3)在cd上竖直插上大头针P1和P2，从侧面B透过玻璃砖观察P1和P2，插上大头针P3，要求P3能挡住__________(选填“P1”“P2”或“P1和P2”)的虚像；(4)确定出射光线的位置____________(选填“需要”或“不需要”)第四枚大头针；(5)撤去玻璃砖和大头针，测得出射光线与直线ef的夹角为α，则玻璃砖折射率n＝____________________。
【解析】　(3)要求P1和P2在一条光线上，该光线透过玻璃砖后过P3，故P3要能挡住P1和P2的虚像。(4)cd与ab垂直，则过P1和P2的光线与ab垂直，光垂直入射时传播方向不变，可确定ef边上的入射点，此时只需要找到折射光线上的一点即可确定出射光线，不需要插第四枚大头针。
用双缝干涉测量光的波长
2．操作步骤(1)先取下双缝，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮，然后放好单缝和双缝，注意使单缝和双缝平行，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上；(2)在单缝与光源之间放上滤光片就可以观察到单色光的双缝干涉图样；(3)测量双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Δx；(4)改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化，并求出波长的大小。
(2024·河北卷)某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图所示，其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。
该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示：根据表中数据，判断单色光1为________(填“红光”或“绿光”)。【答案】　绿光
(2025·四川遂宁模拟)某实验小组用双缝干涉测量光的波长，实验装置如图甲所示。
(1)将实验仪器按要求安装在光具座上，在图甲中A、B处分别应该安装的器材和滤光片的位置依次是(　　)A．A处为双缝、B处为单缝，滤光片在光源和凸透镜之间B．A处为单缝、B处为双缝、滤光片在A和B之间C．A处为双缝，B处为单缝、滤光片在遮光筒内D．A处为单缝、B处为双缝、滤光片在凸透镜和A之间
(2)已知双缝间距离d＝0.20 mm，双缝到毛玻璃屏间的距离为l＝75.0 cm，如图乙所示，实验时先转动测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划线对准如图丙所示的第1条明条纹中心，此时游标卡尺示数如图丁所示，读数为x1＝________mm，然后再转动手轮，使与游标卡尺相连的分划线向右边移动，直到对准第5条明条纹中心，如图丙所示，此时游标卡尺示数如图戊所示，则游标卡尺上的读数x2＝9.6 mm。由以上已知数据和测量数据，可测得该单色光的波长是________m(最后一空计算结果保留两位有效数字)。【答案】　(1)D　(2)0.3　6.2×10－7
【解析】　(1)从左向右的实验装置是光源、凸透镜、滤光片、单缝、双缝、屏，故A处为单缝、B处为双缝、滤光片在凸透镜和A之间。故选D。(2)由图丁可知，游标卡尺读数为x1＝0＋3×0.1 mm＝0.3 mm，又x2＝9.6 mm
A组·基础巩固练1．(2024·福建卷)一束光以入射角i(i>0)射入透镜，遇反射膜反射，垂直射到反射膜则原路返回成为激光。已知透镜对蓝光折射率大于绿光，则透镜中蓝光折射角________(大于，等于，小于)绿光，若此时激光为蓝光，要变为绿光，则________(顺时针，逆时针)改变入射角。
【答案】　小于　顺时针
2．(2025·山西晋中模拟)图甲所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中：
(1)观察条纹时看不清，为观察到清晰条纹，可以进行的操作是________。A．取走凸透镜B．拆除目镜C．调节拨杆使单缝与双缝平行(2)某同学用双缝干涉实验仪测量光的波长：a．实验中选用的双缝间距为d，双缝到像屏的距离为L，在像屏上得到的干涉图样如图所示，分划板刻线在图中A、B位置时，游标卡尺的读数分别为x1、x2，则入射的单色光波长的计算表达式为λ＝________；
b．分划板刻线在某条明条纹位置时游标卡尺如图所示，则其读数为________mm。
B组·综合提升练3．(2024·湖北卷)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下：
①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线AA′和BB′，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA′，并使其圆心位于O点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图(a)所示。②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点M。③拿走玻璃砖，标记CO光线与半圆弧的交点P。④分别过M、P作BB′的垂线MM′、PP′，M′、P′是垂足，并用米尺分别测量MM′、PP′的长度x和y。⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x和y的数据。根据这些数据作出y－x图像，如图(b)所示。
(1)关于该实验，下列说法正确的是________(单选，填标号)。A．入射角越小，误差越小B．激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差C．选择圆心O点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显(2)根据y－x图像，可得玻璃砖的折射率为________(保留三位有效数字)。(3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。【答案】　(1)B　(2)1.57　(3)不变
【解析】　(1)入射角适当即可，不能太小，入射角太小，导致折射角太小，测量的误差会变大，A错误；激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差，B正确；相同的材料在各点的折射效果都一样，C错误。故选B。
4．(2025·山西晋中三模)油酸可以在水面扩展成单分子油膜。实验小组利用这一原理测定油酸的分子直径(将油酸分子视为球状模型)。(1)实验步骤：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用注射器吸取油酸酒精溶液，一滴一滴地滴入小量筒，当滴入n滴时体积为V0；③往方口浅盘里倒入适当深度的水；
④往水面上均匀撒上薄薄的一层爽身粉，然后用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，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轮廓；⑤将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板，放在画有边长为a的正方形小方格的坐标纸上；⑥数出轮廓范围内小方格的总数为N。
(2)实验误差分析：油膜未充分散开时描下轮廓，则所测分子直径________(填“偏大”或“偏小”)；测量油酸溶液体积时，量筒读数造成的误差属于________(填“偶然误差”或“系统误差”)。(3)原理：由上述实验步骤测得的数据(V1、V2、n、V0、a、N)可得油酸分子直径的表达式为d＝________。
【解析】　(2)油膜未充分散开时描下轮廓，导致面积的测量值偏小，所以直径测量值偏大。读数误差为偶然误差。
5．(2025·广西来宾模拟)在“测量玻璃的折射率”实验中，某实验小组做了如下操作：(1)如图甲，先将方格纸平铺在木板上并用图钉固定，长方体玻璃砖平放在纸上，然后在方格纸中画出玻璃砖与空气的两个界面MM′和NN′。在相应位置插上P1、P2两枚大头针。然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针P3和P4。某学生在插第三枚大头针P4时，在视线中看到P1、P2两枚大头针“断”成了a、b、c、d四截，如图乙所示。正确的做法是让P3同时挡住________。
A．a、b B．c、dC．a、c D．b、d
(2)请根据实验原理在图甲中补全光路图，并标注出界面MM′的入射角i和折射角r，通过分析实验数据解得玻璃砖的折射率n＝________(结果保留两位小数)。(3)如图所示，在实验过程中画出界面MM′后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面NN′到图中虚线位置，而在作光路图时界面MM′仍为开始所画的，则所测得的折射率将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【答案】　(1)B　(2)见解析图　1.50　(3)偏大【解析】　(1)在本实验中P3应挡住P1、P2透过玻璃砖的像而不是P1、P2，图中a、b为P1、P2，c、d为P1、P2透过玻璃砖的像，即应让P3同时挡住c、d。故选B。
(3)在实验过程中，画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面NN′画到图中虚线位置，而在作光路图时界面MM′仍为开始所画的，实际光线如图中的O′Q所示，而作图光线如图中OQ所示，导致折射角偏小，所测得的折射率偏大。
6．(2025·重庆九龙坡模拟)用气体压强传感器做“探究气体等温变化的规律”实验，实验装置如图甲所示。
(1)下列说法或操作正确的是________。(填正确答案标号)A．在注射器柱塞上涂抹润滑油的目的是防止封闭气体泄露B．推拉活塞时为了稳定，应用手握紧注射器筒的空气柱部分，并迅速推拉活塞改变气体体积C．实验过程中应保持周围环境温度不变D．多测几组p、V数据，记录并作出p－V图像，若图像为曲线即可说明p、V成反比关系
【答案】　(1)AC　(2)C　(3)>【解析】　(1)本实验必须保证气体质量一定，在注射器柱塞上涂抹润滑油可以防止封闭气体泄露，A正确；实验必须保证气体温度一定，用手握住注射器或迅速推拉活塞会使气体温度升高，B错误，C正确；p－V图像为双曲线的一支才能说明p、V成反比，D错误。故选AC。
7．(2025·湖北黄冈二模)近年来，对折射率为负值(n