2023届高考物理二轮复习专题8第3讲光学与热学实验课件

这是一份2023届高考物理二轮复习专题8第3讲光学与热学实验课件，共42页。PPT课件主要包含了内容索引，核心考点聚焦，微专题•热考命题突破，知识网络建构，0×10-7，单分子，×10-4等内容，欢迎下载使用。

核心归纳命题角度1　测量玻璃的折射率(1)实验目的:测定玻璃的折射率,掌握光发生折射的入射角和折射角的确定方法。(2)实验原理:用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O'B,确定出O'点,画出折射光线OO',然后测量出角θ1和θ2,根据n= 计算玻璃的折射率。
深化拓展　测量玻璃的折射率实验中数据处理的方法
特别提醒(1)大头针竖直插在纸上,且间距稍大一些;(2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°);(3)手不能触摸玻璃砖的光学面,更不能把玻璃砖界面当作尺子画界线;(4)实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变;(5)玻璃砖应选用宽度较大的,最好在5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。
命题角度2　用双缝干涉测量光的波长(1)实验目的:观察双缝干涉图样;测定单色光的波长。(2)实验原理:相邻两条明条纹间距Δx与入射光波长λ,双缝S1、S2的间距d及双缝与屏的距离l满足关系式Δx= λ。深化拓展　用双缝干涉测量光的波长实验中数据处理的方法(1)调节测量头,使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a1;(2)转动手轮,当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时,记下手轮上的读数a2;
特别提醒(1)不要直接测单个条纹间距Δx,要测几个条纹的间距,计算得出Δx,这样可以减小误差;(2)白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外边。
典例剖析例1(命题角度1)(2022福建三明模拟)某实验小组在做测定玻璃折射率的实验。
(1)如图甲所示,某同学用“插针法”测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线,并让入射光线过圆心O,在玻璃砖另一侧垂直纸面插大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,连接OP3。图中MN为分界面,虚线半圆与实线半圆关于MN对称,B、C分别是入射光线、折射光线与圆周的交点,AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点。在图甲中,设AB的长度为a,AO的长度为b,CD的长度为m,DO的长度为n,则玻璃砖的折射率可表示为　　　　。实验中该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心逆时针转过一小角度,由此测得玻璃砖的折射率将　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”); 
(2)小涛同学突发奇想,用两块同样的玻璃直角三棱镜ABC来做实验,两者的AC面是平行放置的,如图乙所示。大头针P1、P2的连线垂直于AB面,若操作正确的话,则在图乙中右边表示出射光线的大头针应该是　　　　(选填“P3、P4”“P3、P6”“P5、P4”或“P5、P6”)。 
对点训练1.(命题角度1)如图所示,某同学利用插针法测定半圆形玻璃砖的折射率。在一半圆形玻璃砖外面插上P1、P2、P3、P4四枚大头针时,P3恰可挡住P1、P2所成的像,P4恰可挡住P1、P2所成的像以及P3。(1)以下说法正确的是　　　　　。 A.P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些,可以提高准确度B.P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些,可以提高准确度C.入射角i适当大些,可以提高准确度D.P1、P2的间距、入射角的大小均与实验的准确度无关(2)该玻璃砖的折射率n=　　　　　。另一同学将大头针插在P1'和P2'位置时,沿着P3、P4的方向看不到大头针的像,其原因可能是　 。
经过P1'、P2'的光线在界面MN处发生全反射
解析 (1)反射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的,大头针间的距离太小,引起的误差会较大,故P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些,可以提高准确度,A正确,B错误;入射角i尽量大些,折射角也会大些,折射现象较明显,角度的相对误差会减小,故C正确,D错误。(2)由题图知,沿P1、P2的光线入射角为i=30°,折射角为r=60°,则该玻璃砖的折射率n= 。把大头针插在P1'、P2'位置时,沿着P3、P4的方向看不到大头针的像,其原因是经过P1'、P2'的光线在界面MN处发生全反射。
2.(命题角度2)(2022浙江宁波模拟)利用如图甲所示的装置测定光的波长,双缝间距d=0.4 mm,双缝到光屏间的距离l=0.5 m,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。(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可　　　　。 A.仅将单缝向双缝靠近B.仅将屏向靠近双缝的方向移动C.仅将屏向远离双缝的方向移动D.仅使用间距更小的双缝
(2)某种单色光照射双缝得到的干涉条纹如图乙所示,分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也在图乙中所给出。分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为xA=11.1 mm,在B位置时游标卡尺读数为xB=　　　 mm,相邻两条纹间距Δx=　　　　 mm;该单色光的波长λ=　　　 　 m。 
(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图丙所示。则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时,测量值　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。 
核心归纳命题角度1　用油膜法估测分子的大小(1)实验目的:学会用油膜法估测分子的大小。(2)实验原理:将一定体积的油酸滴在水面上,测出单分子油膜的面积,则油膜厚度可看作油酸分子的直径,即d= 。命题角度2　探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系(1)实验目的:探究玻意耳定律。(2)实验原理:对理想气体要保持温度不变、质量不变,才能得到较好的实验效果,可以用图像处理数据。
深化拓展　1.用油膜法估测分子的大小(1)理想化:认为油酸薄膜是由单层的油酸分子紧密排列组成。(2)模型化:在估测油酸分子大小的数量级时,把每个油酸分子简化为球体。(3)厚度直径化:认为油膜的厚度等于油酸分子的直径。 密封性要好,不能漏气2.探究气体压强与体积的关系实验注意点(1)为保持气体温度不变, 实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位;同时,改变体积过程应缓慢,以免影响密闭气体的温度。(2)在等温过程中,气体的p-V图像呈现为双曲线,要通过坐标变换,画p- 图像,把双曲线变为直线,以方便判断p和V成反比。
典例剖析例2(命题角度1)(2022上海模拟预测)在用油膜法估测分子大小的实验中,用体积为A的纯油酸配制成体积为B的油酸酒精溶液,再用滴管取体积为C的油酸酒精溶液,让其自然滴出,共n滴。把1滴该溶液滴入盛水的、表面撒有痱子粉的浅盘里,待水面稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用油性笔在玻璃板上描出油酸膜的轮廓,测得面积为S,如图所示。
(1)此估测方法是将每个油酸分子视为球形,让油酸尽可能在水面上散开,则形成的油膜可视为　　　　油膜,这层油膜的厚度可视为油酸分子的　　　　; (2)估算出油酸分子的直径大小是　　　　(用以上字母表示); (3)用油膜法估算出油酸分子的直径后,要测定阿伏加德罗常数,还需要知道油酸的　　　　。 A.质量B.体积C.摩尔质量D.摩尔体积(4)某同学计算出的油酸分子直径明显偏大,可能的原因是　　　　。 A.油酸中含有大量酒精B.痱子粉撒太多,油膜未能充分展开C.计算油膜面积时,将所有不完整的方格都作为一格保留D.计算每滴溶液中纯油酸的体积时,1 mL油酸酒精溶液的滴数多记了10滴
解析 (1)此估测方法是将每个油酸分子视为球形,让油酸尽可能在水面上散开,则形成的油膜可视为单分子油膜,这层油膜的厚度可视为油酸分子的直径。
(3)用油膜法估算出油酸分子的直径后,可以根据体积公式估算出1个油酸分子的体积,要测定阿伏加德罗常数,还需要知道NA个油酸分子的总体积,即油酸的摩尔体积,故选D。(4)油酸中虽含有大量酒精,但只要每一滴油酸酒精溶液中所含油酸的体积计算准确,就不会造成实验结果明显偏大的情况,A错误;痱子粉撒太多,油膜未能充分展开,则S测量值偏小,会造成d测量值偏大,B正确;计算油膜面积时,将所有不完整的方格都作为一格保留,则S测量值偏大,会造成d测量值偏小,C错误;计算每滴溶液中纯油酸的体积时,1 mL油酸酒精溶液的滴数多记了10滴,则每一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积测量值偏小,会造成d测量值偏小,D错误。
对点训练3.(命题角度1)(2022上海浦东模拟预测)在油膜法测分子直径的实验中,某同学操作如下:①取1.0 mL油酸配成 250 mL油酸酒精溶液;②用滴管吸取1.0 mL油酸酒精溶液逐滴滴入量筒,全部滴完共滴了20滴;③在边长约10 cm的正方形浅盘内注入适量的水,将痱子粉均匀地撒在水面上,用滴管滴入一滴上述油酸酒精溶液;④待油膜形状稳定后,将绘有方格的玻璃板放在浅盘上,绘出油酸膜的轮廓(如图所示),每个方格的边长为1.0 cm。
(1)该实验中一滴油酸酒精溶液含　 　　 mL纯油酸。 (2)由上述数据估算得到油酸分子直径的数量级约为　　　　 m。 (3)若该同学在计算油酸膜面积时,对不完整的方格均不计数,由此估算得到的油酸分子直径数量级将　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 (4)已知油酸分子的直径约为 8×10-10 m,该同学实验结果产生偏差的可能原因是:  　。 理由是:   　。 
(3)若该同学在计算油酸膜面积时,对不完整的方格均不计数,则算得的油膜的面积偏小,由此估算得到的油酸分子直径偏大,但是数量级不变。(4)已知油酸分子的直径约为 8×10-10 m,该同学实验结果偏大,则产生偏差的可能原因是:油酸膜可能没有充分展开,形成的并不是单分子油膜层。理由是:2×10-10 m3的油酸若形成紧密排列的单分子膜时,膜面积约为 0.25 m2,远大于浅盘内的水面面积,说明实际上油膜不可能仅是一层油酸分子构成的。
4.(命题角度2)(2022山东聊城模拟)图甲是探究气体等温变化规律的实验装置。
(1)实验中为了保持封闭气体的温度不变,下列措施正确的是　　　　。 A.在活塞上涂上润滑油B.推拉活塞时要缓慢C.不要用手直接握在注射器上D.实验前注射器内要吸入尽量多的空气(2)图乙是两同学在某次实验中得到的p- 图像,若两人实验时操作均正确无误,且选取坐标标度相同,那么两图线斜率不同的主要原因是　 。(3)如图丙所示,某同学在实验中根据实验数据画出的图线不是直线而出现了向下弯曲,则可能的原因是  　。
两同学实验时所用封闭气体的质量不同
实验过程中气体质量减小或气体温度降低
解析 (1)在活塞上涂上润滑油是为了避免实验过程中气体泄漏,并不是为了保持封闭气体的温度不变,A错误;推拉活塞时要缓慢,使封闭气体有足够的时间与外界发生热交换,从而保持封闭气体的温度不变,B正确;不要用手直接握在注射器上,防止气体温度升高,C正确;实验前注射器内吸入尽量多的空气,与保持封闭气体的温度不变无关,D错误。(2)在两人实验时操作均正确无误,且选取坐标标度相同的情况下,p- 图像的斜率不同,即pV不同,在温度相同和气体种类相同的情况下,pV与气体质量有关,pV越大质量越大,所以两图线斜率不同的主要原因是两同学实验时所用封闭气体的质量不同。
知识精要光学实验中“测量玻璃的折射率”的原型实验是通过“插针法”获得光路图进行实验的,在创新考法中可以改变获得光路图的方法进行实验;“用双缝干涉测量光的波长”的实验是用双缝获得相干光源来进行实验的,在创新考法中可以用反射法获得相干光源进行实验。热学实验中“用油膜法估测分子的大小”这个实验很难有创新的考法;探究“等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”的原型实验是注射器与压强传感器组合进行,考查玻意耳定律,本实验既可以从实验器材上进行创新,也可以从实验原理上进行迁移探究“等容情况下一定质量气体压强与温度的关系”。
考向分析目前新高考中还是传统的“一力一电”两个实验,光学和热学实验还没有出现,但不排除以后新高考中考查光学和热学实验,我们在复习中仍要重视光学和热学实验。
案例探究例题(2022福建厦门外国语学校模拟)如图所示为“研究一定质量气体在体积不变的条件下,压强变化与温度变化的关系”的实验装置示意图。粗细均匀的弯曲玻璃管A臂插入烧瓶中,B臂与玻璃管C下部用橡胶管连接,C管开口向上,一定质量的气体被水银封闭于烧瓶内。开始时,B、C内的水银面等高。
(1)此实验中研究对象是　　　　(只填序号:①烧瓶中气体;②烧瓶和AB管中的气体;③BC下面橡胶管中的气体)。若气体温度升高,为使瓶内气体的体积不变,应将C管　　　　(选填“向上”或“向下”)移动,直至B内的水银面回到原位置。 (2)实验中使瓶内气体的体积不变,多次改变气体温度,用Δt表示气体升高的摄氏温度,用p表示烧瓶内气体压强。根据测量数据作出的图线是　　　　。 
(3)同学还想用此实验装置验证玻意耳定律,在保证温度不变的情况下,寻找体积和压强满足的关系,现在不知道大气压强的具体数值,但大气压强可视为不变。也无法直接测出气体的体积和B管的内径,但该同学通过分析还是可以验证玻意耳定律。保证温度不变的方法是　　　　。(只填序号:①保持实验环境温度不变;②移动C管要迅速;③测量数据要快) 
解析 (1)由题图可知C管开口向上,所以BC下面软管中的气体的压强等于大气压强与C管竖直部分液柱的压强之和,所以实验中是研究烧瓶和AB管中的气体在体积不变的条件下,压强变化与温度变化的关系;若气体温度升高,瓶内气体的体积不变,则气体压强增大,所以应将C管向上移动,直至B内的水银面回到原位置。(2)瓶中气体的体积不变,设初状态压强为p1,温度为T1,气体升高的摄氏温度与升高的热力学温度相等,则有ΔT=Δt,
(3)烧瓶可与外界进行热传递,所以要保持实验环境温度不变,缓慢移动C管,稳定后再测量数据,故①正确。
角度拓展 (2022江西抚州模拟)小明同学设计了一个用刻度尺测半圆形玻璃砖折射率的实验(如图所示),他进行的主要步骤是:Ⅰ. 用刻度尺测出玻璃砖的直径AB的大小为d;Ⅱ. 先把白纸固定在木板上,将玻璃砖水平放置在白纸上,用笔描出玻璃砖的边界,将玻璃砖移走,标出玻璃砖的圆心O、直径AB、AB的法线OC;Ⅲ. 将玻璃砖放回白纸的原处,长直尺MN紧靠A点并与直径AB垂直放置;Ⅳ.调节激光器,使PO光线从玻璃砖圆弧面沿半径方向射向圆心O,并使长直尺MN上A点的左右两侧均出现亮点,记下左侧亮点到A点距离x1、右侧亮点到A点的距离x2。
(1)小明利用实验数据计算玻璃折射率的表达式为n=　　 　　; (2)关于上述实验,下列说法正确的是　　　　。 A.要使左侧亮点到A点的距离x1增大,应增大入射角B.左侧亮点到A点的距离x1一定小于右侧亮点到A点的距离x2C.左侧亮点到A点的距离x1可能大于右侧亮点到A点的距离x2D.在∠BOC的范围内,改变入射光PO的入射角,直尺MN上可能只出现一个亮点