2024届高考物理二轮专题复习与测试第一部分专题六实验技能与创新第18讲热学光学实验与创新课件

这是一份2024届高考物理二轮专题复习与测试第一部分专题六实验技能与创新第18讲热学光学实验与创新课件，共56页。PPT课件主要包含了知识归纳素养奠基，细研命题点提升素养，2光路图如图所示等内容，欢迎下载使用。
第18讲　热学、光学实验与创新
用油膜法估测分子的大小，主要对如何通过采用估算的方法测出微小量分子直径的方法，体现如何进行理想化处理；探究气体实验定律、测定玻璃的折射率实验方法主要体现在基本作图上，这也是实验基本方法，一定要掌握好．用双缝干涉测光的波长实验方法主要体现在精密量具的读数上，掌握了游标卡尺和螺旋测微器的原理和读数方法后，对实验四的读数也就会了.
命题点一　用油膜法估测分子的大小
(4)用滴管(或注射器)向水面中央滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散开，形成单分子油膜．(5)待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上．(6)将玻璃板取出放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S.
4．误差分析．(1)油酸酒精溶液的实际浓度和理论值间存在偏差；(2)一滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值间存在偏差；(3)油酸在水面上的实际分布情况和理想中的“均匀”“单分子纯油酸层”间存在偏差；(4)采用“互补法(即不足半个舍去，大于半个的算一个)”计算获得的油膜面积与实际的油膜面积间存在偏差．
某实验小组完成“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验．(1)该小组进行下列实验操作，请选出需要的实验操作，并将它们按操作先后顺序排列：D________C(用字母符号表示)．
(2)某次实验时，滴下油酸酒精溶液后，爽身粉迅速散开形成如图所示的“锯齿”边沿图案，出现该图样的可能原因是________．A．盆中装的水量太多B．爽身粉撒得太多，且厚度不均匀C．盆太小，导致油酸无法形成单分子层
解析：(1)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤为：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；往浅盘里倒入约2 cm深的水，水面稳定后将适量爽身粉均匀撒在水面上；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，将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘
上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上；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．则实验操作顺序为DBFEC.(2)出现该图样的可能原因是：爽身粉撒得太多，且厚度不均匀，导致油酸没有均匀排列开．故选B.
答案：(1)BFE　(2)B
在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL.用注射器得1 mL上述溶液中有液滴50滴．把1滴该溶液滴入盛水的浅水盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅水盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标中正方形小方格的边长为20 mm.求：(1)油酸膜的面积是多少？(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？(3)根据上述数据，估测出油酸分子的直径是多少？
1．在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，(1)本实验中做了三点理想化假设：将油酸分子视为球形；______________；油酸分子是紧挨在一起的；(2)配制油酸酒精溶液时，油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL 溶液中有纯油酸5 mL，用注射器测得0.5 mL上述溶液有100滴，把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有爽身粉的浅盘里，测得油酸膜的近似轮廓如图1所示，图1中正方形小方格的边长为2 cm，则估测出油酸分子的直径是________m(结果保留两位有效数字)；
(3)在一次实验中得到了如图2所示的油膜，如果按此油膜来计算分子直径，你认为测量结果相对真实值会____________(选填“偏大”“偏小”或“无系统误差”)．
2．(1)在用油膜法估测分子大小的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液．然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有爽身粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图甲所示．坐标格的每个小正方形大小为2 cm×2 cm.由图可以估算出油膜的面积是________cm2，由此估算出油酸分子的直径是________m(保留1位有效数字)．
(2)图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片．这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.4×10－8 m的圆周而组成的，由此可以估算出铁原子的直径约为________m(结果保留1位有效数字)．
命题点二　探究气体实验定律1．“探究气体等温变化的规律”实验．本实验应用物理实验中常用的控制变量法，探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温过程)，气体的压强与体积的关系，如图所示．(1)为保证等温变化，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．为保证气体密闭，应在活塞与注射器内壁间涂上润滑油，注射器内外气体的压强差不宜过大．
(2)实验中所用的压力表精度较高，而气柱体积是直接在注射器上读出的，其误差会直接影响实验结果．
2．探究一定质量的理想气体的状态变化图像与特点．
利用如图所示装置验证气体等温变化实验规律，用一个带两根细管的橡皮塞塞紧烧瓶的瓶口，压强传感器通过其中一根不带阀门的细管连通烧瓶中的空气，另一根带阀门的细管连通注射器．开始时阀门处于关闭状态，注射器针筒的最大刻度线到阀门之间充满了水．实验时打开阀门，缓慢推动注射器活塞向烧瓶内注入水．根据注射器刻度记录注入水的体积V，同时记录对应气体的压强p值，得到多组实验数据．利用图像法处理数据得到图甲．
(3)某同学在处理数据时发现pV′乘积随压强p增大而变小，即nRT变小，导致这个现象的原因是：①装置出现漏气，②环境温度降低．
答案：(1)V　b　(2)气体体积从V2减小到V1过程中外界对气体做的功的大小　(3)①装置出现漏气，②环境温度降低
1.某物理实验小组为了探究在压强不变的情况下气体的体积与热力学温度的关系，选用了如图(a)所示的实验装置，图中压强计的指针可指示出管内气柱的压强，刻度可指示出气柱的体积，整个装置安装在固定架上，实验中气柱质量不变．
(1)将下列实验步骤补充完整；①在烧杯中放入冰水混合物，使其浸没气柱，压强计示数稳定后，记下冰水混合物的热力学温度T、气柱的体积V和压强p0；②改变烧杯内的水温，使水浸没气柱，经过一段时间后，缓慢调节活塞位置改变气柱的体积，使压强计的示数_______，记下气柱体积和水的热力学温度；③多次改变水温，重复步骤②；
(2)下表为某次实验记录的数据：
(3)根据表格中的数据在图(b)给出的坐标系中补齐数据点，并作出V-T图线．
(4)根据作出V-T的图线可知，一定质量的气体在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成________关系．
解析：(1)本实验是探究在压强不变的情况下气体的体积和热力学温度的关系，故需要控制压强保持不变，使压强计示数为p0.(3)根据表格的数据，补齐数据点并描点连线，作出如下图线：
(4)根据作出的V-T图线可知，一定质量的气体在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成一次线性关系．
答案：(1)p0　(3)图见解析　(4)线性
2．下图是“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”的实验装置示意图．实验操作步骤如下∶①将活塞移动到注射器满刻度处；②用软管连接注射器和压强传感器，并将压强传感器重置；③用数据线依次连接压强传感器、数据采集器、计算机；④推动活塞，记录多组注射器上的刻度数值V，以及相应的压强传感器示数p
命题点三　测定玻璃的折射率1．实验原理．
②把玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb′.
(2)插针与测量．①在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2挡住，再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像及P3，记下P3、P4的位置．②移去玻璃砖，连接P3、P4并延长交bb′于O′，连接OO′即为折射光线，入射角θ1＝∠AOM，折射角θ2＝∠O′ON.③用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入表格中．④改变入射角θ1，重复实验步骤，列表记录相关测量数据．
4．注意事项．(1)玻璃砖应选用厚度、宽度较大的．(2)大头针要插得竖直，且间隔要大些．(3)入射角不宜过大或过小，一般在15°～75°之间．(4)玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线．(5)实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变．
某同学用插针法测量某种材料制成的三棱镜的折射率，主要实验步骤如下：(1)先在木板上铺一张方格纸，方格纸上的小格子均为正方形，将棱镜放在方格纸上，然后画出棱镜的界面，如图所示．在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“•”表示大头针的位置，然后在另一侧透过棱镜观察，并依次插上大头针P3和P4，利用相关实验器材测出棱镜的折射率，下列说法正确的有________．A．P3只需挡住P2的像B．P4挡住P3的同时，还要挡住P1和P2的像
C．该实验除刻度尺外，还必须使用量角器D．该实验仅需使用刻度尺，无需使用量角器(2)经正确操作，四枚大头针的位置如图所示，请在图上作出实验光路图．(3)依据光路图，可得该棱镜的折射率为________(计算结果保留3位有效数字)．
解析：(1)实验的过程中，要先在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在玻璃砖另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针P3和P4，使P3同时挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，故A项错误，B项正确；该实验仅需使用刻度尺，无需使用量角器，故C项错误，D项正确．故选BD.
某研究小组根据光学知识，设计了一个测液体折射率的仪器．如图所示，在一个圆盘上，过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF.在半径OA上，垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保持位置不变．每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2，在圆周EC部分插上P3，使P3挡住P1、P2的像．同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值．
(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC之间的夹角为30°，则P3处刻的折射率的值为__________．(2)图中P3、P4两处，对应折射率较大的是__________．(3)下列关于该实验的说法，正确的是________________．A．大头针P1、P2应适当远一些B．∠AOF可以非常小C．EC弧上的刻度是不均匀的D．插大头针P3应垂直于盘面
命题点四　用双缝干涉测光的波长
②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．③调节各器件的高度，使光源发出的光能沿轴线到达光屏．④安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5～10 cm，这时，可观察白光的干涉条纹．⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．(2)测定单色光的波长．①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮纹．③用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)．④改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量．
(3)调节的基本依据是：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰一般原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节．
利用双缝干涉测定光的波长的实验中，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．将单缝向双缝靠近B．将屏向靠近双缝的方向移动C．将屏向远离双缝的方向移动D．使用间距更小的双缝(2)某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图2所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图2中所给出，则①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；②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3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．
某实验小组利用图1装置测量某种单色光的波长，实验时，接通电源使光源正常发光，调节器材，在目镜中可以观测到干涉图样。(1)如图1所示，实验所需器材在光具座上依次排列，则A、B处分别是________、________．(均选填“单缝”“双缝”)
(2)在目镜中看到的干涉图样是图2中________(选填“甲”或“乙”)．(3)移动测量头上的手轮，使分划板的中心刻线对准第2条亮纹的中心，记下此时手轮上读数x1；转动测量头，使分划板的中心刻线向右移动对准第6条亮纹的中心，此时手轮上的读数为x2，如图3所示，则读数x2＝________mm；已知双缝与屏的距离为L，双缝间距为d，则单色光的波长λ＝________(用题目中给出的字母表示)．
解析：(1)发生干涉的条件是相位差恒定且频率相同，所以组装仪器时，A处应固定单缝，产生相位差恒定的光；B处固定双缝，产生两列频率相同的光，从而可以在毛玻璃上形成稳定的干涉图样．(2)干涉图样为明暗相间且等间距的条纹，故选甲．(3)由图示螺旋测微器可知，固定刻度读数1.5 mm，可动刻度读数为20.0×0.01＝0.200 mm，