2025届高考物理二轮总复习第一编专题7物理实验第3讲光学与热学实验课件

第三讲光学与热学实验通览知识明要点研学考点提能力目录索引0102突破热点聚素养03通览知识明要点研学考点提能力考点一光学实验高考风向标考点考题明细考查频度光学实验2024湖北卷,11;2024河北卷,11(1);2024安徽卷,11;2024广东卷,11(3);2024上海卷,5;2024北京卷,15(1);2023广东卷,11;2023海南卷,14;2022海南卷,14(1)地方卷:3年9考命题角度1测量玻璃的折射率

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i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。例1(2023海南卷)用激光测玻璃砖折射率的实验中,玻璃砖与屏P平行放置,从另一侧用激光笔以一定角度照射,此时在屏上的S1处有激光点,移走玻璃砖,光点移到S2处,回答下列问题:(1)请画出激光束经玻璃砖折射后完整的光路图;(2)已经测出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,则折射率n=

(用l1、l2、l3表示);

(3)若改用宽ab更小的玻璃砖做实验,则S1S2间的距离会

(选填“变大”“变小”或“不变”)。

变小解析

(1)完成光路图,如图所示。

(2)计算折射率设激光在O点入射角为θ、折射角为α,(3)改用宽ab更小的玻璃砖做实验,光路图如图所示由光路图可看出,S1S2间的距离变小。命题角度2用双缝干涉实验测光的波长

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。例2(2024山东济南二模)利用双缝干涉实验测光的波长,实验装置如图甲所示。(1)已知单缝到双缝之间的距离是100mm,双缝到屏的距离为1.0m,双缝之间的距离为0.30mm,干涉图样如图乙所示,分划板中心刻度线在A位置时螺旋测微器的读数为1.234mm,在B位置时读数如图丙所示,为

mm,则该光的波长为

nm(计算结果保留3位有效数字)。

乙丙14.538665(2)某同学观察到图丁所示图像,即测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,若继续移动目镜观察,将会使测量结果出现偏差。在这种情况下测出干涉条纹的间距Δx,则波长的测量值

(选填“大于”“小于”或“等于”)其实际值。

丁大于(3)下列操作能够使(2)问中的干涉条纹与分划板中心刻线在同一方向上的是

(单选)。

A.调整目镜使条纹清晰B.调节拨杆使单缝与双缝平行C.旋转测量头使分划板中心线与某一条纹的中心线对齐C解析

(1)B的位置为14.5

mm+3.8×0.01

mm=14.538

mm;A、B间距为x=xB-xA=13.304

mm,(2)测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,实际值Δx实=Δx测cos

θ,其中θ为条纹与分划板中心竖直刻线间的夹角,故可知测量值Δx测大于实际值Δx实,(3)旋转测量头,分划板的竖线随之旋转,可使分划板的竖线与条纹的中心线平行,故选C。拓展衍生1.(2022海南卷)在用双缝干涉测量光的波长的实验中,如图所示,则:(1)a、b分别是

。

A.单缝和双缝 B.双缝和单缝C.单缝和单缝 D.双缝和双缝(2)如果双缝间距是d,双缝到毛玻璃的距离是L,第一条亮纹到第六条亮纹间距是x,则光的波长是

。(用x、d、L表示)

A解析

(1)由双缝干涉原理可知,先用滤光片得到单色光,然后用单缝得到细长的光源,最后用双缝得到两束相干光,故a、b分别为单缝和双缝,故选A。2.(2024山东枣庄三模)如图甲所示,图中阴影部分ABC为透明材料制成的柱形光学元件的横截面,AC是半径为R的

圆弧,某实验小组为测量该光学元件的折射率,先通过作图确定了圆弧圆心O的位置。请回答下面问题:(1)实验小组先在O处插一枚大头针P1,然后在线段OB和OC之间某一位置插大头针P2,在BC边右侧任意位置观察,发现P2都无法挡住P1,原因是

,若要在BC边右侧观察到P2挡住P1,应将P2向

(选填“OB”或“OC”)边方向移动。

光线发生了全反射OC(2)该小组经过讨论,重新设计了实验方案,进行了如下操作:①在O处插大头针P1,在BC边右侧合适位置插大头针P2,调整观察角度,再插上大头针P3,使P3把P1和P2都挡住;②画出元件边界,作出图乙所示光路图,以P2、P3连线与BC边交点O'为圆心作圆,分别过圆与直线OO'和P2P3的交点作BC边的垂线,垂足分别为N1、N2;③用刻度尺测出线段O'N1和O'N2的长度分别为d1、d2,则该元件的折射率n=

。

(3)若测得该元件的折射率n=2,在O处固定一点光源,只考虑首次从圆弧AC直接射向AB、BC的光线,从点光源射向圆弧AC的光中,有一部分不能从AB、BC面直接射出,则这部分光照射到圆弧AC上的弧长为

。

解析

(1)发现P2都无法挡住P1,原因是光线发生了全反射,应减小入射角,即将P2向OC边方向移动。如图所示,若沿OE方向射到AB面上的光线刚好发生全反射,则∠AOF=30°,同理,若沿OG方向射入的光线恰好在BC面上发生全反射,可得∠COG=30°,因此∠FOH=30°,考点二热学实验高考风向标考点考题明细考查频度热学实验2024上海卷,1、2;2023山东卷,13;2023江苏卷,9;2023浙江6月选考,16-Ⅲ地方卷:3年5考命题角度1用油膜法估测油酸分子的大小

深化拓展用油膜法估测分子的大小实验注意点(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。例3(2024北京海淀区模拟)利用“油膜法估测分子直径”的实验体现了通过对宏观量的测量来实现对微观量的间接测量的方法。(1)甲同学配制好油酸酒精溶液,并测出一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积为V,之后又进行了下列操作,其中错误的一项是

;其余正确操作的合理顺序是

。

A.将一滴纯油酸滴到水面上,让它在水面上自由地扩展为油酸膜B.将一滴油酸酒精溶液滴到水面上,让它在水面上自由地扩展为油酸膜C.向浅盘中倒入约2cm深的水,将痱子粉均匀地撒在水面上D.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算出油酸膜的面积S。再根据d=估算出油酸分子的直径E.将玻璃板盖到浅盘上,用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上ACBED(2)乙同学在做“用油膜法估测分子的大小”实验时,将6mL的油酸溶于酒精中制成104mL的油酸酒精溶液。用注射器取适量溶液滴入量筒,测得每滴入75滴,量筒内的溶液增加1mL。用注射器把1滴这样的溶液滴入表面撒有痱子粉的浅盘中,把玻璃板盖在浅盘上并描出油酸膜边缘轮廓,如图2所示。已知玻璃板上正方形小方格的边长为1cm,则油酸膜的面积约为

m2(保留2位有效数字)。由以上数据,可估算出油酸分子的直径约为

m(保留2位有效数字)。

1.1×10-27.1×10-10(3)丙同学将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算,导致最终测出的油酸分子直径

(选填“偏大”或“偏小”)。

偏大(4)在用油膜法估测分子大小的实验中,已知纯油酸的摩尔质量为M,密度为ρ,一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的质量为m,一滴油酸酒精溶液滴在水面上扩散后形成的纯油酸油膜最大面积为S,阿伏加德罗常数为NA。以上各量均采用国际单位制,对于油酸分子的直径和分子数量有如下判断:以上判断正确的是

。A.①和③ B.①和④C.②和④ D.②和③C解析

(1)为了使油膜形成单分子油膜层,实验时,需要将油酸进行稀释,不能直接将一滴纯油酸滴到水面上,让它在水面上自由地扩展为油酸膜,A错误,符合题意。实验时,先向浅盘中倒入约2

cm深的水,将痱子粉均匀地撒在水面上,再将一滴油酸酒精溶液滴到水面上,让它在水面上自由地扩展为油酸膜,随后将玻璃板盖到浅盘上,用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上,最后将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算出油酸膜的面积S。再根据d=估算出油酸分子的直径。即正确操作的合理顺序是CBED。(2)利用数格子的方法,油酸膜的面积约为S=112×1×10-2×1×10-2

m2=1.12×10-2

m2,(3)由于d=,若将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算,体积偏大,则所测的油酸分子直径d明显偏大。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

特别提醒

作p-图像时,应使尽可能多的点落在直线上,不在直线上的点应均匀分布于直线两侧,偏离太大的点应舍弃掉。例4(2023山东卷)利用图甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上,注射器内封闭一定质量的空气,下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘,托盘中放入砝码,待气体状态稳定后,记录气体压强p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV之和)。逐次增加砝码质量,采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。甲乙回答以下问题:(1)在实验误差允许范围内,图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线,说明在等温情况下,一定质量的气体

。

A.p与V成正比B.p与

成正比(2)若气体被压缩到V=10.0mL,由图乙可读出封闭气体压强为

Pa(保留3位有效数字)。

(3)某组同学进行实验时,一同学在记录数据时漏掉了ΔV,则在计算pV乘积时,他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而

(选填“增大”或“减小”)。

B2.04×105增大从题图乙可得p=2.04×105

Pa。(3)p增大时,pΔV增大,故记录数据时漏掉了ΔV,则在计算pV乘积时,他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而增大。拓展衍生3.(2024湖北武汉二模)某同学用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律,空气柱的压强可以通过压力表读出,空气柱的体积即空气柱的长度与横截面积的乘积。整个装置安装在固定架上,把柱塞置于注射器玻璃管的某一刻度处,将橡胶套套在玻璃管的下端,把一段空气柱封闭在玻璃管中,实验中空气柱质量保持不变。(1)请将下列实验步骤补充完整:①读出初始状态下空气柱的压强p和空气柱的长度l;②

(选填“缓慢”或“快速”)向上拉或向下压柱塞,待压力表示数稳定后,读出空气柱的压强和空气柱的长度;

③重复步骤②,记录多组数据。(2)某次实验时,压力表的示数如图乙所示,则空气柱的压强p=

Pa。(3)以p为纵坐标,以

为横坐标,把采集的各组数据在坐标纸上描点,各点位于过原点的同一条直线上,由此得出结论:在实验误差允许的范围内,一定质量的气体,在温度不变的情况下,压强与体积成反比。

缓慢1.30×105解析

(1)为避免温度变化,应该把柱塞缓慢地向下压或向上拉。(2)由图乙可知压强为1.30×105

Pa。4.(2024河南郑州模拟)如图所示,在“油膜法估测分子直径”的实验中,我们可以通过宏观量的测量间接计算微观量。(1)某同学在实验中先配制一定浓度的油酸酒精溶液,接着又进行了下列操作,操作的合理顺序是

(填字母代号)。

A.将一滴油酸酒精溶液滴到水面上,在水面上自由地扩展为形状稳定的油酸薄膜B.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上并计算油酸薄膜的面积C.将玻璃板盖到浅水盘上,用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上D.向浅盘中倒入约2cm深的水,将痱子粉均匀地撒在水面上DACB(2)实验中,若测量并计算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为2.5×10-11m3,测量并计算出油膜的面积为4.0×10-2m2,则油酸分子的直径为

m(计算结果保留2位有效数字)。

(3)该同学做实验时,水面上痱子粉撒得太多,使得油膜没有充分展开,这种情况会导致分子直径d的测量结果

(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。

6.3×10-10大于解析

(1)实验操作的合理顺序是DACB。(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V0=2.5×10-11

m3,测量并计算出油膜的面积为S=4.0×10-2

m2,(3)该同学做实验时,水面上痱子粉撒得太多,使得油膜没有充分展开,则油酸在水面上形成的油膜面积偏小,突破热点聚素养知识精要创新实验:光学、热学创新类实验归纳分析光学实验中“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”。考向分析从近几年山东、浙江、江苏等几省的高考试题来看,高考传统的“一力一电”两个实验题的固化模式并不是不可改变的了,光学和热学的实验题已经多次出现在这些省份的高考试卷上了,加上光学和热学的实验题目相对来说难度较小,比较容易得分,所以在复习备考过程要更加重视光学和热学的实验。案例探究典例(2023广东卷)某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率,实验过程如下:(1)将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上,用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界。(2)①激光笔发出的激光从玻璃砖上的M点水平入射,到达ef面上的O点后反射到N点射出。用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出光孔Q的位置。②移走玻璃砖。在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路,作QM连线的延长线与ef面的边界交于P点,如图(a)所示。图(a)③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2。PM的示数如图(b)所示,d1为

cm。测得d2为3.40cm。

图(b)(3)利用所测量的物理量,写出玻璃砖折射率的表达式n=

。由测得的数据可得折射率n为

(结果保留3位有效数字)。

(4)相对误差的计算式为δ=×100%。为了减小d1、d2测量的相对误差,实验中激光在M点入射时应尽量使入射角

。

2.251.51稍小一些解析

(2)刻度尺的分度值为0.1

cm,需要估读到分度值的下一位,则d1=2.25

cm。(3)根据题意标出光线对应的入射角和折射角,如图所示结合几何关系和折射定律得(4)为了减小d1、d2测量的相对误差,则d1、d2要尽量稍大一些,故实验中激光在M点入射时应尽量使入射角稍小一些。角度拓展1.(2024辽宁大连模拟)某实验小组使用图甲所示的装置测量某紫色激光的波长。用光具座固定激光笔和刻有双缝的黑色纸板,双缝间的宽度d=0.2mm,激光经过双缝后投射到光屏中的条纹如图乙所示,由刻度尺读出A、B两亮条纹间的距离x=

mm,通过激光测距仪测量出双缝到光屏间的距离L=2.0m,则该激光波长λ=

m。如果用红色激光重新实验,相邻亮条纹间距会

(选填“变大”“变小”或“不变”)。

甲乙65.06.5×10-7变大解析

刻度尺的最小分度值为1

mm,A亮条纹中心的读数为25.0

mm,B亮条纹中心的读数为90.0

mm,则A、B两亮条纹间的距离x=90.0

mm-25.0

mm=65.0

mm;红光的波长比紫光的波长长,根据相邻亮条纹间距公式可知相邻亮条纹间距会变大。2.(2024山东济南一模改编)某同学利用激光方向性和单色性好的特点,借助“插针法”测量一圆柱玻璃对特定频率的光的折射率。主要步骤如下:如图甲所示,木板上固定好白纸,放好圆柱玻璃,在圆柱玻璃底面边界描点。调节左侧激光入射角,在激光照射到的位置竖直插针(插针足够细),使之恰好挡住光线,确定光路,如图乙所示。移除圆柱玻璃,确定圆柱横截面的圆心和圆周边界,作光路图。(1)以下关于实验操作的描述正确的是

。

A.为方便作图,可用铅笔环绕圆柱底部一周作圆周边界B.图乙中插针顺序依次为P1、P2、P3、P4或P2、P1、P3、P4C.插针时,P2和P3离圆柱玻璃近一些测量更准确D.若入射角过大,会发生全反射而观察不到出射光线(2)如图丙所示,以入射点O'为圆心,适当长度为半径作圆,与入射光线和折射光线分别交于M、N两点,过M、N两点作法线OO'的垂线分别交于P、Q两点,测得O'P、MP、O'Q、NQ长度分别为L1、L2、L3、L4