第一篇 大单元设计六 专题18 热学、光学实验-2025版高考物理二轮复习

13专题18热学、光学实验考向一热学类实验角度1用油膜法估测分子的大小[典例1](2024·北京东城区一模)做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。(1)下列实验步骤的正确顺序是(填写实验步骤前的序号)。

a.往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水,待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上b.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c.将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上,计算出油酸膜的面积。根据油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小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,由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积,再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体积e.将玻璃板放在浅盘上,然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上(2)实验中,所用油酸酒精溶液每V1体积溶液中有纯油酸体积为V2,用注射器和量筒测得体积为V0的上述溶液有n滴,把一滴该溶液滴入盛水的撒有痱子粉的浅盘中,待水面稳定后,得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示,图中每个小正方形格的边长为a,则油酸薄膜的面积S=;可求得油酸分子的直径为(用V1、V2、V0、n、S表示)。

【解析】(1)实验过程应先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,再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体积,后往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水,待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上,再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,随后将玻璃板放在浅盘上,然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上,最后将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上,计算出油酸膜的面积。根据油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小。即实验步骤的正确顺序是dabec。(2)根据数格子的办法,多于半格算一格,少于半格舍去,油膜的总格数为71格,则油膜总面积为S=71a2由于所用油酸酒精溶液每V1体积溶液中有纯油酸体积为V2,则溶液的浓度为x=V用注射器和量筒测得体积为V0的上述溶液有n滴,则一滴溶液中纯油酸的体积为V=V0油酸分子直径为d=VS解得d=V答案:(1)dabec(2)71a2V角度2探究气体压强与体积的关系[典例2](2023·山东等级考)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。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1V(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”)。

【解析】(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,p与1V(2)若气体被压缩到V=10.0mL,则有1V=110.0mL-1=100×10-3mL-1,由图乙可读出封闭气体压强为p=2(3)若在记录数据时漏掉了ΔV,则在计算pV乘积时,根据p(V0+ΔV)-pV0=pΔV,可知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。答案:(1)B(2)2.04×105(3)增大【加固训练】1.(2023·江苏选择考)在“探究气体等温变化的规律”的实验中,实验装置如图所示。利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是()A.把柱塞快速地向下压B.把柱塞缓慢地向上拉C.在橡胶套处接另一注射器,快速推动该注射器柱塞D.在橡胶套处接另一注射器,缓慢推动该注射器柱塞【解析】选B。因为该实验是要探究气体等温变化的规律;实验中要缓慢推动或拉动柱塞,目的是尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变;为了方便读取封闭气体的体积,不需要在橡胶套处接另一注射器。2.某同学在实验室用油膜法测油酸分子直径。(1)该实验的科学依据是。

A.将油膜看成单分子油膜B.不考虑各个油酸分子间的间隙C.考虑各个油酸分子间的间隙D.将油酸分子看成球形(2)实验主要步骤如下:①向体积V油=6mL的油酸中加酒精,直至总量达到V总=104mL;②用注射器吸取①中油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,当滴入n=75滴时,测得其体积恰好是V0=1mL;一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为m3;

③先往浅盘里倒入2cm深的水,然后将爽身粉均匀地撒在水面上;④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,待油酸薄膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描下油酸膜的形状;⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,如图所示,数出轮廓范围内小方格的个数N,小方格的边长为L=1cm。(3)由图可知油膜面积为m2;计算出油酸分子直径为m。(以上结果均保留一位有效数字)

(4)若滴入75滴油酸酒精溶液的体积不足1mL,则最终的测量结果将(选填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

【解析】(1)将油膜看成单分子油膜,油膜是呈单分子分布的,单分子油膜的厚度等于分子的直径,A正确;不考虑各个油酸分子间的间隙,认为这些油酸分子是一个一个紧挨在一起的,分子之间没有间隙,B正确,C错误;将油酸分子看成球形,测出油酸的体积V和形成单分子油膜的面积S,单分子油膜的厚度d=VS(2)②一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为V=175×6104mL=8×10-6mL=8×10(3)由题图可知油膜面积为S=1×10-2m2油酸分子的直径为d=VS=8×10-(4)若滴入75滴油酸酒精溶液的体积不足1mL,则代入计算的纯油酸的体积偏大,可知测量结果偏大。答案:(1)A、B、D(2)②8×10-12(3)1×10-28×10-10(4)偏大【模型图解】项目图例说明用油膜法估测分子的大小d=VS=探究等温情况下一定质量的气体压强与体积的关系根据数据得出p-1V图像,得出p、V考向二光学类实验角度1测量玻璃的折射率[典例3](2024·安徽选择考)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,按如图甲所示进行实验,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(选填“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<α3),则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃(选填“>”或“<”)n介质。此实验初步表明:对于一定频率的光,折射率与介质材料有关。

【解析】(1)选B。选项选项剖析对错A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'×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O2√C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×(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n=sinα(3)根据折射定律可知,玻璃的折射率为n玻璃=sinα1sinα2,该介质的折射率为n介质=sinα1sinα3,其中α2答案:(1)B(2)大(3)>角度2用双缝干涉实验测光的波长[典例4](2024·河北选择考)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:单色光类别x1/mmx6/mm单色光110.6018.64单色光28.4418.08根据表中数据,判断单色光1为(选填“红光”或“绿光”)。

【解析】根据Δx=Ldλ,可得λ=dΔxL,由图表中数据可知Δx1.608mm,Δx2=18.08-8.445mm=1.928mm,故Δx1<Δx2答案:绿光【加固训练】1.(2024·湖北选择考)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(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

【解析】(1)选B。选项选项剖析对错A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×B激光的平行度好,比用插针法测量更有利于减小误差√C相同的材料在各点的折射效果都一样×(2)设半圆柱体玻璃砖的半径为R,根据几何关系可得入射角的正弦值为sini=yR,折射角的正弦值为sinr=xR,折射率n=sinisinr=yx,可知y-x图像斜率大小等于折射率,即(3)根据(2)中数据处理方法可知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不变。答案:(1)B(2)1.57(3)不变2.如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中:(1)观察到较模糊的干涉条纹,要使条纹变得清晰,值得尝试的是。

A.旋转测量头B.增大单缝与双缝间的距离C.调节拨杆使单缝与双缝平行(2)要增大观察到的条纹间距,正确的做法是。

A.减小单缝与光源间的距离B.减小单缝与双缝间的距离C.增大透镜与单缝间的距