專題21 熱學和光學實驗（講義）（原卷版）

專題21熱學和光學實驗目錄TOC\o"1-4"\h\z\u考點一熱學和光學實驗 3 3 41.熱學類及創(chuàng)新實驗常見問題 42.光學類及創(chuàng)新實驗常見問題 6 7考向一熱學類及創(chuàng)新實驗 7考向二光學類及創(chuàng)新實驗 8

考點要求考題統(tǒng)計熱學和光學實驗考向一熱學類及創(chuàng)新實驗：2023?江蘇?高考真題、2023?山東?高考真題、2023?北京?高考真題考向二光學類及創(chuàng)新實驗：2023?廣東?高考真題、2023?海南?高考真題、2022?海南?高考真題、2021?浙江?高考真題、2021?浙江?高考真題考情分析【命題規(guī)律及方法指導】1.命題重點：(1)用油膜法估測油酸分子的大??；(2)探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關系；(3)測量玻璃的折射率；(4)用雙縫干涉實驗測光的波長..2.常用方法：油膜法、控制變量法、單位圓法、圖像法．3.常考題型：實驗題．【命題預測】1.本專題屬于熱點、基礎內(nèi)容；2.高考命題考察方向①熱學類及創(chuàng)新實驗：油膜法估測油酸分子質(zhì)量，探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關系②光學類及創(chuàng)新實驗：用雙縫干涉實驗測光的波長，測量玻璃的折射率

考點一熱學和光學實驗1．（2023·山東·高考真題）利用圖甲所示實驗裝置可探究等溫條件下氣體壓強與體積的關系。將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺上，注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的空氣，下端通過塑料管與壓強傳感器相連。活塞上端固定一托盤，托盤中放入砝碼，待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄氣體壓強和體積（等于注射器示數(shù)與塑料管容積之和），逐次增加砝碼質(zhì)量，采集多組數(shù)據(jù)并作出擬合曲線如圖乙所示。

回答以下問題：（1）在實驗誤差允許范圍內(nèi)，圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線，說明在等溫情況下，一定質(zhì)量的氣體。A．與成正比

B．與成正比（2）若氣體被壓縮到，由圖乙可讀出封閉氣體壓強為（保留3位有效數(shù)字）。（3）某組同學進行實驗時，一同學在記錄數(shù)據(jù)時漏掉了，則在計算乘積時，他的計算結果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學的計算結果之差的絕對值會隨的增大而（填“增大”或“減小”）。2．（2023·廣東·高考真題）某同學用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率，實驗過程如下：（1）將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上，用大頭針在白紙上標記玻璃磚的邊界（2）①激光筆發(fā)出的激光從玻璃磚上的點水平入射，到達面上的點后反射到點射出．用大頭針在白紙上標記點、點和激光筆出光孔的位置②移走玻璃磚，在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路，作連線的延長線與面的邊界交于點，如圖（a）所示

③用刻度尺測量和的長度和．的示數(shù)如圖（b）所示，為。測得為

（3）利用所測量的物理量，寫出玻璃磚折射率的表達式；由測得的數(shù)據(jù)可得折射率為（結果保留3位有效數(shù)字）（4）相對誤差的計算式為。為了減小測量的相對誤差，實驗中激光在點入射時應盡量使入射角。3．（2022·海南·高考真題）在用雙縫干涉測量光的波長的實驗中，如圖所示，則：①a、b分別是()A．單縫和雙縫

B．雙縫和單縫

C．單縫和單縫

D．雙縫和雙縫②如果雙縫間距是d，雙縫到毛玻璃的距離是L，第一條亮紋到第六條亮紋間距是x，則光的波長是。（用x、d、L表示）1.熱學類及創(chuàng)新實驗常見問題1）用油膜法估測油酸分子的大?、瘛⒃恚赫J為油酸薄膜是由單層的油酸分子緊密排列組成，油膜的厚度就是油酸分子的直徑，如圖．Ⅱ、對“V”的測量：①配制一定濃度的油酸酒精溶液，設其濃度為n；②用注射器吸取一段油酸酒精溶液，讀出它的體積為V0；③再把它一滴滴地滴入燒杯中，記下液滴的總滴數(shù)N；④則一滴油酸酒精溶液中，純油酸的體積.Ⅲ、對“S”的測量①數(shù)出輪廓范圍內(nèi)正方形的個數(shù)n0，不足半個的舍去，多于半個的算一個；②用正方形的個數(shù)乘單個正方形的面積S0計算出油膜的面積S(即n0S0)．2）探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關系Ⅰ、實驗法：控制變量法Ⅱ、為保證等溫變化，實驗過程中不要用手握住注射器有氣體的部位．同時，改變體積過程應緩慢，以免影響密閉氣體的溫度．為保證氣體密閉，應在活塞與注射器內(nèi)壁間涂上潤滑油，注射器內(nèi)外氣體的壓強差不宜過大．Ⅲ、在等溫過程中，氣體的壓強與體積的關系在p－V圖像中呈現(xiàn)為雙曲線(其中一支)，如圖甲．處理實驗數(shù)據(jù)時，要通過變換，即畫圖像，把雙曲線(其中一支)變?yōu)橹本€，說明p和V成反比，如圖乙．這是科學研究中常用的數(shù)據(jù)處理的方法，因為一次函數(shù)反映的物理規(guī)律比較直觀，容易得出相關的對實驗研究有用的參數(shù)．2.光學類及創(chuàng)新實驗常見問題1）測量玻璃的折射率Ⅰ、一個重要實驗步驟：在玻璃磚的另一側插上P3，使P3擋住P1、P2的像，再插上P4，使P4擋住P3和P1、P2的像．Ⅱ、三個數(shù)據(jù)處理的方法①計算法：由，算出不同入射角時的n值，并取平均值．②圖像法：作sinθ1－sinθ2圖像，由可知其斜率為折射率．③單位圓法：以入射點O為圓心，作半徑為R的圓，如圖所示，則，，OE＝OE′＝R，所以用刻度尺量出EH、E′H′的長度就可以求出.Ⅲ、兩個減小誤差的實驗要求①實驗時，應盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間、P3和P4之間、P2和O、P3與O′之間距離要稍大一些．②入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)，當θ1太大時，反射光較強，出射光較弱，當θ1太小時，入射角、折射角測量的相對誤差較大．2）用雙縫干涉實驗測光的波長Ⅰ、實驗裝置圖Ⅱ、原理：，因此，只要測出Δx、d、l即可測出波長λ.Ⅲ、Δx的測量：調(diào)節(jié)測量頭，使分劃板中心刻線對齊第1條亮條紋的中心，記下手輪上的讀數(shù)a1；轉動手輪，當分劃板中心刻線與第n條相鄰的亮條紋中心對齊時，記下手輪上的讀數(shù)a2；則相鄰兩條亮條紋間的距離.考向一熱學類及創(chuàng)新實驗1．（2024·全國·模擬預測）兩個實驗小組做“探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體的壓強與體積的關系”的實驗。（1）第一個實驗小組的同學利用如圖甲所示的裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律，注射器中密封了一定質(zhì)量的氣體。①實驗過程中，下列操作正確的是。（填正確答案標號）A．應該以較快的速度推拉柱塞來改變空氣柱的體積B．實驗前應先利用天平測量出注射器、柱塞及壓力表的總質(zhì)量C．推拉柱塞時，手不可以握住整個注射器D．實驗過程中要保證橡膠套的密閉性良好，以保證空氣柱的質(zhì)量一定②實驗時，緩慢推動活塞，注射器內(nèi)氣體的體積逐漸減小。若實驗過程中環(huán)境溫度逐漸降低，測得多組空氣柱的壓強p和體積V的數(shù)據(jù)，則實驗得到的圖像應為下圖中的。（填正確答案標號）（2）第二個實驗小組的同學用氣體壓強傳感器做實驗，實驗裝置如圖乙所示。在操作規(guī)范、不漏氣的前提下，測得多組壓強p和體積V的數(shù)據(jù)并作出圖像，發(fā)現(xiàn)圖線不過坐標原點，如圖丙所示。造成這一結果的原因是；圖丙中的物理含義是?？枷蚨鈱W類及創(chuàng)新實驗2．（2024·安徽·統(tǒng)考一模）某同學通過雙縫干涉實驗測量光的波長，實驗裝置如圖（a）所示。（1）一毛玻璃屏上相鄰亮條紋的間距可利用測量頭測出，如圖（b）所示。先將測量頭分劃板中心刻線與一明條紋中心P重合，其讀數(shù)為，然后沿同一方向轉動手輪，使分劃板中心刻線移過4條暗條紋，與另一明條紋中心重合，相應的讀數(shù)如圖（c）所示，該讀數(shù)為。（2）已知雙縫間的距離為，雙縫到屏的距離為，此單色光波長是。（保留三位有效數(shù)字）（3）若改用波長更短的單色光重復上述實驗，條紋間距將(選填“變大”、“變小”或“不變”)3．（2024·廣東·統(tǒng)考一模）某同學測量一半圓形透明玻璃磚的折射率，實驗過程如下：①用游標卡尺測量玻璃磚的直徑d，確定其底面圓心位置并標記在玻璃磚上；②將玻璃磚放在位于水平桌面并畫有直角坐標系的白紙上，使其底面圓心和直徑分別與O點和x軸重合，將一長直擋板緊靠玻璃磚并垂直于x軸放置，如圖（b）所示；③用激光器發(fā)出激光從玻璃磚外壁始終指向O點水平射入，從y軸開始向右緩慢移動激光器，直至恰好沒有激光從玻璃磚射出至擋板上的區(qū)域時，在白紙上記錄激光束從玻璃磚外壁入射的位置P。④取走玻璃磚，過P點作y軸的垂線PQ，用刻度尺測量PQ的