專題20-熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)-高三物理二輪復(fù)習(xí)(解析版)

2022年高三物理二輪復(fù)習(xí)資料（命題規(guī)律+知識(shí)薈萃+經(jīng)典例題+精選習(xí)題）（江蘇專用）專題20熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)【命題規(guī)律】命題角度（1）用油膜法估測(cè)油酸分子的大?。?）探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系．（3）測(cè)量玻璃的折射率．（4）用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)光的波長(zhǎng)．【知識(shí)薈萃】★考向一、用油膜法估測(cè)油酸分子的大小1．原理：認(rèn)為油酸薄膜是由單層的油酸分子緊密排列組成，在估測(cè)油酸分子大小的數(shù)量級(jí)時(shí)，把每個(gè)油酸分子簡(jiǎn)化為球體，認(rèn)為油膜的厚度就是油酸分子的直徑d＝eq\f(V,S)，如圖.2．對(duì)“V”的測(cè)量（1）配制一定濃度的油酸酒精溶液，設(shè)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V＝eq\f(V0,N)n.3．對(duì)“S”的測(cè)量（1）淺盤里盛水，把適量的爽身粉均勻撒在水面上；（2）用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液，待油膜形狀穩(wěn)定后，將帶方格的玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描下薄膜的形狀；（3）數(shù)出輪廓范圍內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)n0，不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一個(gè)；（4）用正方形的個(gè)數(shù)乘單個(gè)正方形的面積S0（即n0S0）計(jì)算出油膜的面積S.4．注意事項(xiàng)（1）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查淺盤是否干凈，如果有油漬將影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果．（2）由于油酸膜要經(jīng)過(guò)先擴(kuò)大后收縮的過(guò)程，因此畫(huà)輪廓時(shí)要待油酸膜穩(wěn)定后再畫(huà)，畫(huà)時(shí)視線要與玻璃板垂直．（3）分子大小的數(shù)量級(jí)為10－10m，若不是則要重做實(shí)驗(yàn)．★考向二、探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)中常用的控制變量法，探究在氣體質(zhì)量和溫度不變的情況下（即等溫過(guò)程），氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系，如圖所示．（1）為保證等溫變化，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要用手握住注射器有氣體的部位．同時(shí)，改變體積過(guò)程應(yīng)緩慢，以免影響密閉氣體的溫度．為保證氣體密閉，應(yīng)在活塞與注射器內(nèi)壁間涂上潤(rùn)滑油，注射器內(nèi)外氣體的壓強(qiáng)差不宜過(guò)大．（2）實(shí)驗(yàn)中所用的壓力表精度較高，而氣柱體積是直接在注射器上讀出的，其誤差會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果．（3）在等溫過(guò)程中，氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系在p－V圖像中呈現(xiàn)為雙曲線，如圖甲．處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，要通過(guò)變換，即畫(huà)p－eq\f(1,V)圖像，把雙曲線變?yōu)橹本€，說(shuō)明p和V成反比，如圖乙．這是科學(xué)研究中常用的數(shù)據(jù)處理的方法，因?yàn)橐淮魏瘮?shù)反映的物理規(guī)律比較直觀，容易得出相關(guān)的對(duì)實(shí)驗(yàn)研究有用的參數(shù)．★考向三、測(cè)量玻璃的折射率數(shù)據(jù)處理方法1．計(jì)算法：由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，算出不同入射角時(shí)的n值，并取平均值．2．圖像法：作sinθ1－sinθ2圖像，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知其斜率為折射率．3．單位圓法：以入射點(diǎn)O為圓心，作半徑為R的圓，如圖所示，則sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，所以用刻度尺量出EH、E′H′的長(zhǎng)度就可以求出n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(EH,E′H′).★考向四、用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)光的波長(zhǎng)1．實(shí)驗(yàn)裝置圖及實(shí)驗(yàn)器材（如圖）雙縫干涉儀、光具座、光源、學(xué)生電源、導(dǎo)線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測(cè)量頭、刻度尺．2．?dāng)?shù)據(jù)處理的方法（1）調(diào)節(jié)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線對(duì)齊第1條亮條紋的中心，記下手輪上的讀數(shù)a1；（2）轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，當(dāng)分劃板中心刻線與第n條相鄰的亮條紋中心對(duì)齊時(shí)，記下手輪上的讀數(shù)a2；（3）相鄰兩條亮條紋間的距離Δx＝eq\f(|a1－a2|,n－1)，則由λ＝eq\f(d,l)Δx＝eq\f(d|a1－a2|,ln－1)得波長(zhǎng)．3．注意事項(xiàng)（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)調(diào)整光源、單縫、雙縫和毛玻璃屏、測(cè)量頭共軸，單縫和雙縫安裝時(shí)應(yīng)豎直且相互平行，遮光筒的軸線要與光具座導(dǎo)軌平行．若不共軸或單縫與雙縫不平行則會(huì)引起干涉條紋亮度小，不清晰，不便于觀察和測(cè)量．（2）分劃板上的中心刻線應(yīng)與干涉條紋的亮（暗）線平行，否則會(huì)增大測(cè)量的誤差．（3）測(cè)量頭有兩種，一種相當(dāng)于螺旋測(cè)微器，一種相當(dāng)于游標(biāo)卡尺．【經(jīng)典例題】【例題1】用油膜法估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)步驟如下：.①向體積為V1的純油酸加入酒精，直到油酸酒精溶液總體積為V2；②用注射器吸取上述溶液，一滴一滴地滴入小量筒，當(dāng)?shù)稳雗滴時(shí)體積為V0；③先往邊長(zhǎng)為30cm-40cm的淺盤里倒入2cm深的水④用注射器往水面上滴一滴上述溶液，等油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將事先準(zhǔn)備好的玻璃放在淺盤上，并在玻璃板上描出油酸薄膜的輪廓；⑤將描有油酸薄膜輪廓的玻璃板，放在畫(huà)有許多邊長(zhǎng)為a的小正方形的坐標(biāo)紙上，讀出輪廓范圍內(nèi)正方形的總數(shù)為N．上述過(guò)程中遺漏的步驟是___________；油酸分子直徑的表達(dá)式是d=________．【答案】

將痱子粉均勻撒在水面上

【解析】在步驟③中，應(yīng)將痱子粉均勻撒在水面上；油酸分子直徑為一滴純油酸的體積為油膜的面積為聯(lián)立解得【例題2】在“測(cè)定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，如圖所示，某同學(xué)先將白紙平鋪在木板上并用圖釘固定，玻璃磚平放在白紙上，然后在白紙上確定玻璃磚的界面所在直線aa′和bb′（圖中并未直接畫(huà)出具體位置）。O為直線AO與aa′的交點(diǎn)，在直線AO上豎直地插上、兩枚大頭針。（1）該同學(xué)接下來(lái)要完成的必要步驟有___________。A．插上大頭針，使僅擋住的像B．插上大頭針，使擋住的像和的像C．插上大頭針，使僅擋住D．插上大頭針，使擋住和、的像（2）過(guò)、作直線交bb′于O′，過(guò)O′作垂直于bb′的直線NN′，連接OO′，測(cè)量圖中角α和β的大小。則玻璃磚的折射率n=___________。【答案】

BD

【解析】（1）該同學(xué)接下來(lái)要完成的必要步驟有：確定P3大頭針的位置的方法是插上大頭針P3，使P3能擋住P1、P2的像。確定P4大頭針的位置的方法是大頭針P4能擋住P3和P1、P2的像。故BD正確，AC錯(cuò)誤。（2）根據(jù)折射定律得，玻璃磚的折射率為：【例題3】（1）在用油膜法估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)中，用移液管量取0.25mL油酸，倒入標(biāo)注250mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250mL的溶液。然后用滴管吸取這種溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面達(dá)到量筒中1mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水淺盤中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜穩(wěn)定后，放在帶有正方形坐標(biāo)格的玻璃板下觀察油膜，如圖甲所示。坐標(biāo)格的每個(gè)小正方形大小為2cm×2cm。由圖可以估算出油膜的面積是_______cm2，由此估算出油酸分子的直徑是_______m（保留1位有效數(shù)字）。（2）圖乙是用掃描隧道顯微鏡拍下的一個(gè)“量子圍欄”的照片。這個(gè)量子圍欄是由48個(gè)鐵原子在銅的表面排列成直徑為1.4×10-8m的圓周而組成的，由此可以估算出鐵原子的直徑約為_(kāi)_______m（結(jié)果保留1位有效數(shù)字）【答案】

256（252或260均得分）

8×10-10

9×10-10【解析】（1）數(shù)油膜的正方形格數(shù)，大于半格的算一格，小于半格的舍去，得到估算出油膜的面積是S=格數(shù)（64）×2cm×2cm=256cm2由題意可知溶液濃度為，每滴溶液體積為，2滴溶液中所含油酸體積為，油膜厚度即油酸分子的直徑是；（2）由題意可知直徑的圓周，周長(zhǎng)為可以估算出鐵原子的直徑約為【例題4】某同學(xué)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量某單色光的波長(zhǎng)。（1）實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，將光源放在光具座最左端，由左至右依次放置其它光學(xué)元件，①、②兩處放置的元件分別為：________、______（選填“雙縫”或“單縫”）；（2）接通電源使光源正常發(fā)光，調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋，若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為，測(cè)得第1條亮條紋到第7條亮條紋之間的距離為，則單色光的波長(zhǎng)_______?！敬鸢浮?/p>

單縫

雙縫

【解析】（1）先放單縫，形成線光源。再放雙縫，形成相干光。（2）根據(jù)條紋間距公式得解得【精選習(xí)題】1．油膜法測(cè)定分子的直徑，的油酸加入酒精中配制的油酸酒精溶液，溶液通過(guò)滴管實(shí)驗(yàn)測(cè)得為80滴，取1滴溶液滴在撒有痱子粉的淺水槽中，待油膜界面穩(wěn)定后測(cè)得油膜面積為。（1）試估算油酸分子的直徑_______（保留一位有效數(shù)字）（2）按照一定比例配制的油酸酒精溶液置于一個(gè)敞口容器中，如果時(shí)間偏長(zhǎng)，會(huì)影響分子尺寸測(cè)量結(jié)果導(dǎo)致測(cè)量值_________（選填“偏大”或“偏小”）【答案】

偏小【解析】（1）．測(cè)得油膜面積：每一滴油酸酒精溶液含有純油酸的體積為：所以油酸分子的直徑：（2）．置于一個(gè)敞口容器中，如果時(shí)間偏長(zhǎng)，酒精揮發(fā)，導(dǎo)致油酸濃度增大，因此出現(xiàn)直徑偏大。2．油膜法估測(cè)分子的大小實(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)小組用1mL的油酸配置了500mL的油酸酒精溶液，用滴管、量筒測(cè)得n滴油酸酒精溶液體積為V，一滴溶液在水槽中最終形成的油膜面積為S，則油酸分子直徑為_(kāi)_______；實(shí)驗(yàn)中水面上撒的痱子粉太厚會(huì)導(dǎo)致分子直徑測(cè)量值________（選填“偏大”或“偏小”）【答案】

偏大【解析】一滴油酸酒精溶液中含有的油酸體積為，因一滴溶液在水槽中最終形成的油膜面積為S，所以油酸分子直徑為，痱子粉太厚會(huì)導(dǎo)致油酸的在水面的擴(kuò)散面積減小，從而測(cè)量的分子直徑偏大．3．在利用“插針?lè)ā睖y(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中，正確操作后，作出的光路圖及測(cè)出的相關(guān)角度如圖所示，此玻璃的折射率計(jì)算式為n=________（用圖中的α、β表示）．同學(xué)在畫(huà)界面時(shí)，不小心將兩界面的間距畫(huà)得比玻璃磚寬度略大，則測(cè)得的折射率__________（選填“偏大”、“偏小”或“不變”）．【答案】

偏小【解析】．由圖可知，入射角為90°-α，折射角為90°-β；則由折射定律可知：．如圖所示．紅線表示將玻璃磚向上平移后實(shí)際的光路圖，而黑線是作圖時(shí)所采用的光路圖，可見(jiàn)入射角沒(méi)有變化，折射角的測(cè)量值偏大，則由得，折射率測(cè)量值偏??；4．某同學(xué)做“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)．已知每2500mL油酸酒精溶液中含有純油酸1mL，用注射器測(cè)得每100滴這樣的溶液為1mL，把一滴這樣的溶液滴入撒有痱子粉的盛水淺盤里，把玻璃板蓋在淺盤上并描畫(huà)出油酸膜輪廓，如圖所示．圖中正方形小方格的邊長(zhǎng)為1cm，則油酸膜的面積為_(kāi)_______cm2，油酸分子直徑大小d＝________m（保留一位有效數(shù)字）．【答案】

40±2

1×10－9【解析】數(shù)出方格紙中被實(shí)線圈起來(lái)的部分，可知油酸膜的面積約40cm2；一滴溶液純油酸的體積，所以5．用油膜法估測(cè)分子的大小，方法及步驟如下：①向體積V油=1ml油酸中加酒精，直至總量達(dá)到V總=200ml．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，當(dāng)?shù)稳雗=50滴時(shí)，測(cè)得其體積恰好是V0=1ml．③先往邊長(zhǎng)30~40cm的淺盤里倒入2cm深的水，然后將_____________均勻地撒在水面上．④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將事先準(zhǔn)備好的玻璃板放在淺盤上，并在玻璃板上描下油酸膜的形狀．⑤將畫(huà)有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，如圖，數(shù)出輪廓范圍內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)N，正方形邊長(zhǎng)L=1cm．⑥根據(jù)以上信息，求出分子直徑．回答下列問(wèn)題：（1）步驟③中應(yīng)填寫：____________；（2）1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V純是____________ml；（3）根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可求得分子直徑d=_________cm（保留一位有效數(shù)字）．【答案】

痱子粉

10-4

910-7【解析】（1）為了顯示單分子油膜的形狀，需要在水面上撒痱子粉或石膏粉．（2）1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積為：（3）油膜形狀占據(jù)的方格數(shù)大約為114個(gè)．所以油膜面積為：S=114×1×1cm2

=114cm2分子直徑6．在“用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，已知實(shí)驗(yàn)室中使用的酒精油酸溶液的濃度為A，N滴溶液的總體積為V。在淺盤中的水面上均勻撒上痱子粉，將一滴溶液滴在水面上，待油膜穩(wěn)定后，在帶有邊長(zhǎng)為a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的輪廓（如圖所示），測(cè)得油膜占有的正方形小格個(gè)數(shù)為X。①用以上字母表示一滴酒精油酸溶液中的純油酸的體積為_(kāi)_____．②油酸分子直徑約為_(kāi)_____．【答案】

【解析】將油膜看成單分子膜；將油分子看作球形；認(rèn)為油分子是一個(gè)緊挨一個(gè)的①由題意可知，一滴酒精油酸溶液中的純油酸的體積為V0=②每一滴所形成的油膜的面積為S=Xa2，所以油膜的厚度，即為油酸分子的直徑為7．在觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中：（1）將激光束照在如圖乙所示的雙縫上，在光屏上觀察到的現(xiàn)象是圖甲中的______。（2）換用間隙更小的雙縫，保持雙縫到光屏的距離不變，在光屏上觀察到的條紋寬度將________；保持雙縫間隙不變，減小光屏到雙縫的距離，在光屏上觀察到的條紋寬度將______（以上均選填“變寬”“變窄”或“不變”）?！敬鸢浮?/p>

）A

變寬

變窄【解析】（1）雙縫干涉圖樣是平行且等寬的明暗相間的條紋，故選A；（2）根據(jù)知，雙縫間的距離d減小時(shí)，條紋間距變寬；當(dāng)雙縫到屏的距離l減小時(shí)，條紋間距變窄。8．某同學(xué)利用平行玻璃磚測(cè)量玻璃的折射率，按插針?lè)ú襟E正確操作，借助刻度尺完成了光路圖。該同學(xué)有圓規(guī)，卻沒(méi)有量角器，他就以O(shè)點(diǎn)為圓心，15.00cm為半徑畫(huà)圓，分別交入射光線于A點(diǎn)，交直線的延長(zhǎng)線于C點(diǎn)。分別過(guò)A、C點(diǎn)作法線NN’的垂線交NN’于B、D點(diǎn)，如圖所示。用刻度尺測(cè)得AB=9.00cm，CD=6.00cm，則玻璃的折射率n=______。若玻璃磚前后兩面并不平行，按正確實(shí)驗(yàn)操作，則他測(cè)出的折射率______（選填“會(huì)”或“不會(huì)”）受到影響。【答案】

1.5

不會(huì)【解析】根據(jù)光的折射定律可知：折射率的測(cè)量和玻璃磚前后面是否平行無(wú)關(guān)9．用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖（甲）所示，已知單縫與雙縫間的距離L1=100mm，雙縫與屏的距離L2=700mm，雙縫間距d=0.5mm。用測(cè)量頭來(lái)測(cè)量亮紋中心的距離。測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板左右移動(dòng)，讓分劃板的中心刻線對(duì)準(zhǔn)亮紋的中心如圖（乙）所示，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)另一條亮紋的中心，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)。（1）分劃板的中心刻線分別對(duì)準(zhǔn)第1條和第4條亮紋的中心時(shí)，手輪上的讀數(shù)如圖（丙）所示，則對(duì)準(zhǔn)第1條時(shí)讀數(shù)x1=_______mm、對(duì)準(zhǔn)第4條時(shí)讀數(shù)x2=_______mm（2）寫出計(jì)算波長(zhǎng)λ的表達(dá)式_____（用符號(hào)表示），_____nm?！敬鸢浮?/p>

2.190

7.870

1350【解析】（1）．對(duì)準(zhǔn)第1條時(shí)讀數(shù)為x1=2mm+0.01×19.0mm=2.190mm對(duì)準(zhǔn)第4條時(shí)讀數(shù)為x2=7.5mm+0.01×37.0mm=7.870mm．（2）．相鄰條紋的間距為根據(jù)得波長(zhǎng)為解得10．圖所示為光學(xué)實(shí)驗(yàn)用的長(zhǎng)方體玻璃磚，它的___面不能用手直接接觸．在用插針?lè)y(cè)定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中，兩位同學(xué)繪出的玻璃磚和三個(gè)針孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的針正好擋住插在a、b位置針的像，但最后一個(gè)針孔的位置不同，分別為d、e兩點(diǎn)，如圖所示，計(jì)算折射率時(shí)，用___（填“d”或“e”）點(diǎn)得到的值較小，用___（填“d”或“e”）點(diǎn)得到的值誤差較?。敬鸢浮?/p>

光學(xué)

d

e【解析】玻璃磚的光學(xué)面不能用手直接接觸，接觸面的污漬會(huì)影響接觸面的平整，進(jìn)而影響折射率的測(cè)定．連接dc、ec并延長(zhǎng)至玻璃磚的光學(xué)面與白紙的交線，交點(diǎn)為出射點(diǎn)，入射點(diǎn)與出射點(diǎn)的連線即為折射光線，入射角一定，用d點(diǎn)時(shí)，折射角大，折射率較小．對(duì)于兩光學(xué)面平行的玻璃磚，入射光線和出射光線平行，ec連線與入射光線平行，誤差較?。鐖D所示11．已知雙縫到光屏之間的距離L=500mm，雙縫之間的距離d=0.50mm，單縫到雙縫的距離s=100mm，測(cè)量單色光的波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得第1條亮條紋與第8條亮條紋的中心之間的距離為4.48mm，則相鄰亮條紋之間的距離△x=_________mm；入射光的波長(zhǎng)λ=_________m（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．【答案】

0.64

6.4×10-7【解析】8條亮條紋的中心之間有7個(gè)亮條紋，所以干涉條紋的寬度根據(jù)公式代入數(shù)據(jù)得12．某小組做測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)，所用器材有：