1、第三讲第三讲 热学与光学实验热学与光学实验 专题八专题八 2021 内 容 索 引 01 02 体系构建体系构建 真题感悟真题感悟 高频考点高频考点 能力突破能力突破 体系构建体系构建 真题感悟真题感悟 【网络构建网络构建】 【高考真题高考真题】 1.2019全国,33(1)用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸 稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的 是 。实验中为了测量出一滴已 知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可 以 。为得到油酸分子的直径, 还需测量的物理量是 。 答案 使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜 把油酸酒精溶 液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1 mL油酸酒精
2、溶液的滴数,得到一滴溶 液中纯油酸的体积 单分子层油膜的面积 解析 稀释后,油酸在浅盘的水面上更容易形成一块单分子层油膜。把油 酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1 mL油酸酒精溶液的滴数n,得 到一滴油酸酒精溶液的体积1mL ,之后根据浓度求出一滴溶液中纯油酸的 体积。根据公式 可知,还需要测单分子层油膜的面积S。 d= 2.2019全国,34(2)某同学利用图示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;调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答 下列问题: (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
3、.将屏向远离双缝的方向移动 D.使用间距更小的双缝 (2)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之 间的距离为x,则单色光的波长= ; (3)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m, 第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为 nm(结果保留3位有效数字)。 答案 (1)B (2) (-1) (3)630 解析 (1)根据 x= 可知,若想增加从目镜中观察到的条纹个数,即 x 减小。 所以应使 l 减小或 d 增大,B 正确。 (2)根据 x1= ,= 1 = (-1)。 (3)= (-
4、1) = 7.5610-30.310-3 31.20 m=630 nm。 情境剖析本题属于基础性题目,以教材中双缝干涉实验为素材创设学习探 索类问题情境。 素养能力本题考查的关键能力是实验探究能力,具体表现为掌握用双缝干 涉测量光的波长的实验原理和注意事项。 高频考点高频考点 能力突破能力突破 考点一考点一 热学实验热学实验 规律方法 “用油膜法估测分子的大小”实验的原理如下: 1.将油酸滴在水面上,让油酸尽可能散开,可认为油酸在水面上形成单分子 油膜层; 2.如果把分子看成球形,单分子油膜层的厚度就可看成油酸分子的直径; 3.事先测出油酸滴的体积V和油膜的面积S,由d= 就可以算出分子的直径
5、。 “探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”实验是探究性实验,要 控制实验条件,此实验要控制两个条件: 1.注射器内气体的质量一定; 2.气体的温度一定,运用玻意耳定律列式进行解答。 【典例1】(2019上海高考模拟)运用玻意耳定律可以 测量小晶体的体积,装置示意图如图所示,实验步骤 如下: .取适量小晶体,装入注射器内; .缓慢推动活塞至某一位置,记录活塞所在位置 测量次数 物理量 1 2 3 p/105 Pa 0.77 1.00 1.33 V/10-5 m3 1.20 1.00 0.85 的容积刻度V1,通过压强传感器、数据采集器从计算机上读取此时气体的压强p1; .重复步骤,记录活
6、塞在另一位置的容积刻度V2和读取相应的气体的压强p2; .再重复步骤,处理记录的3组数据,得到小晶体的体积。 (1)实验中缓慢推动活塞,是为了保持 不变; (2)为了减小实验误差,采用作直线图线的方 法来处理实验数据,方格图的纵坐标应标明 的物理量是V,横坐标则应标明 ; (3)如果图线的斜率用k表示,则注射器内小 晶体的体积V0与容积刻度V、气体的压强p 的关系表达式为V0= ; (4)采用作图法处理实验数据,则本次数据的不足之处是 。 答案 (1)温度 (2)1 (3)V- (4)数据测量次数少 解析 (1)由于运用玻意耳定律可以测量小晶体的体积,所以注射器中的气 体发生的是等温变化,所以
7、实验中缓慢推动活塞,是为了保持温度不变; (2)根据玻意耳定律有:pV=C,为了减小实验误差,采用作直线图线的方法来 处理实验数据,故作 V-1 图像,右格图的纵坐标应标明的物理量是 V,横坐标则 应标明1 ; (3)注射器中的气体发生的是等温变化,根据玻意耳定律,pV=C,所以气体体积 趋向于 0 时,p 趋向于无穷大;横轴截距表示固体的体积,故有:k=- 0 1 -0 =p(V-V0), 解得 V0=V- ; (4)采用作图法处理实验数据应当要多组数据,而本次实验数据为 3 组,所以 本次数据的不足之处是实验数据测量次数少。 考点二考点二 光学实验光学实验 规律方法 1.插针法应注意的问题
8、 (1)实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P3和P4之间、 P2与O、P3与O之间距离要稍大一些。 (2)入射角1不宜太大(接近90),也不宜太小(接近0),当1太大时,反射光 较强,出射光较弱;当1太小时,入射角、折射角测量的相对误差较大。 (3)操作时,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。 2.用双缝干涉测波长的方法及注意问题 (1)用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l,由公式x= 得= x计算波长,重复测 量、
9、计算,求出波长的平均值。 (2)调节双缝干涉仪时,要注意调节光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒 的轴线把屏照亮。 (3)放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上。 (4)调节测量头时,应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐,记清此时手轮上的读数, 转动测量头,使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数。 (5)不要直接测单个条纹间距x,要测几个条纹的间距,计算得出x,这样可以减小 误差。 (6)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。 【典例2】(2020山东省实验中学高三模拟)如图所示,在测量玻璃折射率的实验中, 两位同学先把方格纸(
10、每小格均为正方形)固定在木板上,再把玻璃砖放在方格纸上, 并确定a和b为玻璃砖的上下界面的位置。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2, 再从玻璃砖的另一侧插上大头针P3和P4。请完成以下实验步骤: (1)(多选)下列操作步骤正确的是 (填正确选项标号)。 A.插上大头针P3,使P3挡住P2的像 B.插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像 C.插上大头针P4,使P4挡住P3的像 D.插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像 (2)正确完成上述操作后,在纸上标出大头针P3、P4的 位置(图中已标出),在图中作出完整的光路图。 (3)利用光路图计算此玻璃砖的折射率n= 。 答案 (1)BD
11、 (2) (3) 10 2 解析 (1)在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1和P2,确定入射光线,然后 插上大头针P3,使P3挡住P1,P2的像,再插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的 像,从而确定出射光线。则BD正确。 (2)光路图如图所示。 (3)在光路图中利用方格构造三角形,由图得 1=45 , 所以 sin 1= 2 2 sin 2= 5 5 由折射定律 n=sin 1 sin 2 = 10 2 【类题演练类题演练】 1.在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光 具座上(如图),并选用缝间距d=0.20 mm的双缝屏。从仪器注明规格可知, 像屏与双缝屏间
12、的距离L=700 mm。然后,接通电源使光源正常工作。 图1 图2 (1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度。某同学调整手轮 后,从测量头的目镜看去,第一次映入眼帘的干涉条纹如图2(a)所示,图2(a) 中的数字是该同学给各暗纹的编号,此时图2(b)中游标尺的读数x1=1.16 mm;接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图3(a)所示,此时图3(b)中游标 尺上读数x2= mm。 (2)利用上述测量结果,经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离x= mm;这种色光的波长= nm。 答案 (1)15.02 (2)2.31 660 解析 (1)图3(b)中,游标卡尺的主尺读数为15
13、mm,游标读数为0.02 mm1=0.02 mm,所以最终读数为x2=15.02 mm; 两个相邻明纹(或暗纹)间的距离 x= 2-1 6 = 15.02-1.16 6 mm=2.31 mm 根据 x= 得 = = 0.210-32.3110-3 70010-3 m=6.610 -7 m=660 nm 2.实验小组要测定玻璃砖的折射率,实验室器材有:玻璃砖、大头针4枚(P1、P2、P3、 P4)、刻度尺、笔、白纸。 实验时,先将玻璃砖放到白纸上,画出玻璃砖的上、下两个表面aa和bb,在白纸上依 次插上四枚大头针P1、P2、P3、P4,如图甲所示。 作出光路如图乙所示,过C点作法线交玻璃砖于A点和C点,过O点延长入射光线交 AC于B点。设OA的长度为l1,OB的长度为l2,OC的长度为l3,AB的长度为l4,AC的长度 为l5,为方便地测量出玻璃砖的折射率,需用刻度尺测量的量至少有 (选填l1、 l2、l3、l4、l5),则计算玻璃砖折射率的表达式为n= 。 答案 l2、l3 3 2 解析 入射角为 r,折射角为 i,根据几何关系可得:sin r= = 1 2 sin i= = 1 3 根据折射定律有:n=sin sin 得玻璃的折射率 n= 1 2 1 3 = 3 2 由表达式可知,要测量 l2,l3。
