第三講光學(xué)與熱學(xué)實驗專題八2023內(nèi)容索引0102核心考點聚焦微專題?熱考命題突破【知識網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)】

核心考點聚焦考點一光學(xué)實驗核心歸納命題角度1

測量玻璃的折射率(1)實驗?zāi)康?測定玻璃的折射率,掌握光發(fā)生折射的入射角和折射角的確定方法。(2)實驗原理:用插針法找出與入射光線AO對應(yīng)的出射光線O'B,確定出O'點,畫出折射光線OO',然后測量出角θ1和θ2,根據(jù)n=計算玻璃的折射率。深化拓展測量玻璃的折射率實驗中數(shù)據(jù)處理的方法

特別提醒(1)大頭針豎直插在紙上,且間距稍大一些;(2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°);(3)手不能觸摸玻璃磚的光學(xué)面,更不能把玻璃磚界面當(dāng)作尺子畫界線;(4)實驗過程中,玻璃磚與白紙的相對位置不能改變;(5)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的,最好在5

cm以上,若寬度太小,則測量誤差較大。命題角度2

用雙縫干涉測量光的波長(1)實驗?zāi)康?觀察雙縫干涉圖樣;測定單色光的波長。(2)實驗原理:相鄰兩條明條紋間距Δx與入射光波長λ,雙縫S1、S2的間距d及雙縫與屏的距離l滿足關(guān)系式Δx=λ。深化拓展用雙縫干涉測量光的波長實驗中數(shù)據(jù)處理的方法(1)調(diào)節(jié)測量頭,使分劃板中心刻度線對齊第1條亮條紋的中心,記下手輪上的讀數(shù)a1;(2)轉(zhuǎn)動手輪,當(dāng)分劃板中心刻度線與第n條相鄰的亮條紋中心對齊時,記下手輪上的讀數(shù)a2;特別提醒(1)不要直接測單個條紋間距Δx,要測幾個條紋的間距,計算得出Δx,這樣可以減小誤差;(2)白光的干涉觀察到的是彩色條紋,其中白色在中央,紅色在最外邊。典例剖析例1(命題角度1)(2022福建三明模擬)某實驗小組在做測定玻璃折射率的實驗。甲乙偏大

(2)小濤同學(xué)突發(fā)奇想,用兩塊同樣的玻璃直角三棱鏡ABC來做實驗,兩者的AC面是平行放置的,如圖乙所示。大頭針P1、P2的連線垂直于AB面,若操作正確的話,則在圖乙中右邊表示出射光線的大頭針應(yīng)該是

(選填“P3、P4”“P3、P6”“P5、P4”或“P5、P6”)。

P5、P6大頭針P3前不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心逆時針轉(zhuǎn)過一小角度,相當(dāng)于入射角略微減小,根據(jù)折射定律可知折射角也將減小且減小量比入射角的減小量更大些,則折射光線將以O(shè)為圓心順時針轉(zhuǎn)過一小角度,之后再插大頭針P3時,其位置將更靠近直線AD,所以AB長度不變,CD變小,由此測得玻璃磚的折射率將偏大。(2)由題意,根據(jù)幾何關(guān)系以及對稱性作出光路圖如圖所示,可知表示出射光線的大頭針是P5、P6。對點訓(xùn)練1.(命題角度1)如圖所示,某同學(xué)利用插針法測定半圓形玻璃磚的折射率。在一半圓形玻璃磚外面插上P1、P2、P3、P4四枚大頭針時,P3恰可擋住P1、P2所成的像,P4恰可擋住P1、P2所成的像以及P3。(1)以下說法正確的是

。

A.P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些,可以提高準(zhǔn)確度B.P1、P2及P3、P4之間的距離取得小些,可以提高準(zhǔn)確度C.入射角i適當(dāng)大些,可以提高準(zhǔn)確度D.P1、P2的間距、入射角的大小均與實驗的準(zhǔn)確度無關(guān)(2)該玻璃磚的折射率n=

。另一同學(xué)將大頭針插在P1'和P2'位置時,沿著P3、P4的方向看不到大頭針的像,其原因可能是

。AC經(jīng)過P1'、P2'的光線在界面MN處發(fā)生全反射

解析

(1)反射光線是通過隔著玻璃磚觀察成一條直線確定的,大頭針間的距離太小,引起的誤差會較大,故P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些,可以提高準(zhǔn)確度,A正確,B錯誤;入射角i盡量大些,折射角也會大些,折射現(xiàn)象較明顯,角度的相對誤差會減小,故C正確,D錯誤。(2)由題圖知,沿P1、P2的光線入射角為i=30°,折射角為r=60°,則該玻璃磚的折射率n=。把大頭針插在P1'、P2'位置時,沿著P3、P4的方向看不到大頭針的像,其原因是經(jīng)過P1'、P2'的光線在界面MN處發(fā)生全反射。2.(命題角度2)(2022浙江寧波模擬)利用如圖甲所示的裝置測定光的波長,雙縫間距d=0.4mm,雙縫到光屏間的距離l=0.5m,實驗時,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。(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù),該同學(xué)可

。

A.僅將單縫向雙縫靠近B.僅將屏向靠近雙縫的方向移動C.僅將屏向遠離雙縫的方向移動D.僅使用間距更小的雙縫甲B(2)某種單色光照射雙縫得到的干涉條紋如圖乙所示,分劃板在圖中A、B位置時游標(biāo)卡尺讀數(shù)也在圖乙中所給出。分劃板在圖中A位置時游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為xA=11.1mm,在B位置時游標(biāo)卡尺讀數(shù)為xB=

mm,相鄰兩條紋間距Δx=

mm;該單色光的波長λ=

m。

乙15.60.756.0×10-7(3)如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上,如圖丙所示。則在這種情況下測量干涉條紋的間距Δx時,測量值

(選填“大于”“小于”或“等于”)實際值。

丙大于

解析

(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù),則需要減小條紋間距,由公式Δx=λ可知,將單縫向雙縫靠近,不改變條紋間距,A錯誤;將屏向靠近雙縫的方向移動,條紋間距減小,B正確,C錯誤;使用間距更小的雙縫,條紋間距增大,D錯誤。(3)測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上,則測得的Δx偏大,由公式Δx=λ可知,波長的測量值大于真實值?？键c二熱學(xué)實驗核心歸納命題角度1

用油膜法估測分子的大小(1)實驗?zāi)康?學(xué)會用油膜法估測分子的大小。(2)實驗原理:將一定體積的油酸滴在水面上,測出單分子油膜的面積,則油膜厚度可看作油酸分子的直徑,即d=。命題角度2

探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關(guān)系(1)實驗?zāi)康?探究玻意耳定律。(2)實驗原理:對理想氣體要保持溫度不變、質(zhì)量不變,才能得到較好的實驗效果,可以用圖像處理數(shù)據(jù)。深化拓展1.用油膜法估測分子的大小(1)理想化:認為油酸薄膜是由單層的油酸分子緊密排列組成。(2)模型化:在估測油酸分子大小的數(shù)量級時,把每個油酸分子簡化為球體。(3)厚度直徑化:認為油膜的厚度等于油酸分子的直徑。

密封性要好,不能漏氣2.探究氣體壓強與體積的關(guān)系實驗注意點(1)為保持氣體溫度不變,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(yīng)緩慢,以免影響密閉氣體的溫度。(2)在等溫過程中,氣體的p-V圖像呈現(xiàn)為雙曲線,要通過坐標(biāo)變換,畫p-圖像,把雙曲線變?yōu)橹本€,以方便判斷p和V成反比。典例剖析例2(命題角度1)(2022上海模擬預(yù)測)在用油膜法估測分子大小的實驗中,用體積為A的純油酸配制成體積為B的油酸酒精溶液,再用滴管取體積為C的油酸酒精溶液,讓其自然滴出,共n滴。把1滴該溶液滴入盛水的、表面撒有痱子粉的淺盤里,待水面穩(wěn)定后,將玻璃板放在淺盤上,用油性筆在玻璃板上描出油酸膜的輪廓,測得面積為S,如圖所示。(1)此估測方法是將每個油酸分子視為球形,讓油酸盡可能在水面上散開,則形成的油膜可視為

油膜,這層油膜的厚度可視為油酸分子的

;

(2)估算出油酸分子的直徑大小是

(用以上字母表示);

(3)用油膜法估算出油酸分子的直徑后,要測定阿伏加德羅常數(shù),還需要知道油酸的

。

A.質(zhì)量

B.體積 C.摩爾質(zhì)量

D.摩爾體積(4)某同學(xué)計算出的油酸分子直徑明顯偏大,可能的原因是

。

A.油酸中含有大量酒精B.痱子粉撒太多,油膜未能充分展開C.計算油膜面積時,將所有不完整的方格都作為一格保留D.計算每滴溶液中純油酸的體積時,1mL油酸酒精溶液的滴數(shù)多記了10滴單分子

直徑

DB解析

(1)此估測方法是將每個油酸分子視為球形,讓油酸盡可能在水面上散開,則形成的油膜可視為單分子油膜,這層油膜的厚度可視為油酸分子的直徑。(3)用油膜法估算出油酸分子的直徑后,可以根據(jù)體積公式估算出1個油酸分子的體積,要測定阿伏加德羅常數(shù),還需要知道NA個油酸分子的總體積,即油酸的摩爾體積,故選D。(4)油酸中雖含有大量酒精,但只要每一滴油酸酒精溶液中所含油酸的體積計算準(zhǔn)確,就不會造成實驗結(jié)果明顯偏大的情況,A錯誤;痱子粉撒太多,油膜未能充分展開,則S測量值偏小,會造成d測量值偏大,B正確;計算油膜面積時,將所有不完整的方格都作為一格保留,則S測量值偏大,會造成d測量值偏小,C錯誤;計算每滴溶液中純油酸的體積時,1

mL油酸酒精溶液的滴數(shù)多記了10滴,則每一滴油酸酒精溶液中所含純油酸的體積測量值偏小,會造成d測量值偏小,D錯誤。對點訓(xùn)練3.(命題角度1)(2022上海浦東模擬預(yù)測)在油膜法測分子直徑的實驗中,某同學(xué)操作如下:①取1.0mL油酸配成250mL油酸酒精溶液;②用滴管吸取1.0mL油酸酒精溶液逐滴滴入量筒,全部滴完共滴了20滴;③在邊長約10cm的正方形淺盤內(nèi)注入適量的水,將痱子粉均勻地撒在水面上,用滴管滴入一滴上述油酸酒精溶液;④待油膜形狀穩(wěn)定后,將繪有方格的玻璃板放在淺盤上,繪出油酸膜的輪廓(如圖所示),每個方格的邊長為1.0cm。(1)該實驗中一滴油酸酒精溶液含

mL純油酸。

(2)由上述數(shù)據(jù)估算得到油酸分子直徑的數(shù)量級約為

m。

(3)若該同學(xué)在計算油酸膜面積時,對不完整的方格均不計數(shù),由此估算得到的油酸分子直徑數(shù)量級將

(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

(4)已知油酸分子的直徑約為8×10-10m,該同學(xué)實驗結(jié)果產(chǎn)生偏差的可能原因是:

。

理由是:

。

2×10-4

10-8

不變

(3)若該同學(xué)在計算油酸膜面積時,對不完整的方格均不計數(shù),則算得的油膜的面積偏小,由此估算得到的油酸分子直徑偏大,但是數(shù)量級不變。(4)已知油酸分子的直徑約為

8×10-10

m,該同學(xué)實驗結(jié)果偏大,則產(chǎn)生偏差的可能原因是:油酸膜可能沒有充分展開,形成的并不是單分子油膜層。理由是:2×10-10

m3的油酸若形成緊密排列的單分子膜時,膜面積約為

0.25

m2,遠大于淺盤內(nèi)的水面面積,說明實際上油膜不可能僅是一層油酸分子構(gòu)成的。4.(命題角度2)(2022山東聊城模擬)圖甲是探究氣體等溫變化規(guī)律的實驗裝置。甲(1)實驗中為了保持封閉氣體的溫度不變,下列措施正確的是

。

A.在活塞上涂上潤滑油B.推拉活塞時要緩慢C.不要用手直接握在注射器上D.實驗前注射器內(nèi)要吸入盡量多的空氣(2)圖乙是兩同學(xué)在某次實驗中得到的p-圖像,若兩人實驗時操作均正確無誤,且選取坐標(biāo)標(biāo)度相同,那么兩圖線斜率不同的主要原因是

。(3)如圖丙所示,某同學(xué)在實驗中根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的圖線不是直線而出現(xiàn)了向下彎曲,則可能的原因是

。BC兩同學(xué)實驗時所用封閉氣體的質(zhì)量不同

實驗過程中氣體質(zhì)量減小或氣體溫度降低

解析

(1)在活塞上涂上潤滑油是為了避免實驗過程中氣體泄漏,并不是為了保持封閉氣體的溫度不變,A錯誤;推拉活塞時要緩慢,使封閉氣體有足夠的時間與外界發(fā)生熱交換,從而保持封閉氣體的溫度不變,B正確;不要用手直接握在注射器上,防止氣體溫度升高,C正確;實驗前注射器內(nèi)吸入盡量多的空氣,與保持封閉氣體的溫度不變無關(guān),D錯誤。(2)在兩人實驗時操作均正確無誤,且選取坐標(biāo)標(biāo)度相同的情況下,p-圖像的斜率不同,即pV不同,在溫度相同和氣體種類相同的情況下,pV與氣體質(zhì)量有關(guān),pV越大質(zhì)量越大,所以兩圖線斜率不同的主要原因是兩同學(xué)實驗時所用封閉氣體的質(zhì)量不同。微專題?熱考命題突破命題篇創(chuàng)新實驗光學(xué)、熱學(xué)創(chuàng)新類實驗歸納分析知識精要光學(xué)實驗中“測量玻璃的折射率”的原型實驗是通過“插針法”獲得光路圖進行實驗的,在創(chuàng)新考法中可以改變獲得光路圖的方法進行實驗;“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗是用雙縫獲得相干光源來進行實驗的,在創(chuàng)新考法中可以用反射法獲得相干光源進行實驗。熱學(xué)實驗中“用油膜法估測分子的大小”這個實驗很難有創(chuàng)新的考法;探究“等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關(guān)系”的原型實驗是注射器與壓強傳感器組合進行,考查玻意耳定律,本實驗既可以從實驗器材上進行創(chuàng)新,也可以從實驗原理上進行遷移探究“等容情況下一定質(zhì)量氣體壓強與溫度的關(guān)系”?？枷蚍治瞿壳靶赂呖贾羞€是傳統(tǒng)的“一力一電”兩個實驗,光學(xué)和熱學(xué)實驗還沒有出現(xiàn),但不排除以后新高考中考查光學(xué)和熱學(xué)實驗,我們在復(fù)習(xí)中仍要重視光學(xué)和熱學(xué)實驗。(1)此實驗中研究對象是

(只填序號:①燒瓶中氣體;②燒瓶和AB管中的氣體;③BC下面橡膠管中的氣體)。若氣體溫度升高,為使瓶內(nèi)氣體的體積不變,應(yīng)將C管

(選填“向上”或“向下”)移動,直至B內(nèi)的水銀面回到原位置。

(2)實驗中使瓶內(nèi)氣體的體積不變,多次改變氣體溫度,用Δt表示氣體升高的攝氏溫度,用p表示燒瓶內(nèi)氣體壓強。根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的圖線是

。

②

向上

C(3)同學(xué)還想用此實驗裝置驗證玻意耳定律,在保證溫度不變的情況下,尋找體積和壓強滿足的關(guān)系,現(xiàn)在不知道大氣壓強的具體數(shù)值,但大氣壓強可視為不變。也無法直接測出氣體的體積和B管的內(nèi)徑,但該同學(xué)通過分析還是可以驗證玻意耳定律。保證溫度不變的方法是

。(只填序號:①保持實驗環(huán)境溫度不變;②移動C管要迅速;③測量數(shù)據(jù)要快)

①

解析

(1)由題圖可知C管開口向上,所以BC下面軟管中的氣體的壓強等于大氣壓強與C管豎直部分液柱的壓強之和,所以實驗中是研究燒瓶和AB管中的氣體在體積不變的條件下,壓