物理4.3熱學(xué)、光學(xué)實驗縱覽近幾年全國各套物理試題,本部分命題逐步升溫。試題注重基礎(chǔ)原理、基本方法,注重對實驗過程及數(shù)據(jù)處理的考查,通常在立足教材的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新,凸顯科學(xué)探究素養(yǎng)。本部分的四個實驗方法、原理獨立,下面將逐一分析。4.3.1測量玻璃的折射率

典型

例題

典例1

(2023海南卷,14)用激光測玻璃磚折射率的實驗中,玻璃磚與屏P平行放置,從另一側(cè)用激光筆以一定角度照射,此時在屏上的S1處有激光點,移走玻璃磚,光點移到S2處,回答下列問題:(1)請畫出激光束經(jīng)玻璃折射后完整的光路圖;(2)已經(jīng)測出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,則折射率n=

(用l1、l2、l3表示);

(3)若改用寬ab更小的玻璃磚做實驗,則S1、S2間的距離會

(選填“變大”“變小”或“不變”)。

[實驗探究]要素探究內(nèi)容問題實驗?zāi)康?用激光測玻璃磚折射率證據(jù)實驗原理及方案:(1)光路圖如圖所示

要素探究內(nèi)容解釋要素探究內(nèi)容解釋(3)若改用寬ab更小的玻璃磚做實驗,則畫出光路圖如圖所示,可看出S1、S2間的距離變小

4.3.2用雙縫干涉實驗測量光的波長1.實驗裝置圖及實驗器材實驗器材: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、測量頭、刻度尺。實驗裝置圖如圖所示。

典型

例題

典例2

(2024河北卷,11改編)某同學(xué)通過雙縫干涉實驗測量單色光的波長,實驗裝置如圖所示,其中測量頭包括毛玻璃、游標尺、分劃板、手輪、目鏡等。該同學(xué)調(diào)整好實驗裝置后,分別用紅色濾光片、綠色濾光片,對干涉條紋進行測量,并記錄第一條和第六條亮條紋中心位置對應(yīng)的游標尺示數(shù),如下表所示。單色光類別x1/mmx6/mm單色光110.6018.64單色光28.4418.08根據(jù)表中數(shù)據(jù),判斷單色光1為

(選填“紅光”或“綠光”)。

[實驗探究]要素探究內(nèi)容問題實驗?zāi)康?通過雙縫干涉實驗測量單色光的波長解釋[答案]

綠光

4.3.3用油膜法估測油酸分子的大小

典型

例題

典例3做“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗。(1)下列實驗步驟的正確順序是

(填寫實驗步驟前的字母)。

A.往邊長約為40cm的淺盤里倒入約2cm深的水,待水面穩(wěn)定后將適量的爽身粉均勻地撒在水面上B.用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待薄膜形狀穩(wěn)定C.將畫有油酸膜形狀的玻璃板平放在坐標紙上,計算出油酸膜的面積,根據(jù)油酸的體積和油酸膜的面積計算出油酸分子直徑D.用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,記下量筒內(nèi)每增加一定體積時的滴數(shù),由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積,再根據(jù)油酸酒精溶液的濃度計算出油酸的體積E.將玻璃板放在淺盤上,然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上(2)實驗中,所用油酸酒精溶液每體積V1的溶液中有純油酸體積V2,用注射器和量筒測得體積為V0的上述溶液有n滴,把一滴該溶液滴入盛水的撒有爽身粉的淺盤中,待水面穩(wěn)定后,得到油膜的輪廓形狀和尺寸如圖所示,圖中每個小正方形格的邊長為a,則油膜的面積S=

;可求得油酸分子的直徑為

(用V1、V2、V0、n、S表示)。

(3)某同學(xué)實驗中最終得到的油酸分子直徑數(shù)據(jù)偏大,可能是因為

。

A.油膜中含有大量未溶解的酒精B.計算油膜面積時,舍去了所有不足一格的方格C.水面上爽身粉撒得太多,油膜沒有充分展開D.用注射器和量筒測滴下體積為V0的溶液所用滴數(shù)時多記錄了幾滴[實驗探究]要素探究內(nèi)容問題實驗?zāi)康?用油膜法估測油酸分子的大小證據(jù)實驗原理及方案:(1)實驗過程:①用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,記下量筒內(nèi)每增加一定體積時的滴數(shù),由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積,再根據(jù)油酸酒精溶液的濃度計算出油酸的體積;②往邊長約為40

cm的淺盤里倒入約2

cm深的水,待水面穩(wěn)定后將適量的爽身粉均勻地撒在水面上;③用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待薄膜形狀穩(wěn)定;④將玻璃板放在淺盤上,然后將油酸膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上;⑤將畫有油酸膜形狀的玻璃板平放在坐標紙上,計算出油酸膜的面積,根據(jù)油酸的體積和油酸膜的面積計算出油酸分子直徑。實驗步驟的正確順序是DABEC要素探究內(nèi)容解釋實驗數(shù)據(jù)處理:(2)根據(jù)數(shù)格子的辦法,多于半格的算一格,少于半格的舍去,油膜的總格數(shù)為71格,則油膜總面積為S=71a2。由于所用油酸酒精溶液每體積V1的溶液中有純油酸體積解釋要素探究內(nèi)容交流實驗誤差分析:(3)油膜中含有大量未溶解的酒精,導(dǎo)致油膜面積測量值偏大,則油酸分子直徑測量值偏小,故A錯誤;計算油膜面積時,舍去了所有不足一格的方格,導(dǎo)致油膜面積測量值偏小,則油酸分子直徑測量值偏大,故B正確;水面上爽身粉撒得太多,油膜沒有充分展開,導(dǎo)致油膜面積測量值偏小,則油酸分子直徑測量值偏大,故C正確;用注射器和量筒測滴下體積為V0的溶液所用滴數(shù)時多記錄了幾滴,導(dǎo)致油酸體積測量值偏小,則油酸分子直徑測量值偏小,故D錯誤

4.3.4探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關(guān)系1.實驗法:控制變量法,實驗裝置如圖所示。2.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(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)壁間涂上潤滑油,注射器內(nèi)外氣體的壓強差不宜過大。

典型

例題

典例4

(2023山東卷,13)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(guān)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?；钊隙斯潭ㄒ煌斜P,托盤中放入砝碼,待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后,記錄氣體壓強p和體積V(等于注射器示數(shù)V0與塑料管容積ΔV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。甲

乙

(2)若氣體被壓縮到V=10.0mL,由圖乙可讀出封閉氣體壓強為

Pa(保留3位有效數(shù)字)。

(3)某組同學(xué)進行實驗時,一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時漏掉了ΔV,則在計算pV乘積時,他的計算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計算結(jié)果之差的絕對值會隨p的增大而

(選填“增大”或“減小”)。

[實驗探究]要素探究內(nèi)容問題實驗?zāi)康?探究等溫條件下氣體壓強與體積的關(guān)系證據(jù)解釋要素探究內(nèi)容交流實驗結(jié)果分析:(3)某組同學(xué)進行實驗時,一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時漏掉了ΔV,則在計算pV乘積時,根據(jù)p(V0+ΔV)-pV0=pΔV可知,他的計算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計算結(jié)果之差的絕對值會隨p的增大而增大[答案](1)B

(2)2.04×105

(3)增大

題號選題理由1考查了測量玻璃磚的折射率和對折射定律的理解及應(yīng)用2將洛埃鏡實驗與傳統(tǒng)的光雙縫干涉現(xiàn)象相結(jié)合,提升了學(xué)生的邏輯思維和創(chuàng)新能力3較為全面地考查了探究氣體等溫變化規(guī)律這一實驗的相關(guān)知識,讓學(xué)生更加了解此實驗的考查內(nèi)容和趨勢4較為全面地考查了用油膜法估測油酸分子的大小這一實驗的相關(guān)知識,增強了學(xué)生對該實驗的理解能力1.(2025河南模擬預(yù)測)某實驗小組用激光筆照射玻璃磚,通過激光的偏移測量玻璃磚的折射率。(1)如圖甲所示,他們首先通過游標卡尺測得玻璃磚的厚度為d=5.00cm。(2)如圖乙所示,該實驗小組先將玻璃磚與光屏P平行放置,從另一側(cè)用激光筆以一定角度照射,此時在屏上的S1處有激光點,移走玻璃磚,光點移到S2處,關(guān)于該實驗下列選項正確的是

B

。A.若僅將紅色激光改為藍色激光,則S1、S2間距變小B.若僅換用更厚的玻璃磚,則S1、S2間距變大C.若僅增大玻璃磚與光屏P的間距,則S1、S2間距變大(3)該實驗小組測得S1、S2間距為l=2.11cm,在O點處的入射角為θ=45°,則折射率n=1.4(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。【實驗探究】

要素探究內(nèi)容問題實驗?zāi)康?測量玻璃磚的折射率證據(jù)實驗器材使用:(1)根據(jù)游標卡尺讀數(shù),玻璃磚的厚度為d=5.00

cm。實驗原理及方案:(2)若僅將紅色激光改為藍色激光,光的頻率變大,折射率變大,S1、S2間距變大,A項錯誤;若僅換用更厚的玻璃磚,根據(jù)光路圖和幾何關(guān)系,則S1、S2間距變大,B項正確;若僅增大玻璃磚與光屏P的間距,則S1、S2間距不變,C項錯誤要素探究內(nèi)容解釋2.(2025福建模擬預(yù)測)1834年,愛爾蘭物理學(xué)家洛埃,利用平面鏡成功得到了光的干涉條紋。洛埃鏡實驗的基本裝置如圖甲所示,S為單色光源,M為平面鏡,S光源直接發(fā)出的光和經(jīng)過平面鏡M反射的光形成一對相干光。光源S到光屏的垂直距離L和到平面鏡的垂直距離a可分別由圖丙和圖丁讀出,光的波長為λ,在光屏上形成如圖乙所示的干涉條紋。藍光波長范圍450~475nm,黃光波長范圍570~585nm,紅光波長范圍625~740nm。

【實驗探究】

要素探究內(nèi)容問題實驗?zāi)康?探究利用平面鏡得到的光干涉條紋證據(jù)實驗器材使用:(1)游標卡尺的讀數(shù)a=0

mm+5×0.05

mm=0.25

mm=0.025

cm解釋要素探究內(nèi)容交流3.(2025天津南開二模)某學(xué)校的同學(xué)利用如圖甲所示的裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律,在注射器中密封了一定質(zhì)量的氣體。(1)下列實驗操作正確的是

A

。A.密封氣體前,在柱塞上均勻涂抹潤滑油B.推拉柱塞時,用手握住注射器氣體部分C.實驗時應(yīng)快速移動柱塞

【實驗探究】

要素探究內(nèi)容問題實驗?zāi)康?探究氣體等溫變化的規(guī)律證據(jù)實驗原理及方案:(1)密封氣體前,在柱塞上均勻涂抹潤滑油,可以防止氣體泄漏,A項正確;因本實驗的前提要求是等溫變化,所以推拉柱塞時,用手握住注射器氣體部分會導(dǎo)致注射器內(nèi)氣體溫度變化,B項錯誤;實驗時應(yīng)盡可能緩慢移動柱塞,等到裝置內(nèi)氣體降到室溫再去測量,這樣才能滿足等溫變化的條件,C項錯誤要素探究內(nèi)容解釋交流4.(2025四川攀枝花三模)物體是由大量分子組成的,分子非常微小。在“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中,實驗步驟如下:(ⅰ)將體積為a的油酸配制成體積為b的油酸酒精溶液;(ⅱ)取油酸酒精溶液用滴定管滴出體積為c的溶液,記錄滴出的油酸酒精溶液的滴數(shù)n;(ⅲ)用滴定管往淺盤內(nèi)的水面上滴1滴油酸酒精溶液;(ⅳ)在水面上撒爽身粉;(ⅴ)待油酸膜穩(wěn)定后,拿出玻璃板蓋上,描出油酸膜的邊界;(ⅵ)將玻璃板放置在小方格