资源简介

(共48张PPT)
专题整合提升
专题19
热学和光学实验
【知识网络构建】
1、突破高考热点
2、链接高考真题
3、课时跟踪训练
热点二　探究等温情况下一定质量的气体压强与体 积的关系
热点一　用油膜法估测油酸分子的大小
热点三　测量玻璃的折射率
热点四　用双缝干涉实验测量光的波长
1、突破高考热点
1.对“V”的测量
2.对“S”的测量
(1)数出轮廓范围内正方形的个数n0，不足半个的舍去，多于半个的算一个。
(2)用正方形的个数乘单个正方形的面积S0计算出油膜的面积S＝n0S0。
例1 在“用油膜法估测分子大小”的实验中，所用的油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸0.5 mL，用注射器测得1 mL上述溶液有80滴，把1滴该溶液滴入盛水的撒有痱子粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图1所示，图中正方形格的边长为1 cm，则可求得：
(1)油酸薄膜的面积是________cm2。
(2)油酸分子的直径是________m(结果保留2位有效数字)。
图1
(3)某同学实验中最终得到的计算结果数据偏大，可能是由于________。
A.油膜中含有大量未溶解的酒精
B.计算油膜面积时，错将全部不完整的方格作为完整方格处理
C.计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
D.水面上痱子粉撒得较多，油膜没有充分展开
(4)利用单分子油膜法可以粗测分子大小和阿伏加德罗常数。如果已知体积为V的一滴油酸在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S，这种油的密度为ρ，摩尔质量为M，则阿伏加德罗常数的表达式为________(分子看成球体)。
(5)本实验体现的物理思想方法为________。
A.控制变量法 B.理想化模型法
C.极限思想法 D.整体法与隔离法
解析　(1)轮廓包围方格约为71个，故油酸薄膜的面积为S＝71×1×1 cm2＝71 cm2。
题
干
(5)实验中把油酸分子简化为球形，忽略分子间隙，并且认为油膜为单层分子，是一种理想化模型，故选B。
题
干
实验装置图
图2
例2 (2023·上海同济大学第一附属中学高三校考)如图3为“研究一定质量的气体在温度不变的情况下，压强与体积的关系”实验装置：
(1)图3中直接与注射器相连的方框所代表的实验器材是____________。为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是________________和________________________。
图3
解析　(1)为了通过计算机利用数据采集器，方框所代表的实验器材是压强传感器；为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是移动活塞要缓慢，不能用手握住注射器封闭气体部分，这样才能保证装置与外界温度一样。
答案　(1)压强传感器　移动活塞要缓慢　不能用手握住注射器的封闭气体部分　(2)注射器与压强传感器连接部分气体的体积　(3)见解析图
题
干
1.一个重要实验步骤
在玻璃砖的另一侧插上P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P3和P1、P2的像。
2.三个数据处理的方法
图6
3.两个减小误差的实验要求
(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和O、P3与O′之间距离要稍大一些。
(2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)，当θ1太大时，反射光较强，折射光较弱，当θ1太小时，入射角、折射角测量的相对误差较大。
例3 如图7甲所示，某同学在“测量玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′。O为直线AO与aa′的交点。在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有________。
A.插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像
B.插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像
C.插上大头针P4，使P4仅挡住P3
D.插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像
图7
(2)过P3、P4作直线交bb′于O′，过O′作垂直于bb′的直线NN′，连接OO′。测量图甲中角α和β的大小。则玻璃砖的折射率n＝________。
(3)该同学在测量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图之后，过O作垂直于aa′的直线MM′，以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO′的延长线于C点，过A点和C点作垂直MM′的线段分别交于B点和D点，如图甲所示。测量有关线段的长度，可得玻璃的折射率n＝________(用图中线段字母表示)。
(4)如图乙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽。若其他操作均正确，则折射率的测量值________准确值(填“大于”“小于”或“等于”)。
解析　(1)该同学接下来要完成的必要步骤有：确定P3大头针的位置，方法是插上大头针P3，使P3能挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置，方法是大头针P4能挡住P3和P1、P2的像。故该同学接下来要完成的必要步骤有B、D。
题
干
(4)画出光路图实验测出的折射角比实际的折射角大，所以测出的折射率小于准确值。
题
干
实验装置图及实验原理
(1)如图8所示
例4 (2023·北京丰台一模)物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如：
(1)“用双缝干涉测量光的波长”实验装置如图9所示，光具座上a、b、c处放置的光学元件依次为________。
A.滤光片　双缝　单缝
B.滤光片　单缝　双缝
C.单缝　滤光片　双缝
D.双缝　滤光片　单缝
图9
(2)某同学用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻度线对准亮条纹A的中心，记录手轮上的示数x1，然后他转动测量头，使分划板中心刻度线对准亮条纹B的中心，这时手轮上的示数是x2，若测得双缝与屏之间的距离为l，双缝间距为d，则对应光波的波长λ＝________。
解析　(1)根据“用双缝干涉测量光的波长”实验装置图可知，光具座上a、b、c处放置的光学元件依次为滤光片、单缝、双缝，故选B。
图10
2、链接高考真题
1.(2023·山东卷，13)利用图11甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上，注射器内封闭一定质量的空气，下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘，托盘中放入砝码，待气体状态稳定后，记录气体压强p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV之和)。逐次增加砝码质量，采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。
图11
答案　(1)B　(2)2.04×105　(3)增大
(3)某组同学进行实验时，正确记录数据时为p(V0＋ΔV)，一同学在记录数据时漏掉了ΔV，该数据记为pV0，则计算结果之差的绝对值为p(V0＋ΔV)－pV0＝pΔV，由于ΔV为定值，可知随p的增大计算结果之差的绝对值会增大。
2.(2023·海南卷，14)如图12所示，在用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与光屏P平行放置，从另一侧用激光笔以一定角度照射，此时在光屏上的S1处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S2处。
图12
(1)请在图中画出激光束经玻璃砖折射后完整的光路图；
(2)已经测出AB＝l1，OA＝l2，S1S2＝l3，则折射率n＝________(用l1、l2、l3表示)；
(3)若改用宽度比ab更小的玻璃砖做实验，则S1S2间的距离会________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
解析　(1)光线穿过平行玻璃砖的出射光线和入射光线平行，过S1作BS2的平行线，交ad于C点，连接OC，光路图如图所示。
(3)若玻璃砖的宽度变小，ad边与两条光线的交点距离变小，即BC变小，则S1S2间的距离也会变小。
（限时：30分钟）
3、课时跟踪训练
F.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去，多于半个的算一个)再根据方格的边长求出油膜的面积S
上述实验步骤的合理顺序是________。
(2)以上实验所用的油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸0.6 mL，用注射器测得1 mL上述溶液有80滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，让油膜在水面上尽可能散开，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图1所示，图中正方形格的边长为1 cm，则可求得：
图1
①油酸薄膜的面积是________cm2；
②一滴溶液中纯油酸的体积是________mL；
③油酸分子的直径是________m(③的结果保留1位有效数字)；
(3)在实验操作及数据处理过程中，以下说法中正确的是________。
A.为了防止酒精的挥发，配置的油酸酒精溶液不能长时间放置
B.处理数据时将油酸分子看成单分子层且紧密排列
C.处理数据时将一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积就得到了油酸分子的直径
D.若实验中撒的痱子粉过多，则计算得到的油酸分子的直径将偏大
答案　(1)DBEFCA　(2)①118　②7.5×10－6 ③6×10－10　(3)ABD
解析　(1)油膜法估测分子的大小的步骤为：准备浅盘，测一滴溶液体积，描绘油膜形状，测油膜面积，计算一滴溶液中纯油酸的体积，算出薄膜厚度，故顺序为DBEFCA。
(3)为了防止酒精的挥发，配置的油酸酒精溶液不能长时间放置，否则浓度会发生变化，故A正确；处理数据时将油酸分子看成单分子层且不计分子间间隙，故B正确；处理数据时将一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积除以油膜面积就得到了油酸分子的直径，故C错误；若实验中撒的痱子粉过多，则油膜面积偏小，则计算得到的油酸分子的直径将偏大，故D正确。
2.(1)如图2所示，用一个带有刻度的注射器及计算机辅助系统来探究气体压强与体积的关系，实验中所研究的对象是________，应保持不变的物理量是________和________，它的体积可从________直接读出，它的压强由图中的压强传感器等计算机辅助系统得到。
(2)某同学在做“气体的压强与体积的关系”实验中，测得的实验数据在计算机屏幕上显示如下表所示，仔细观察“p·V”一栏中的数值，发现越来越小，造成这一现象的可能原因是________。
图2
序号 V/mL p/(×105 Pa) p·V/(×105 Pa·mL)
1 20.0 1.001 0 20.020
2 18.0 1.095 2 19.714
3 16.0 1.231 3 19.701
4 14.0 1.403 0 19.642
5 12.0 1.635 1 19.621
A.实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力越来越大
B.实验时环境温度升高了
C.实验时外界大气压强发生了变化
D.实验时注射器内的气体向外发生了泄漏
(3)某同学在一次实验中，计算机屏幕显示如图3所示，其纵坐标表示封闭气体的压强，则横坐标表示的物理量是封闭气体的________。
图3
答案　(1)封闭在注射器内的气体　温度　气体质量　注射器刻度　(2)D　(3)D
解析　(1)实验中所研究的对象是封闭在注射器内的气体；实验的条件是温度不变、气体质量一定，研究气体压强和体积的关系，体积可从注射器刻度直接读出。
3.(2023·云南昆明一模)某同学用插针法测量某种材料制成的三棱镜的折射率，主要实验步骤如下：
(1)先在木板上铺一张方格纸，方格纸上的小格子均为正方形，将棱镜放在方格纸上，然后画出棱镜的界面，如图5所示。在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“·”表示大头针的位置，然后在另一侧透过棱镜观察，并依次插上大头针P3和P4，利用相关实验器材测出棱镜的折射率，下列说法正确的有________。
A.P3只需挡住P2的像
B.P4挡住P3的同时，还要挡住P1和P2的像
C.该实验除刻度尺外，还必须使用量角器
D.该实验仅需使用刻度尺，无需使用量角器
图5
(2)经正确操作，四枚大头针的位置如图3所示，请在图上作出实验光路图。
(3)依据光路图，可得该棱镜的折射率为________(计算结果保留3位有效数字)。
答案　(1)BD　(2)见解析图　(3)1.33
解析　(1)实验的过程中，要先在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在玻璃砖另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针P3和P4，使P3同时挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，故A错误，B正确；该实验仅需使用刻度尺，无需使用量角器，故C错误，D正确。
(2)光路图如图所示。
4.(2023·浙江模拟预测)如图6所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。
(1)实验时，应首先调节________和________的中心均位于遮光筒的轴线上，并使单缝和双缝竖直且互相平行。
(2)在滤光片插座上分别插入红色和绿色滤光片，看到的红色条纹间距________(选填“等于”“大于”或“小于”)绿色条纹间距。
图6
(3)若要增大双缝干涉条纹间距，下列正确的操作有________。
A.减小双缝与光源间的距离
B.增大双缝与光源间的距离
C.增大滤光片与单缝间的距离
D.增大双缝与屏间的距离
答案　(1)光源　滤光片　(2)大于　(3)D
解析　(1)用双缝干涉测量光的波长实验，首先调节光源和滤光片的中心均位于遮光筒的轴线上，并使单缝和双缝竖直且互相平行，使光源发出的光束沿遮光筒的轴线把屏照亮。
5.(2023·北京四中高三模拟预测)利用双缝干涉测量光的波长实验中，双缝相距d，双缝到光屏的距离L，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图7所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图所示，则：
图7
(1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA＝________mm，xB＝________mm，相邻两条纹间距Δx＝________mm。
(2)波长的表达式λ＝________(用Δx、L、d表示)。
(3)若将滤光片由红色换为绿色，得到的干涉条纹间距将________(选填“变大”“不变”或“变小”)。
(4)若仅将屏向远离双缝的方向移动。可以________(填“增加”或“减少”)从目镜中观察到的条纹个数。

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