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(共49张PPT)
第18讲　光学和热学实验
高考专题辅导与测试·物理
目 录
CONTENTS
01
洞悉·高频考点 精研典型例题
02
演练·分层强化 提升关键能力
洞悉·高频考点
精研典型例题
01
考点一　光学实验
实验 装置图（示意图） 归纳总结 考查热点
测量玻
璃的折
射率 ①准备：画aa'，取O
点作法线MM'；画
AO，插P1、P2两根大
头针 ②插针：放玻璃砖，画bb'，观察，插P3、P4，注意：玻璃砖与白纸的相对位置不能改变 ③作折射光线：由P3、P4的位置确定出射光线O'B及出射点O'，连接O、O'得到折射光线OO' ①考操作：插P3要使P3
挡住P1、P2的像，插P4
要使P4挡住P1、P2的像
和P3
②考处理：连OO'，测θ1和θ2，根据计算、作图或单位圆法即可求得折射率
③考注意点：大头针的间距要稍大一些，θ1不宜太大或太小；手不能触摸光学面；也不能把玻璃砖界面当尺子画界线等
实验 装置图 （示意图） 归纳总结 考查热点
用双缝
干涉实
验测量
光的波
长
①操作：调共轴，安
装单缝和双缝，放滤
光片，观察单色光的
干涉条纹 ②测波长：使分划板
中心刻线对齐第1条和
第n条亮条纹的中央，
记下此时手轮上的读
数 ①考操作：调各器件
的高度要使光沿遮光
筒轴线到达光屏，使
单缝与双缝平行、二
者间距约为5～10 cm
②考读数：考测量头
读数
③考计算：会计算相
邻条纹间距，根据公
式求出波长
【典例1】　（2024·河北高考11题节选）某同学通过双缝干涉实验测量单
色光的波长，实验装置如图所示，其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划
板、手轮、目镜等。
该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测
量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示：
单色光类别 x1/mm x6/mm
单色光1 10.60 18.64
单色光2 8.44 18.08
根据表中数据，判断单色光1为 （填“红光”或“绿光”）。
绿光
解析：设第一条和第六条亮条纹的中心间距为x，则相邻两条亮条纹之间的
距离Δx＝，又双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ，则λ＝，由题表中数据可
知x单色光1＝18.64 mm－10.60 mm＝8.04 mm＜x单色光2＝18.08 mm－8.44
mm＝9.64 mm，同一实验装置d和L一定，则λ1＜λ2，又绿光波长小于红光
波长，则单色光1为绿光。
【典例2】　（2024·安徽高考11题）某实验小组做“测量玻璃的折射率”
及拓展探究实验。
（1）为测量玻璃的折射率，按如图甲所示进行实验，以下表述正确的一
项是 （填正确答案标号）。
B
A. 用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a'
B. 在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2
C. 实验时入射角θ1应尽量小一些，以减小实验误差
解析： 在白纸上画出一条直线a作为界面，把长方体玻璃砖放
在白纸上，使它的一个长边与a对齐。用直尺或者三角板轻靠在玻璃
砖的另一长边，按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，画出直线a'
代表玻璃砖的另一边，而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边
分别画出直线a和a'，故A错误；在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼
睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确
定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、
P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以
确定出射光线和出射点O2，故B正确；实验时入射角θ1应尽量大一
些，但也不能太大（接近90°），以减小实验误差，故C错误。
（2）为探究介质折射率与光的频率的关系，分别用一束红光和一束绿光
从同一点入射到空气与玻璃的分界面。保持相同的入射角，根据实
验结果作出光路图，并标记红光和绿光，如图乙所示。此实验初步
表明：对于同一种介质，折射率与光的频率有关。频率大，折射
率 （填“大”或“小”）。
大
解析： 由图乙可知，入射角相同，绿光的折射角小于红光的折
射角，根据光的折射定律
n＝可知，绿光的折射率大于红光的折射率，又因为绿光的频率
大于红光的频率，所以频率大，折射率大。
（3）为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微光分别入射玻璃砖和
某透明介质，如图丙、丁所示。保持相同的入射角α1，测得折射角分
别为α2、α3，则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻
璃 n介质（填“＞”或“＜”）。此实验初步表明：对于一定频
率的光，折射率与介质材料有关。
解析： 根据折射定律可知，玻璃的折射率为n玻璃＝，该透
明介质的折射率为n介质＝，其中α2＜α3，所以n玻璃＞n介质。
＞
考点二　热学实验
实验 装置图（示意图） 归纳总结 考查热点
用油膜法估测油酸分子的大
小 ①配制：纯油酸1 mL中注入酒精，至500 mL线 ②计算：根据n滴体积，求每滴油酸酒精溶液体积V0 ③操作：爽身粉均匀撒在水面中心；用滴管将一滴油酸酒精溶液滴在水面上 ④描轮廓：油酸薄膜形状稳定后，描绘到玻璃板上 ①考计算：准确计算1滴油酸酒精溶液中纯油酸体积
②考估算：正确估算油膜面积，估算分子大小
③误差分析：爽身粉撒太多厚度不均，致油酸散不开等
④考细节：再次实验时，应保持浅盘清洁，可用酒精清洗，用脱脂棉擦，用清水冲
实验 装置图（示意图） 归纳总结 考查热点
探究等温
情况下一
定质量气
体压强与
体积的关
系 ①涂油：减小摩擦、
防止漏气，保证气体
质量不变 ②缓慢：缓慢改变气
体体积 ③记录：6～8组数据 ④作图：绘制p-图
像，通过实验结果，
分析得出结论 ①考装置：竖直
②考操作：抹润滑油、装橡胶套
③考读数：读取气柱长
④结论：如何得出结论
【典例3】　（2024·湖北武汉模拟）（1）图1反映“用油膜法估测分子的
大小”实验中的4个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是 （用符
号表示）；
bcad
解析： 用“用油膜法估测分子的大小”的实验步骤为：配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径。因此操作先后顺序排列应是bcad。
（2）在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸溶于酒精，其
浓度为每1 000 mL溶液中有0.6 mL油酸。用注射器测得1 mL上述溶
液有75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，画出油
膜的形状。如图2所示，坐标纸中正方形方格的边长为1 cm，试求：
①油酸膜的面积是 cm2；
1.3×102
②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是
m3；
③按以上实验数据估测出油酸分子的直径是
m。（结果均保留两位有效数字）
8.0×10－12
6.1×10－10
解析： ①图中油酸膜中大约有131个小方格，则油酸膜的面积为S＝
132×12 cm2＝132 cm2≈1.3×102 cm2
②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V0＝× m3＝
8.0×10－12 m3
③油酸分子的直径为d＝＝ m≈6.1×10－10 m
（3）若阿伏加德罗常数为NA，油酸的摩尔质量为M。油酸的密度为ρ，则
下列说法正确的是 （填正确选项前字母）。
A. 1 kg油酸所含有分子数为ρNA
B. 1 m3油酸所含分子数为
C. 1个油酸分子的质量为
D. 油酸分子的直径约为
B
解析： 1 kg油酸所含有分子数为n＝NA＝，故A错误；1 m3油酸所
含分子数为n＝NA＝，故B正确；1个油酸分子的质量为m0＝
，故C错误；设油酸分子的直径为d，则有π＝，解得d
＝，故D错误。
【典例4】　（2024·广东深圳二模）如图所示，“探究气体等温变化规
律”的实验装置，用一个带有刻度的注射器及DIS实验系统来探究气体的
压强与体积的关系。实验中气体的质量保持不变，气体的体积可以从注射
器壁上的刻度直接读出，气体的压强由压强传感器精确测定。
（1）为了减小实验误差，下列做法正确的是
。
A. 压缩气体时需要缓慢进行
B. 封闭气体的容器需要密封良好
C. 需要测出封闭气体的质量
AB
解析： 本实验的条件是温度不变、气体质量一定，所以压缩气
体时需要缓慢进行，且注射器密封性要好，故A、B正确；本实验研
究一定质量的气体压强与体积的关系，不需要测量气体的质量，故C
错误。
（2）甲同学在做本实验时，按实验要求组装好实验装置，推动活塞使注
射器内空气柱从初始体积45.0 mL减到25.0 mL。实验过程中，读取
五组数据，气体体积直接从注射器的刻度读出并输入计算机。得到
的数据如下表所示：
序号 1 2 3 4 5
V/mL 45.0 40.0 35.0 30.0 25.0
/mL－1 0.022 0.025 0.029 0.033 0.040
p/kPa 104.7 117.6 132.5 153.1 180.7
/（kPa·mL－1） 2.326 7 2.940 0 3.842 5 5.050 0 7.228 0
pV/（kPa·mL） 4 711.5 4 704 4 637.5 4 593 4 517.5
（3）用计算机对数据进行直线拟合，做出p-图像为一条过原点的直线，
则可以得到的实验结论为：
。
对于一定质量的气体，温度恒定时，
压强与体积成反比
解析：由p-图像为过原点的直线可知对于一定质量的气体，温度恒定时，压强与体积成反比。
（4）某同学发现pV乘积数值逐渐减小（如图），请分析产生此现象的原
因可能是： 。
实验过程中可能漏气了
解析：根据理想气体状态方程＝C，常数C与气体质量有关，质量
变小，pV乘积减小，则原因可能是实验过程中出现漏气现象。
演练·分层强化
提升关键能力
02
1. （2024·浙江6月选考16题节选）如图所示，用“插针法”测量一等腰三
角形玻璃砖（侧面分别记为A和B、顶角大小为θ）的折射率。
（1）在白纸上画一条直线ab，并画出其垂线cd，交于O点；
（2）将侧面A沿ab放置，并确定侧面B的位置ef；
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（3）在cd上竖直插上大头针P1和P2，从侧面B透过玻璃砖观察P1和P2，
插上大头针P3，要求P3能挡住 （选填“P1”“P2”或
“P1和P2”）的虚像；
（4）确定出射光线的位置 （选填“需要”或“不需要”）
第四枚大头针；
P1和P2
不需要
解析： 要求P1和P2在一条光线上，该光线透过玻璃砖后过P3，故P3要遮挡住P1和P2的虚像。
解析： cd与ab垂直，则过P1、P2的光线与ab垂直，光垂直入射时传播方向不变，则可以确定ef边上的入射点，此时只需要找到折射光线上一点即可确定出射光线，故不需要插第4枚大头针。
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（5）撤去玻璃砖和大头针，测得出射光线与直线ef的夹角为α，则玻璃
砖折射率n＝ 。
解析：由图中几何关系可知，入射角为θ，折射角为（ －α），故n＝＝。

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2. （2024·北京东城一模）做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。
（1）下列实验步骤的正确顺序是 （填写实验步骤前的序号）。
a.往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，待水面稳定后将
适量的爽身粉均匀地撒在水面上
b.用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜
形状稳定
c.将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜
的面积，根据油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径
的大小
dabec
d.用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，
记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精
溶液的体积，再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体积
e.将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃
板上
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解析： 实验过程应先用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一
滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由
此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再根据油酸酒精溶液的浓度
计算出油酸的体积，然后往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深
的水，待水面稳定后将适量的爽身粉均匀地撒在水面上，再用注
射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳
定，随后将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘
在玻璃板上，最后将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，
计算出油酸膜的面积。根据油酸的体积和油酸膜的面积计算出油
酸分子直径的大小。即实验步骤的正确顺序是dabec。
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（2）实验中，所用油酸酒精溶液每V1体积溶液中有纯油酸体积V2，用
注射器和量筒测得V0体积的上述溶液有n滴，把一滴该溶液滴入盛
水的撒有爽身粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓
形状和尺寸如图所示，图中每个小正方形格的边长为a，则油酸薄
膜的总面积S＝ ；可求得油酸分子的直径为
（用V1、V2、V0、n、S表示）。
71a2
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2
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解析：根据数格子的办法，多于半格算一格，少于半格舍去，油膜
的总格数为71格，则油酸薄膜总面积为S＝71a2
由于所用油酸酒精溶液每V1体积溶液中有纯油酸体积V2，则溶液
的浓度为c＝
用注射器和量筒测得体积为V0的上述溶液有n滴，则一滴溶液中纯
油酸的体积为V＝c
油酸分子直径为d＝
联立解得d＝。
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（3）某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大，可能是因
为 。
A. 油膜中含有大量未溶解的酒精
B. 计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
C. 水面上爽身粉撒得太多，油膜没有充分展开
D. 用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴
BC
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解析：根据d＝，油膜中含有大量未溶解的酒精，导致油膜面积测
量值偏大，则油酸分子直径测量值偏小，故A错误；计算油膜面
积时，舍去了所有不足一格的方格，导致油膜面积测量值偏小，
则油酸分子直径测量值偏大，故B正确；水面上爽身粉撒得太多，
油膜没有充分展开，导致油膜面积测量值偏小，则油酸分子直径
测量值偏大，故C正确；用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记
录了几滴，导致油酸体积测量值偏小，则油酸分子直径测量值偏
小，故D错误。
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3. （2024·湖北武汉模拟）图（a）是用双缝干涉测量光的波长的实验
装置。
（1）测量过程中，下列说法正确的是 。
A. 换用间距更大的双缝，相邻两亮条纹中心的距离增大
B. 把绿色滤光片换成红色滤光片，相邻两亮条纹中心的距离增大
C. 把屏向远离双缝的方向移动，相邻两亮条纹中心的距离减小
B
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5
解析： 双缝干涉条纹间距公式为Δx＝λ，换用间距更大的双
缝，相邻两亮条纹中心的距离减小，故A错误；由于红光的波长
大于绿光的波长，把绿色滤光片换成红色滤光片，相邻两亮条纹
中心的距离增大，故B正确；把屏向远离双缝的方向移动，相邻两
亮条纹中心的距离增大，故C错误。
1
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（2）在某次测量中，测量头如图（b）所示，调节分划板的位置，使分
划板中心刻线对齐某亮条纹的中心，此时螺旋测微器的读数
为 mm；转动手轮，使分划板中心刻线向一侧移动到另
一条亮条纹的中心，由螺旋测微器再读出一读数。
解析： 螺旋测微器的读数为1 mm＋13.0×0.01 mm＝1.130mm。
1.130
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4
5
（3）若实验测得第1条亮条纹到第4条亮条纹中心间的距离x＝0.960
mm，已知双缝间距d＝1.5 mm，双缝到屏的距离l＝1.00 m，则对
应的光波波长λ＝ nm（保留3位有效数字）。
480
解析： 相邻两亮条纹的间距为Δx＝
mm＝0.320 mm
由Δx＝λ，得λ＝Δx
＝ m
＝4.80×10－7 m＝480 nm。
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4. （2024·江西南昌模拟）某同学用如图甲所示的装置验证查理定律，操作步骤简述如下：
①将一装有细导管的橡皮塞塞住试管口封闭一定质量的气体，细导管的另一端接压强传感器；
②将压强传感器与计算机相连，将一温度传感器也与计算机相连；
③将适量热水（约80 ℃）倒入大号烧杯中，并将试管浸入热水中至管口与水面相平，再将温度传感器浸没入水中；
④在计算机上打开相应软件，等待水温缓慢下降，计算机将两传感器的示数拟合成一条曲线，如图乙所示为部分图线。
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（1）在实验误差允许的范围内，所得的图像是一条直线，说明一定质
量的气体，在体积不变时 。（填正确答案标号）
A. 压强p与摄氏温度t成正比
B. 压强p与摄氏温度t成一次函数
B
解析： 根据理想气体状态方程有＝C
其中的C为与气体的质量成正比的常量，且温度为热力学温度，则
有T＝t＋273 K
则p＝t＋
可知，一定质量的气体，在体积不变时，压强与摄氏温度t成一次
函数。故选B。
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（2）若实验过程中有少量气体缓慢逸出，则所得图像为 。（填正确答案标号）
B
解析： 结合上述可知，根据查理定律，
一定质量的气体，在体积不变时，有p＝t＋，其中C与气体的质量成正比，当有气体逸出时，C减小，则p-t图像上的点与（－273，0）点连线的斜率减小，因为本实验中气体的温度是逐渐降低的，故p-t图像从右向左斜率减小。故选B。
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（3）另外一位同学用一个较小的试管也按相同的步骤做了该实验，现
用计算机将两位同学实验采集的数据描绘在同一个p-t坐标系上，
则得到的图像可能是 。（填正确答案标号）
C
解析： 结合上述可知，根据查理定律，一定质量的气体在体积不变时有p＝t＋其中C与气体的质量成正比，则一定质量的气体在体积不变时，其p-t图像与t轴的交点坐标均为－273 ℃，只有第三个选择项符合要求。故选C。
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5. （2024·浙江温州三模）使用如图1所示的装置做“探究气体压强与体积
的关系”的实验，已知压力表通过细管与注射器内的空气柱相连，细管
隐藏在柱塞内部未在图中标明。
1
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5
（1）为了探究压强p与体积V的关系，在测得需要的实验数据后，为达
到“探究”的实验目的，用图像法进行数据分析，从下列选项中
选出需要的步骤并按顺序排列 （填选项前字母）。
A. 作p-V图像，根据画出的图线猜测p与V的关系
B. 作p-图像，根据画出的图线猜测p与V的关系
C. 作p-V图像，对p与V关系的猜测进行检验
D. 作p-图像，对p与V关系的猜测进行检验
E. 检验正确，得出p与V关系的结论
ADE
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2
3
4
5
解析： 根据实验原理可作p-V图像，根据画出的图线猜测
p与V的关系，再作p-图像，对p与V关系的猜测进行检验，检
验正确，得出p与V关系的结论。故需要的步骤并按顺序排列为
A、D、E。
1
2
3
4
5
（2）第1小组为了探究一定质量的气体在不同温度时发生等温变化是否
遵循相同的规律，进行了两次实验，得到的p-V图像如图2所示。
第2小组根据某次实验数据作出的V-图像如图3所示。下列说法正
确的是 （填选项前字母）。
A. 实验前应将注射器里的空气完全排出
B. 为了减少实验误差，可以在柱塞上涂上润滑油，以减少摩擦
C. 由图2可知，第1小组的两次实验气体温度大小关系为T1＞T2
D. 如图3所示，若第2小组实验操作正确，则V0为连通空气柱与压力表细管的体积
CD
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4
5
解析： 实验是以注射器内的空气为研究对象，所以实验前注
射器内的空气不能完全排出，故A错误；为了减少实验误差，可
以在柱塞上涂上润滑油，以保证气密性良好，故B错误；根据理想
气体状态方程pV＝CT可知，离坐标原点越远的等温线温度越高，
则有T1＞T2，故C正确；设连通空气柱与压力表细管的体积为V'，
则有p（V＋V'）＝C
整理可知V＝C－V'
根据图像可知V0为连通空气柱与压力表细管的体积，故D正确。
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4
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（3）如图4所示，小明从状态A缓慢拉升柱塞，使其到达状态B（体积
为V1）。若此时突然提升柱塞，使空气柱快速到达体积V2，则此
时V2对应图4中的状态 （填“C”“D”“E”或“F”）（图
中A、B、E为同一等温线上的点）。
解析： 突然提升柱塞，使空气柱快速到达体积V2，此时没来
得及与外界发生传热，气体对外界做功，热量几乎不变，根据热
力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，内能减小，温度降低，则对应图
中的状态F。
F
1
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感谢您的观看！
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