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专题18　热学和光学实验
　　
1.（2025·浙江绍兴三模）“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置如图所示。
（1）下列说法正确的是　　　　。
A.上下拨动拨杆可使单缝与双缝平行
B.透镜的作用是使射向单缝的光更集中
C.转动目镜可使条纹与分划板竖直刻线平行
D.仅将红色滤光片改为绿色滤光片，则条纹间距将变大
（2）经调节后使单缝与双缝相互平行且沿竖直方向，在测量头观察到的单色光干涉条纹可能是　　　　。
2.某实验小组做“用插针法测定玻璃折射率”的实验。
（1）在白纸上放好平行玻璃砖，aa'和bb'分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图甲所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“·”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针P3和P4，在插P3时，应使P3　　　　　，在插P4时，应使P4 　　　　　　　。
（2）该小组完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示，其中实验操作正确的是　　　（单选）。
（3）该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B两点，再过A、B两点作法线NN'的垂线，垂足分别为C、D点，如图乙所示，则玻璃的折射率n＝　　　（图中线段的字母表示）。
3.（1）小萌同学正在用双缝干涉实验仪测量光的波长，在光具座上正确安装好仪器后，他在测量端观察的同时，不断调节仪器的A部件（如照片所示），这样做的目的是　　　　 　。
A.使各部件的中心在同一直线上
B.使单缝与双缝相互平行
C.使观察到的图样呈现在视野中央
（2）若该同学分别用间距d1＝0.20 mm和d2＝0.25 mm的双缝来完成实验，你认为在测量头内观察到单色光的干涉条纹是　　　　和　　　　（填选项），其中对应双缝间距d1的是　　　　（填选项）。
（3）某同学使用间距为0.20 mm的双缝进行实验，调节双缝与屏之间的距离至100.00 cm，当十字叉丝与第k个亮条纹中心重合时，测量头刻度如图甲所示（已加箭头标注），对应的读数为　　　　mm，当十字叉丝与第（k＋3）个亮条纹中心重合时，测量头刻度如图乙所示（已加箭头标注），对应的读数为　　　　 　mm，单色光的波长为　　　　 　m（结果保留三位有效数字）。
4.（2025·浙江金华一模）在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中。
（1）图1中的a、b、c三个位置对应的器材为　　
A.a是滤光片、b是单缝、c是双缝
B.a是单缝、b是双缝、c是滤光片
C.a是双缝、b是单缝、c是滤光片
（2）该同学正确操作后观察到的干涉条纹如图2甲所示，转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准a位置，手轮的读数如图2乙所示，此时手轮的读数为　　　　mm。
（3）已知双缝间距为d，双缝到毛玻璃的距离为l，分划板中心刻线对准a位置时手轮的读数记作x1，继续转动手轮，分划板中心刻线对准b位置时手轮的读数记作x2（x2＞x1），则所测单色光的波长λ＝　　　　　　（用题中物理量符号表示）。
（4）为减小误差，该实验先测量n个亮条纹的间距，再求出相邻亮条纹间距Δx。下列实验采用了类似方法的有　　　　。
A.“用单摆测量重力加速度的大小”的实验中单摆周期的测量
B.“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中合力的测量
C.“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中弹簧的形变量的测量
D.“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中1滴油酸酒精溶液的体积测量
5.（2025·浙江杭州一模）洛埃德（H.Lloyd）在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，从单缝S发出的光，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S'。现应用洛埃德镜研究单色光的干涉现象。
（1）以下哪些操作能够减小光屏上相邻两条亮纹之间的距离　　　（多选）；
A.将单缝稍向下移动一些
B.将平面镜稍向下移动一些
C.将光屏稍向左移动一些
D.将光源由绿色光改为红色光
（2）若单缝S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为h和D，光屏上形成的第2条亮纹与第8条亮纹的中心间距为Δx，单色光的波长λ＝　　　　　。
6.某实验小组用如图甲所示的实验装置来探究一定质量的气体发生等温变化遵循的规律。
（1）关于该实验，下列说法正确的是　　　　。
A.实验前应将注射器的空气完全排出
B.空气柱体积变化应尽可能的快些
C.空气柱的压强随体积的减小而减小
D.作出p-的图像可以直观反映出p与V的关系
（2）为了探究气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律，他们进行了两次实验，得到的p-V图像如图乙所示，由图乙可知两次实验气体的温度大小关系为T1　　　T2（选填“＜”“＝”或“＞”）。
（3）另一小组根据实验数据作出的V-图线如图丙所示，若他们的实验操作无误，造成图线不过原点的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
7.小明同学在做“测定玻璃的折射率”的实验。如图甲所示，该同学选用的玻璃砖前后两个光学面相互平行，a和a'分别是玻璃砖与空气的两个界面，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并插上大头针P3，使其挡住P2、P1的像；接着插上大头针P4，使其挡住P3和P2、P1的像，用“·”表示大头针的位置，这样P1、P2确定了射入玻璃砖的光线，P3、P4确定了射出玻璃砖的光线。
（1）根据以上信息，请你在图甲中画出光路图。
（2）小明同学根据a界面测得的入射角θ1和折射角θ2的正弦值画出了如图乙所示的图像，从图像可求得玻璃砖的折射率是　　　（保留两位有效数字）。
（3）如图丙所示，若在实验过程中画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面a'画到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为开始所画的，则所测得的折射率与真实值相比将　　　　（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
8.在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中：
（1）本实验中进行了三点理想化假设：将油酸分子视为球形；　　　　　　　　　；油酸分子是紧挨在一起的。
（2）在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，体现的物理思想方法是　　　 　。
A.理想模型法　B.控制变量法　C.等效替代法
（3）实验中所用的油酸酒精溶液为1 000 mL溶液中有纯油酸2 mL，用量筒测得1 mL上述溶液为100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，油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图甲所示，图甲中正方形方格的边长为2 cm，油膜所占方格数约为80个，可以估算出油膜的面积是　　　 　m2（结果保留两位有效数字），由此估算出油酸分子的直径是　　　 　m（结果保留三位有效数字）。
（4）在一次实验中由于爽身粉撒得过多，得到了如图乙所示的油膜，如果按此油膜来计算分子直径，你认为测量结果相对真实值会　　　 　（选填“偏大”“偏小”或“无系统误差”）。
9.（2025·浙江湖州二模）用气体压强传感器做“探究气体等温变化的规律”实验，实验装置如图甲、乙所示。
　　
（1）关于该实验下列说法正确的是　　　。
A.注射器必须水平放置
B.为方便推拉柱塞，应用手握住注射器
C.为节约时间，实验时应快速推拉柱塞和读取数据
D.为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油
（2）A组同学在操作规范、不漏气的前提下，测得注射器内封闭气体多组压强p和体积V的数据并作出V-图线，发现图线不通过坐标原点，如图丙所示。则图中V0代表的物理含义是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）若A组同学利用所得实验数据作出的p-图线，应该是　　　。
10.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爽身粉的浅盘中，待油膜形状稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中正方形格的边长为1 cm，则可求得：
（1）①油酸薄膜的面积是　　　　　cm2；
②油酸分子的直径是　　　　m。（结果保留两位有效数字）
（2）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.油膜还未完全散开就开始描绘油膜轮廓
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.水面上爽身粉撒得太多，油膜没有充分散开
（3）利用单分子油膜法可以粗测油酸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，这种油酸的密度为ρ、摩尔质量为M，则阿伏加德罗常数的表达式为　　　　　。（油酸分子可看成球体）
11.（2024·湖北高考11题）某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下：
①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线AA'和BB'，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA'，并使其圆心位于O点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图（a）所示。
②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点M。
③拿走玻璃砖，标记CO光线与半圆弧的交点P。
④分别过M、P作BB'的垂线MM'、PP'，M'、P'是垂足，并用米尺分别测量MM'、PP'的长度x和y。
⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x和y的数据。根据这些数据作出y-x图像，如图（b）所示。
（1）关于该实验，下列说法正确的是　　　　（单选，填标号）。
A.入射角越小，误差越小
B.激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差
C.选择圆心O点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显
（2）根据y-x图像，可得玻璃砖的折射率为　　　　（保留三位有效数字）。
（3）若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果　　　　（填“偏大”“偏小”或“不变”）。
1.（1）B　（2）CD
解析：（1）左右拨动拨杆可使单缝与双缝平行，故A错误；透镜的作用是使射向单缝的光更集中，故B正确；转动测量头可使条纹与分划板竖直刻线平行，故C错误；根据Δx＝λ可知，仅将红色滤光片改为绿色滤光片，波长减小，则条纹间距将变小，故D错误。
（2）经调节后使单缝与双缝相互平行且沿竖直方向，在测量头观察到的单色光干涉条纹应保持竖直且与分划板的中心刻线平行，分划板的中心刻线处于光屏中心。故选C、D。
2.答案：（1）挡住P1、P2的像　挡住P3以及P1、P2的像　（2）D　（3）
解析：（1）在插P3时，应使P3挡住P1、P2的像，在插P4时，应使P4挡住P3以及P1、P2的像。
（2）光线经过玻璃砖后出射光线和入射光线是平行的，且错开一定的距离，即D正确。
（3）玻璃的折射率n＝＝＝。
3.（1）B　（2）E　F　E　（3）2.76　11.16　5.60×107
解析：（1）调节仪器的A部件是为了保证单缝与双缝相互平行，故选B。
（2）因为单色光的干涉条纹与单缝和双缝都平行，应沿竖直方向，分划板中心刻度应对准干涉条纹的中心，故选E、F。根据Δx＝λ，可知d越小，则条纹间距越大，所以对应于d1的是E。
（3）题图甲对应的读数为
2 mm＋38×0.02 mm＝2.76 mm
题图乙对应的读数为
11 mm＋8×0.02 mm＝11.16 mm
则条纹间距为Δx＝ mm＝2.80 mm，根据Δx＝λ，可计算出λ＝5.60×107 m。
4.（1）C　（2）15.575（15.574～15.578均可）　（3）　（4）AD
解析：（1）题图1中的a、b、c三个位置对应的器材分别为双缝、单缝、滤光片。故选C。
（2）手轮的读数为15.5 mm＋0.01 mm×7.5＝15.575 mm。
（3）条纹间距Δx＝，根据Δx＝λ，可得λ＝。
（4）减小误差，该实验先测量n个亮条纹的间距，再求出相邻亮条纹间距Δx，本实验采用的是累积放大测量取平均值的方法，则“用单摆测量重力加速度的大小”的实验中单摆周期的测量是测量至少30次全振动的周期然后取平均值，用的是累积放大测量取平均值，故A正确；“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中合力的测量，采用的是等效思想，故B错误；“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中弹簧的形变量的测量采用多次测量求平均值的方法，故C错误；“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中1滴油酸酒精溶液的体积测量采用的是累计放大测量取平均值的方法，故D正确。
5.（1）BC　（2）
解析：（1）根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ＝λ可知，减小D，增大h，减小波长λ，能够减小光屏上相邻两条亮纹之间的距离，将单缝稍向下移动一些，h减小，则光屏上相邻两条亮纹之间的距离增大，故A错误；将平面镜稍向下移动一些，h增大，则光屏上相邻两条亮纹之间的距离减小，故B正确；将光屏稍向左移动一些，D减小，则光屏上相邻两条亮纹之间的距离减小，故C正确；将光源由绿色光改为红色光，波长λ增大，则光屏上相邻两条亮纹之间的距离增大，故D错误。
（2）光屏上形成的第2条亮纹与第8条亮纹的中心间距为Δx，则相邻两亮条纹间距为Δx'＝，根据Δx'＝λ，所以单色光的波长为λ＝。
6.（1）D　（2）＞　（3）实验时未考虑注射器前端与橡皮帽连接处的气体体积
解析：（1）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；空气柱的体积变化不能太快，要缓慢移动注射器的柱塞，以保证气体温度不变，故B错误；气体发生等温变化，空气柱的压强随体积的减小而增大，故C错误；p-图像是一条倾斜的直线，作出p-的图像可以直观反映出p与V的关系，故D正确。
（2）在p-V图像中，根据＝C，即pV＝CT，离坐标原点越远的等温线温度越高，故T1＞T2。
（3）另一小组根据实验数据作出V-图线如图丙所示，若他们的实验操作无误，造成图线不过原点可能的原因是试管中的气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合该实验器材可知，实验时未考虑注射器前端与橡皮帽连接处的气体。
7.（1）见解析图　（2）1.6　（3）偏大
解析：（1）根据题意，画出的光路图如图所示
（2）根据折射定律n＝，可知sin θ2-sin θ1图像斜率的倒数表示折射率，由图像可得，斜率k＝＝0.625，则折射率n＝＝＝1.6。
（3）根据题意，在实验过程中画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面a'画到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为开始所画的，如图所示
由图可知，入射角i不变，导致折射角r偏小，则所测得的折射率将偏大。
8.（1）油酸分子形成单层分子膜　（2）A
（3）0.032　6.25×10－10　（4）偏大
解析：（1）本实验中进行了三点理想化假设：将油酸分子视为球形；油酸分子形成单层分子膜；油酸分子是紧挨在一起的。
（2）在油膜法估测分子大小的实验中，让一定体积的纯油酸滴在水面上形成单分子油膜，将油酸分子看作球形，认为油酸分子是一个紧挨一个的，估算出油膜面积，从而求出分子直径，这里用到的方法是理想模型法，故选A。
（3）在本实验中将油膜分子看成紧密排列的球形，由图示油膜可知，油膜的面积为S＝80×0.02 m×0.02 m＝0.032 m2
每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为
V＝1 mL××＝2×10－5 mL＝2×10－11 m3
油酸分子的直径为
d＝＝ m＝6.25×10－10 m。
（4）由题图可知该次实验中爽身粉撒太多，油膜未能充分展开，此时所测油膜面积偏小，所以油酸分子的直径测量结果相对真实值偏大。
9.（1）D　（2）胶管内气体体积　（3）B
解析：（1）探究气体的等温变化，研究对象为注射器内封闭的气体，注射器无需水平放置，只要保证封闭气体的温度、质量不变即可，A错误；实验中需要保持气体的温度不变，则实验中在推拉柱塞时，不能够用手握住注射器，避免人体温度引起封闭气体温度的变化，B错误；实验中需要保持气体的温度不变，因此在实验时需要缓慢推拉柱塞，稳定后再读取数据，C错误；实验中需要保持所研究气体的质量一定，为了保证封闭气体的气密性，实验时应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油，D正确。
（2）图线不通过坐标原点，根据题图丙可知，图像中当V等于0时，气体压强的倒数不等于0，体积测量值V没有包含胶管内气体的体积，可知纵截距的绝对值代表胶管内气体的体积。
（3）结合上述可知，A组同学作出图线对应的函数方程为V＝C·－V0，整理可得p＝＝·，可知当体积V减小时，p-图像的斜率逐渐减小。故选B。
10.（1）①72（71～73均可）　②8.7（8.6～8.8均可）×10－10　（2）ACD　（3）NA＝
解析：（1）①如图所示，每格边长为1 cm，则每一格就是1 cm2，估算油膜面积以超过半格为一格计算，小于半格就舍去的原则，估算出72格，则油膜面积为72 cm2。
②1滴酒精油酸溶液的体积V1＝ mL，纯油酸与溶液体积比为0.5∶1 000，可得1滴酒精油酸溶液中含油酸的体积为V2＝× mL＝6.25×10－12 m3，而1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油酸薄膜轮廓面积为S＝72×10－4 m2，所以油酸分子的直径为d＝≈8.7×10－10 m。
（2）油膜还未完全散开就开始描绘油膜轮廓，测量的油膜面积偏小，导致计算结果偏大，故A正确；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，测量的油膜面积偏大，导致计算结果偏小，故B错误；计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，则测量的油膜面积偏小，导致计算结果偏大，故C正确；水面上爽身粉撒得太多，油膜没有充分散开，则测量的油膜面积偏小，导致计算结果偏大，故D正确。
（3）依题意，油酸分子的直径可表示为d＝，所以油酸分子的体积V0＝π，油酸的摩尔体积为V稳＝，阿伏加德罗常数的表达式为NA＝，联立解得NA＝。
11.（1）B　（2）1.58（1.56～1.60均可）
（3）不变
解析：（1）在本实验中，为了减小测量误差，入射角应适当大些，因为入射角越大，折射角也越大，则入射角和折射角的测量误差都会减小，从而使折射率的测量误差减小，A错误；与插针法相比，激光的平行度好，能更准确地确定入射光线和折射光线，从而更有利于减小实验误差，B正确，选择圆心O点作为入射点，是因为便于计算，并不是因为此处的折射现象最明显，C错误。
（2）设入射角为α、折射角为β、半圆弧轮廓线半径（玻璃砖半径）为R，则由几何关系可知sin α＝＝、sin β＝＝，根据折射定律可得玻璃砖的折射率n＝＝，结合题图（b）可知y-x图像的斜率为该玻璃砖的折射率，故该玻璃砖的折射率n＝＝1.58。
（3）由（2）问分析可知折射率的表达式中没有半圆弧轮廓线半径R，所以轮廓线半径的测量误差对实验结果没有影响，即折射率的测量结果不变。

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