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(共43张PPT)
专题16　热学、光学实验
考向一 热学类实验
考向二 光学类实验
考向一 热学类实验
【核心知识】
内容 重要规律、公式和二级结论
热学 实验 1.用油膜法估测油酸分子的大小核心关系式:d=,假设油膜为单分子油膜。
2.探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
(1)实验条件:控制气体的质量和温度不变。
(2)探究公式:pV=C
【典题透视】
[例1][油膜法测分子直径]物体是由大量分子组成的,分子非常微小。在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,实验步骤如下:
(i)将体积为a的油酸溶液配制成体积为b的油酸酒精溶液;
(ii)取油酸酒精溶液,用滴定管滴出体积为c的溶液,记录滴出的油酸酒精溶液的滴数n;
(iii)用滴定管往浅盘内的水面上滴1滴油酸酒精溶液;
(iv)撒痱子粉或细石膏粉在水面上;
(v)待油膜稳定后,拿出玻璃板盖上,描出油膜的边界;
(vi)将玻璃板放置在小方格坐标纸上,计算油膜的面积S;
(vii)计算油酸分子直径。
(1)请指出实验步骤中的错误: ________________________________
_____________________________________。
【解析】(1)步骤(i)中体积为a的油酸溶液应为体积为a的油酸,步骤
(iii)(iv)顺序颠倒了。
　步骤(i)中体积为a的油酸溶液应为
体积为a的油酸,步骤(iii)(iv)顺序颠倒　
(2)如图所示为实验中把玻璃板盖在浅盘上描出1滴油酸酒精溶液滴入
水中形成的油膜的轮廓,图中正方形小方格的边长为1 cm,则油膜的面积
是________cm2。(格数不足半格记为0,超过半格记为1,保留整数位)
【解析】(2)正方形小方格面积S0=1 cm2,油膜轮廓内的小格子约有64个,则油膜的面积是S=64S0 =64 cm2。
　64　
(3)根据实验步骤,油酸分子直径D可表示为_________。(用题中字母
表示)
【解析】(3)由题意可得一滴油酸酒精溶液中纯油酸体积V0=,则油酸
分子直径D==。
　　
[例2][探究气体压强与体积的关系]全自动洗衣机的水位控制装置中使用了压力传感器,工作原理如下:
(1)如图甲所示,与洗衣缸相连的气室
中会封闭一定质量的空气,气室上部
与压力传感器的膜盒连通。
(2)向洗衣缸注水时,气室内被密封的空气压强
增大,使压力传感器的膜片向上凸起,如图乙所
示。气室中的空气可视为理想气体,整个进水
过程可视为等温过程,若某时刻气室内空气体
积为注水前的,则此时气室内的压强为原来
的________倍。
【解析】(2)进水过程为等温过程,由玻意耳定律得p1V1=p2V1,则=。
　　
(3)如图丙所示,当进水量达到设定值时,传
感器控制电路关闭进水阀门,同时接通洗涤
电动机电源,开始洗涤衣物,则图中A是
________________(选填“洗涤电动机”或
“进水阀门”)的控制开关。
【解析】(3)要水位达到一定后才开始洗涤工作,并且同时关闭进水,由丙图可看出图中A是洗涤电动机的控制开关。
　洗涤电动机　
(4)一台旧洗衣机的压力传感器膜片长期反复形变,导致弹性降低(更小
的压力即可使膜片凸起),则该旧洗衣机的实际进水量__________(选填
“大于”“小于”或“等于”)原来设定的进水量。
【解析】(4)进水量越少,气室体积越大,由玻意耳定律可知,气室体积越
大,压强越小,而压强越小,则压力越小,由于更小的压力即可使膜片凸起,
则该旧洗衣机的实际进水量小于原来设定的进水量。
　小于　
【加固训练】
1.(2025·郑州三模)在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,小红将
1 mL的纯油酸配制成5 000 mL的油酸酒精溶液,用注射器测得1 mL溶液为
80滴。
(1)某次实验,小红把1滴该溶液滴入撒有痱子粉的盛水浅盘,待液面稳定后,呈
现出如图甲所示的“锯齿”边沿图样,出现该图样的可能原因是_______。
A.浅盘中装的水量过多
B.油酸酒精溶液滴得过少
C.油酸酒精溶液放置时间过久
D.痱子粉撒得太多,且厚度不均匀
　D　
【解析】(1)浅盘中装的水量过多,一般不会直接导致出现“锯齿”边沿图样,故A错误。油酸酒精溶液滴得过少,只会使形成的油膜面积较小,不会产生“锯齿”边沿,故B错误。油酸酒精溶液放置时间过久,可能会使溶液浓度发生变化,但不会直接形成“锯齿”边沿,故C错误。痱子粉撒得太多,且厚度不均匀,会使油酸在水面上扩散时受到的阻力不均匀,从而导致呈现出“锯齿”边沿图样,故D正确。
(2)小红调整后再次实验,把1滴该溶液滴入撒有痱子粉的盛水浅盘,待液
面稳定后,将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上,用彩笔在玻璃板上描出
油酸膜的轮廓,其形状如图乙所示,坐标方格中正方形的边长为1 cm,则
滴入浅盘中的纯油酸体积为______________cm3,由此可估测出油酸分
子的直径是_____________m。
　2.5×10 6　
　5×10 10　
【解析】(2)滴入浅盘中的纯油酸体积为V0=× cm3
=2.5×10 6 cm3
由图乙可知,油膜所占坐标纸的格数约为50个,
油膜的面积为S=1 cm×1 cm×50=50 cm2
油分子直径d==5×10 10 m
2.(2025·天津南开区二模)某学校的同学利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律,在注射器中密封了一定质量的气体。
(1)下列实验操作中正确的是_______。
A.密封气体前,在柱塞上均匀涂抹润滑油
B.推拉柱塞时,用手握住注射器气体部分
C.实验时应快速移动柱塞
　A　
【解析】(1)密封气体前,在柱塞上均匀涂抹润滑油,可以防止漏气,A正确;实验要保证封闭气体的温度不变,推拉柱塞时,手不能握住注射器含有气体的部分,若手握着含有气体的部分,会造成温度变化,B错误;快速推拉柱塞,则可能造成漏气和等温条件的不满足,应缓慢推拉柱塞,C错误。
(2)甲同学在不同温度下进行了两次实验,得到的p 图像如图乙所示,由
图可知一定质量的气体,在温度保持不变的条件下,压强与体积成______
(选填“正”或“反”)比。进一步分析可知两次实验的温度大小关系为T1
_______(选填“<”“=”或“>”)T2。
　反　
　>　
【解析】(2)根据图乙所示的p 图像是延长线经过原点的直线,可得p与成正比,则可知一定质量的气体,在温度保持不变的条件下,压强与体积成反比。
由理想气体状态方程=C,可知p 图像的斜率越大,温度越高,分析可知两次实验的温度大小关系为T1>T2。
(3)若橡胶套内的气体不可忽略,乙同学在实验过程中移动柱塞,多次记录注射
器上的体积刻度V和气压计读数p,绘出的p 图像可能为_______。

【解析】(3)若橡胶套内的气体不可忽略,设其体积为V0,多次记录注射器上的
体积刻度V和气压计读数p,由玻意耳定律得p= =·=·,当增大时,
p 图像的斜率随增大而减小。故选C。
　C　
【类题建模】
项目 图例 说明
用油膜法估测油酸分子的大小 d=
V为1滴油酸酒精溶液中油酸的体积;S为水中油酸膜的面积
项目 图例 说明
探究等温情况下一定质量的气体压强与体积的关系 根据数据得出p 图像,得出p、V的关系
考向二 光学类实验
【核心知识】
内容 重要规律、公式和二级结论
光学 实验 1.测量玻璃的折射率的核心关系式:n=。
2.用双缝干涉实验测量光的波长核心关系式:Δx=λ
【典题透视】
[例3][测玻璃折射率](2025·济南二模)激光束具有方向性好、亮度高等特点。某同学用激光测半圆形玻璃砖的折射率,实验步骤如下:
A.将白纸固定在木板上,画出一条直线。将半圆形玻璃砖的直径边与直线平行放置在白纸上,记录半圆形玻璃砖的圆心O的位置;
B.从玻璃砖另一侧用平行于白纸的激光笔从圆弧上的A点沿AO方向射入玻璃砖,在直线上垂直木板插大头针,使其正好挡住激光,记录此时在直线上插针的位置为S1;
C.保持入射光方向不变,移走玻璃砖,在直线上垂直木板插大头针,使其正好挡住激光,记录此时在直线上插针的位置为S2;
D.以O点为圆心,以OS1为半径画圆,交OS2延长线于C点;
E.过O点作直线的垂线,与直线相交于B点,过C点作OB延长线的垂线,与OB延长线相交于D点。
(1)实验中,测得BS1的长度为L1,BS2的长度为L2,CD的长度为L3,该玻璃砖
的折射率n可以表示为_______;
A.n= B.n=
C.n= D.n=
【解析】(1)根据折射定律可得,玻璃砖的折射率n===。
故选B。
　B　
(2)若步骤B中,将入射光线以O点为圆心平行于纸面逆时针转动到某处时,折
射光线恰好消失,移走玻璃砖,在直线上垂直木板插大头针,使其正好挡住激光,
确定此时在直线上插针的位置为S'2,测得BS'2=OB,则该玻璃砖的折射率大小
为_______;
【解析】(2)根据题意结合几何关系,可得OS'2==OB
根据几何关系,得sin∠S'2OB==
根据折射定律可得,玻璃砖的折射率n==
　　
(3)用(2)中方法测量折射率时,记录好O点位置后,不小心将玻璃砖沿直
径方向向左平移了少许,但实验时仍保证光线在O点恰好发生全反射,则
折射率的测量值__________(选填“偏大”或“偏小”)。
【解析】(3)记录好O点位置后,不小心将玻璃砖沿直径方向向左平移了
少许,但实验时仍保证光线在O点恰好发生全反射,如图所示:

由图示可知测量的临界角偏大,折射率的测量值偏小。
　偏小　
[例4][用双缝干涉测量光的波长](2025·沈阳二模)(1)(多选)在“用双缝干涉测
量光的波长”的实验中(实验装置如图1),下列说法正确的是(　 　)
A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝
B.测量某条干涉亮条纹位置时,应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐
C.为了减小测量误差,可用测量头测出n条亮条纹间的距离a,求出相邻两条亮
条纹间距Δx=
D.某同学用黄光作为入射光,为了增大干涉
条纹的间距,可以采用的方法是改用蓝光作
为入射光
B、C
【解析】(1)实验时,调节光源的高度和角度,让光源中心位于遮光筒的中心轴线上,使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮,然后放好单缝和双缝,故A错误;实验中,测量某条干涉亮条纹位置时,应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐,故B正确;
为了减小测量误差,可用测量头测出n条亮条纹间的距离a,然后求出相邻两条亮条纹间距Δx=故C正确;某同学用黄光作为入射光,为了增大干涉条纹的间距,根据Δx=λ,可以增大入射光的波长,由于蓝光的波长小于黄光的波长,可知不能够改用蓝光作为入射光,故D错误。
(2)已知双缝到光屏之间的距离l=500 mm,双缝之间的距离d=0.50 mm,单
缝到双缝之间的距离s=100 mm,某同学在用测量头测量时,调整手轮,在测
量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A亮条纹的中心,然后他继续转动,
使分划板中心刻线对准B亮条纹的中心,前后两次游标卡尺的读数如图2所
示,A位置读数为__________mm。则入射光的波长λ=______________m
(结果保留2位有效数字)。
　11.1　
　6.4×10 7　
【解析】(2)根据游标卡尺的读数规律,
A位置读数为x1=11 mm+0.1×1 mm=11.1 mm
根据游标卡尺的读数规律,B位置读数为
x2=15 mm+0.1×6 mm=15.6 mm
则相邻明条纹中心之间的间距Δx=
根据Δx=λ,解得λ≈6.4×10 7 m
【加固训练】
1.(2025·威海三模)如图所示,某实验小组利用插针法测量一横截面为直角三角形的玻璃砖的折射率,部分实验步骤如下:
①将一张白纸平铺在桌面上,放好玻璃砖,并记录下两直角界面AB与BC。
②让光线从AB射入,入射点为D,在入射光线上竖直插入两枚大头针P1、P2,然后在BC外侧透过玻璃砖观察P1、P2的像,插入大头针P3,使其挡住P1、P2的像,插入大头针P4,使其挡住P1、P2的像及P3。
③移去玻璃砖与大头针,连接P3、P4留下的针孔交BC
于E点,延长入射光线交BC于F点。
请回答以下问题:
(1)玻璃砖的折射率可表示为(　 　)
A. B. C. D.
【解析】(1)光在AB界面射入,设法线为HG,如图所示
则折射率为n==
其中sin∠FDG=,sin∠EDG=,EG=FI
解得n=,故选C。
C
(2)(多选)在实验过程中减小入射角,下列说法正确的是(　 )
A.出射光线与BC的夹角增大
B.出射光线与BC的夹角减小
C.在BC外侧一定能观察到P1、P2的像
D.在BC外侧可能观察不到P1、P2的像
【解析】(2)减小入射角,则折射角减小,由几何关系可知,在BC界面的入射角∠DEG增大,折射角也增大,所以出射光线与BC的夹角减小,故A错误,B正确;因为减小入射角,出射光线与BC的夹角减小,当出射光线与BC的夹角减小到零时,光在BC界面发生全反射,则观察不到P1、P2的像,故C错误,D正确。
B、D
(3)若插入P3前不小心将玻璃砖向右平移了少许,其余操作不变,则测量
值__________真实值。(选填“大于”“等于”或“小于”)
【解析】(3)将玻璃砖向右平移了少许,光路图如图所示,其中实线为测
量时的光路,虚线为实际的光路。
由图可知,入射角不变,测量的折射角偏小,根据折射定律定义式可知,测
量值大于真实值。
　大于　
2.(2025·青岛三模)图甲为用光传感器做双缝干涉实验的装置,单色光源在铁架台的最上端,中间是刻有双缝的挡板,下面带有白色狭长矩形的小盒是光传感器,沿矩形长边分布着许多光敏单元,传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后,在显示器上显示出来。某实验小组要用该装置在暗室里检测一块玻璃板的厚度是否均匀,若厚度不均匀,进一步精确测量其厚度差。(计算结果均保留2位有效数字)
请回答下面问题:
(1)该小组同学检测前先测量所用单色光的波长:
调整双缝的高度和光传感器的位置,显示器上显
示的干涉条纹光强分布如图乙中的实线所示,
则相邻两条亮纹(或暗纹)间距Δx=_________mm;该
小组又测得双缝到光传感器的距离L=53.33 cm,已知双缝间距d0=0.25 mm,
则该单色光的波长λ=______________m;
【解析】(1)由图乙可知,相邻亮条纹间距为Δx=1.6 mm,
根据条纹间距公式可得λ== m=7.5×10 7 m。
　1.6　
　7.5×10 7　
(2)保持双缝和光传感器的位置不变,将玻璃板紧贴挡板放置,如图丙所
示,此时显示器上显示的干涉条纹光强分布如图乙中的虚线所示,说明
________(选填“S1”或“S2”)处玻璃板较厚。已知玻璃板对该单色光的折
射率为n=1.5,则S1与S2两处玻璃板的厚度差Δd=______________m。
　S2　
　3.0×10 6　
【解析】(2)当玻璃板紧贴挡板放置时,光线通过玻璃板后会产生光程差,由于玻璃对光的折射率大于空气,光在玻璃中传播的速度较慢,因此通过玻璃板的光线的光程增大,由乙图可知,干涉条纹向右移动,说明光线通过S2处玻璃板后的光程比S1长,所以S2处玻璃较厚;
由乙图可知,条纹移动了两个条纹间距,则x=2λ,x=(n 1)Δd,代入数据解得Δd=3.0×10 6 m
【类题建模】
项目 图例 原理
测量玻璃 的折射率 n=
n=
=
项目 图例 原理
用双缝干 涉测量光 的波长 Δx=λ

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