高考二輪復(fù)習(xí)物理課件第一編核心專題突破專題7物理實驗第三講光學(xué)與熱學(xué)實驗

第三講光學(xué)與熱學(xué)實驗1通覽主干知識2研學(xué)核心考點目錄索引

3突破熱考命題1通覽主干知識2研學(xué)核心考點考點一光學(xué)實驗分層突破——明要點命題角度1測量玻璃的折射率1.實驗?zāi)康?測定玻璃的折射率,掌握光發(fā)生折射時入射角和折射角的確定方法。2.實驗原理:用插針法找出與入射光線AO對應(yīng)的出射光線O'B,確定出O'點,畫出折射光線OO',然后測量出角θ1和θ2,根據(jù)n=計算玻璃的折射率。深化拓展測量玻璃的折射率實驗中數(shù)據(jù)處理的方法測量線段代替測量角度

特別提醒(1)大頭針豎直插在紙上,且間距稍大一些;(2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°);(3)手不能觸摸玻璃磚的光學(xué)面,更不能把玻璃磚界面當(dāng)作尺子畫界線;(4)實驗過程中,玻璃磚與白紙的相對位置不能改變;(5)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的,最好在5

cm以上,若寬度太小,則測量誤差較大。命題角度2用雙縫干涉測量光的波長1.實驗?zāi)康?了解光產(chǎn)生干涉的方法,觀察雙縫干涉圖樣;測定單色光的波長。2.實驗原理:相鄰兩條亮條紋間距Δx與入射光波長λ,雙縫S1、S2間距d及雙縫與屏的距離l滿足關(guān)系式

。深化拓展用雙縫干涉測量光的波長實驗中數(shù)據(jù)處理的方法(1)調(diào)節(jié)測量頭,使分劃板中心刻度線對齊第1條亮條紋的中心,記下手輪上的讀數(shù)a1。(2)轉(zhuǎn)動手輪,當(dāng)分劃板中心刻度線與第n條相鄰的亮條紋中心對齊時,記下手輪上的讀數(shù)a2。(3)相鄰兩條紋間的距離

。特別提醒(1)不要直接測單個條紋間距Δx,要測幾個條紋的間距,計算得出Δx,這樣可以減小誤差;(2)白光的干涉觀察到的是彩色條紋,其中白色在中央,紅色在最外邊。典例剖析例1

(命題角度1、2)(2023湖南常德模擬)(1)某同學(xué)在實驗室用某種單色光做雙縫干涉實驗中,若雙縫的間距為d,屏與雙縫間的距離為l,測得第1條暗條紋中心到第n條暗條紋中心之間的距離為Δx,則單色光的波長λ=

;各亮條紋的寬度

(選填“相等”或“不相等”);若僅將屏向遠離雙縫的方向移動,可以

(選填“增加”或“減少”)從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)。

等于

減少(2)該同學(xué)還做了“測定玻璃的折射率”的實驗。①為了取得較好的實驗效果,下列操作正確的是

。

A.選擇的入射角應(yīng)盡量小些B.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上C.大頭針P1和P2、P3和P4之間的距離盡量小些②該同學(xué)在測量入射角和折射角時,由于沒有量角器,在完成了光路圖以后,他以O(shè)點為圓心,OA為半徑畫圓,交OO'延長線于C點,過A點和C點作垂直法線的直線分別交于B點和D點,如圖甲所示,他測得lAB=6cm,lCD=4cm,則可求出玻璃的折射率n=

。

B1.5③該同學(xué)在畫界面時,不小心將兩界面aa'、bb'間距畫得比玻璃磚的寬度稍大些,如圖乙所示,則他測得的折射率

(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

偏小等;若僅將屏向遠離雙縫的方向移動,則l變大,條紋寬度變大,則可以減少從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)。(2)①選擇的入射角應(yīng)盡量大一些,以減小測量誤差,A錯誤;大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上,防止產(chǎn)生誤差,B正確;大頭針P1和P2、P3和P4之間的距離適當(dāng)大些,可減小確定光線時產(chǎn)生的誤差,C錯誤。③實際光路圖和以aa'、bb'為界面畫的實驗光路圖如圖所示,比較實際光路圖的折射角與實驗光路圖的折射角關(guān)系可知,折射角測量值偏大,則該同學(xué)測得的折射率偏小。分層演練——拿高分練真題·明考向(命題角度2)(2022海南卷)在用雙縫干涉測量光的波長的實驗中,如圖所示,則:(1)a、b分別是(

)A.單縫和雙縫B.雙縫和單縫C.單縫和單縫D.雙縫和雙縫(2)如果雙縫間距是d,雙縫到毛玻璃的距離是L,第一條亮紋到第六條亮紋間距是x,則光的波長是

。(用x、d、L表示)

A解析

(1)由雙縫干涉原理可知,先用濾光片得到單色光,然后用單縫得到細長的光源,最后用雙縫得到兩束相干光,故a、b分別為單縫和雙縫,故選A。練模擬·提能力(命題角度1)(2023山東青島模擬)某實驗小組在做“測玻璃的折射率”的實驗。(1)如圖所示,用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中,下列說法正確的是

;

A.若P1、P2的距離較大時,通過玻璃磚不會看到P1、P2的像B.為減少測量誤差,P1、P2的連線與法線NN'的夾角應(yīng)盡量小些C.為了減小作圖誤差,P3和P4的距離應(yīng)適當(dāng)取大些D.若P1、P2的連線與法線NN'夾角較大時有可能在bb'面發(fā)生全反射,所以在bb'一側(cè)就看不到P1、P2的像C(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇,為了減小誤差,應(yīng)選用寬度

(選填“大”或“小”)的玻璃磚來測量。

(3)在該實驗中,光線是由空氣射入玻璃磚,根據(jù)測得的入射角和折射角的正弦值畫出的圖線如圖所示,從圖線可知玻璃磚的折射率是

。

大1.5(4)該實驗小組選取了操作正確的實驗記錄,在白紙上畫出光線的徑跡,以入射點O為圓心作圓,與入射光線P1O、折射光線OO'的延長線分別交于A、B兩點,再分別過A、B兩點作法線NN'的垂線,垂足分別為C、D點,如圖所示,則玻璃的折射率n=

(用圖中線段的字母表示);進一步測得所需數(shù)據(jù)分別為1.68cm和1.12cm,則該玻璃磚的折射率數(shù)值為

。

1.5(5)實驗中,甲、乙兩位同學(xué)在紙上畫出的界面aa'、bb'與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖中①、②所示,其中甲同學(xué)用的是矩形玻璃磚,乙同學(xué)用的是梯形玻璃磚。他們的其他操作均正確,且均以aa'、bb'為界面畫光路圖。則甲同學(xué)測得的折射率與真實值相比

,乙同學(xué)測得的折射率與真實值相比

。(均選填“偏大”“偏小”或“不變”)

偏小不變解析

(1)根據(jù)光路可逆性原理可知,光線一定會從另一側(cè)表面射出,折射光線不會在玻璃磚的內(nèi)表面發(fā)生全反射,即使P1、P2的距離較大,通過玻璃磚仍然可以看到P1、P2的像,A、D錯誤;為減小測量誤差,入射角應(yīng)適當(dāng)大一些,即P1、P2的連線與法線NN'的夾角應(yīng)盡量大些,B錯誤;為了減小作圖誤差,將出射光線確定得更準(zhǔn)確些,P3和P4的距離應(yīng)適當(dāng)取大些,C正確。(2)玻璃磚的寬度越大,光線通過玻璃磚的側(cè)移量越大,測量誤差越小,故為了減小誤差應(yīng)選用寬度大的玻璃磚來測量。(5)甲同學(xué)測定折射率時,作出的折射光線如圖中虛線所示,實線表示實際光線,可見測量的折射角偏大,則由折射定律可知,測得的折射率將偏小;圖②測折射率時,主要操作正確,測量結(jié)果與玻璃磚的形狀無關(guān),故乙同學(xué)測得的折射率與真實值相比不變?？键c二熱學(xué)實驗分層突破——明要點命題角度1用油膜法估測分子的大小1.實驗?zāi)康?學(xué)會用油膜法估測分子大小的方法。2.實驗原理:將一定體積的油酸酒精溶液滴在水面上,測出單分子的油膜面積,則油膜厚度可看作油酸分子的直徑,即

。深化拓展用油膜法估測分子的大小實驗注意點(1)理想化:認為油酸薄膜是由單層的油酸分子緊密排列組成。(2)模型化:在估測油酸分子大小的數(shù)量級時,把每個油酸分子簡化為球體。(3)厚度直徑化:認為油膜的厚度等于油酸分子的直徑。命題角度2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?zāi)康?探究玻意耳定律。2.實驗原理:對理想氣體要保持溫度不變、質(zhì)量不變,才能得到較好的實驗效果,可以用圖像處理數(shù)據(jù)。深化拓展探究氣體壓強與體積的關(guān)系實驗注意點(1)為保持氣體溫度不變,

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。(2)在等溫過程中,氣體的p-V圖像呈現(xiàn)為雙曲線,要通過坐標(biāo)變換,畫

圖像,把雙曲線變?yōu)橹本€,以方便判斷p和V成反比。密封性要好,不能漏氣

典例剖析例2

(命題角度2)(2023山東濟寧二模)某同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的裝置來探究“氣體溫度不變時壓強隨體積變化規(guī)律”的實驗,注射器導(dǎo)熱性能良好,用橡皮帽和活塞在注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體。質(zhì)量不計的細繩跨過滑輪,一端系到活塞上,調(diào)節(jié)滑輪的高度,使左側(cè)細繩拉直時能保持水平,另一端可以掛鉤碼。實驗時,在細繩的下端依次掛上質(zhì)量相同的鉤碼1,2,3,…,穩(wěn)定后通過注射器的標(biāo)度讀出對應(yīng)空氣柱的體積V,并能求出對應(yīng)氣體的壓強p。已知注射器的最大體積為Vm,刻度全長為L,大氣壓為p0,每個鉤碼的質(zhì)量為m,重力加速度為g。(1)關(guān)于本實驗的操作,下列說法正確的是

。

A.為減小誤差,每掛上一個鉤碼,應(yīng)平衡后再讀出體積B.掛鉤碼時,為了防止注射器脫落,應(yīng)用手緊緊握住注射器C.實驗前,應(yīng)將活塞涂上潤滑油,并來回拉動幾次D.實驗時必須測出封閉氣體的溫度(2)若在某次實驗中細繩上所掛鉤碼個數(shù)為n,則平衡后對應(yīng)氣體的壓強為

(用題目中已知量表示)。

甲

AC(3)該同學(xué)根據(jù)測得氣體的體積和對應(yīng)的壓強,作出了

圖像,如圖乙所示,圖線不過原點,則縱坐標(biāo)b代表

。體積增大到一定值后,圖線開始偏離直線,可能是由于氣體溫度

(選填“升高”或“降低”),也可能是由于裝置氣密性差導(dǎo)致氣體質(zhì)量

(選填“增大”或“減小”)。

乙

橡皮帽內(nèi)氣體體積

升高增大解析

(1)每掛上一個鉤碼平衡后,待封閉氣體的體積不再發(fā)生變化,再讀出體積,可以減小誤差,A正確;掛鉤碼時,不能用手緊緊握住注射器,因為手的溫度會改變封閉氣體的溫度,使測量結(jié)果不準(zhǔn)確,B錯誤;實驗前,應(yīng)將活塞涂上潤滑油,并來回拉動幾次,可以增加密封性,也可以減小摩擦帶來的誤差,C正確;注射器不隔熱,所以實驗時封閉氣體的溫度與外界溫度相同,氣體做等溫變化,不需要測量溫度,D錯誤。(3)實驗操作規(guī)范,圖線不過原點,則b代表注射器橡皮帽內(nèi)氣體的體積。由可能是溫度升高;公式中的C與氣體質(zhì)量有關(guān),斜率變大,也可能是由于裝置氣密性差導(dǎo)致氣體質(zhì)量增大。分層演練——拿高分練真題·明考向(命題角度2)(2023山東卷)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。乙

甲

回答以下問題:(1)在實驗誤差允許范圍內(nèi),圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線,說明在等溫情況下,一定質(zhì)量的氣體

。

A.p與V成正比B.p與

成正比(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”)。

B增大2.04×105(3)p增大時,pΔV增大,故記錄數(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的增大而增大。練模擬·提能力(命題角度1)(2023湖南常德模擬)在“油膜法估測油酸分子的大小”實驗中:(1)下列說法正確的是

。

A.測量一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積時,可以用注射器擠出一滴油酸滴入燒杯中,觀察注射器上的體積變化B.測量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面積時,如果不使用爽身粉,也可以在水中加入紅墨水后混合均勻,再滴入一滴油酸酒精溶液C.實際的油酸分子是球形的,因此通過計算得到的油酸分子直徑即是球的直徑D.計算油酸分子的大小時,認為水面油酸為單分子層且認為分子間緊密排布D(2)若實驗過程中發(fā)現(xiàn),撒入的爽身粉過多,導(dǎo)致油酸分子未形成單分子層,則計算得到的油酸分子直徑將

;若實驗中使用的油酸酒精溶液是放置了很長時間的溶液,則計算得到的油酸分子直徑將

。(均選填“偏大”“偏小”或“不變”)

(3)某次實驗中將1mL的純油酸配制成5000mL的油酸酒精溶液,用注射器測得1mL溶液為80滴,再滴入1滴這樣的溶液到準(zhǔn)備好的淺盤中,描出的油膜輪廓如圖所示,每格邊長是0.5cm,根據(jù)以上信息,可估算出油酸分子的直徑約為

m。(保留一位有效數(shù)字)

偏大偏小7×10-10解析

(1)測量一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積時,至少要測量50滴到100滴油酸酒精溶液的體積,然后計算一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積,A錯誤;測量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面積時,使用爽身粉才能看出油膜的輪廓,在水中加入紅墨水后混合均勻不能看出油膜的輪廓,B錯誤;實驗時只是把油酸分子看成球形的理想模型,實際的油酸分子不是球形的,因此通過計算得到的只是將油酸分子看成是球形時的油酸分子直徑,C錯誤;計算油酸分子的大小時,認為水面油酸為單分子層且認為分子間緊密排布,D正確。(2)若實驗過程中發(fā)現(xiàn),撒入的爽身粉過多,導(dǎo)致油酸分子未形成單分子層,則油膜面積的測量值偏小,根據(jù)d=可知,計算得到的油酸分子直徑將偏大;若實驗中使用的油酸酒精溶液放置了很長時間,在溶液中的油酸濃度會偏大,實際計算時仍按原來的濃度計算,則計算得到的油酸分子直徑將偏小。3突破熱考命題創(chuàng)新實驗:光學(xué)、熱學(xué)創(chuàng)新類實驗歸納分析知識精要光學(xué)實驗中“測量玻璃的折射率”的原型實驗是通過“插針法”獲得光路圖進行實驗的,在創(chuàng)新考法中可以改變獲得光路圖的方法進行實驗;“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗是用雙縫獲得相干光源來進行實驗的,在創(chuàng)新考法中可以用反射法獲得相干光源進行實驗。熱學(xué)實驗中“用油膜法估測分子的大小”這個實驗很難有創(chuàng)新的考法;探究“等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強與體積的關(guān)系”的原型實驗是注射器與壓強傳感器組合進行,考查玻意耳定律,本實驗既可以從實驗器材上進行創(chuàng)新,也可以從實驗原理上進行遷移探究“等容情況下一定質(zhì)量氣體壓強與溫度的關(guān)系”?？枷蚍治瞿壳案呖贾羞€是傳統(tǒng)的“一力一電”兩個實驗,光學(xué)和熱學(xué)實驗還沒有出現(xiàn),但不排除以后高考中考查光學(xué)和熱學(xué)實驗,我們在復(fù)習(xí)中仍要重視光學(xué)和熱學(xué)實驗。案例探究例題“研究一定質(zhì)量氣體在體積不變的條件下,壓強變化與溫度變化的關(guān)系”的實驗裝置示意圖如圖所示。粗細均勻的彎曲玻璃管A臂插入燒瓶中,B臂與玻璃管C下部用橡膠管連接,C管開口向上,一定質(zhì)量的氣體被水銀封閉于燒瓶內(nèi)。開始時,B、C內(nèi)的水銀面等高。(1)此實驗中研究對象是

(只填序號:①燒瓶中氣體;②燒瓶和AB管中的氣體;③BC下面橡膠管中的氣體)。若氣體溫度升高,為使瓶內(nèi)氣體的體積不變,應(yīng)將C管

(選填“向上”或“向下”)移動,直至B內(nèi)的水銀面回到原位置。

②

向上(2)實驗中使瓶內(nèi)氣體的體積不變,多次改變氣體溫度,用Δt表示氣體升高的攝氏溫度,用p表示燒瓶內(nèi)氣體壓強。根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的圖線是

。

C(3)同學(xué)還想用此實驗裝置驗證玻意耳定律,在保證溫度不變的情況下,尋找體積和壓強滿足的關(guān)系,現(xiàn)在不知道大氣壓強的具體數(shù)值,但大氣壓強可視為不變。也無法直接測出氣體的體積和B管的內(nèi)徑,但該同學(xué)通過分析還是可以驗證玻意耳定律。保證溫度不變的方法是

。(只填序號:①保持實驗環(huán)境溫度不變;②移動C管要迅速;③測量數(shù)據(jù)要快)

①解析

(1)由題圖可知C管開口向上,所以BC下面軟管中的氣體的壓強等于大氣壓強與C管豎直部分液柱的壓強之和,所以實驗中是研究燒瓶和AB管中的氣體在體積不變的條件下,壓強變化與溫度變化的關(guān)系;若氣體溫度升高,瓶內(nèi)氣體的體積不變,則氣體壓強增大,所以應(yīng)將C管向上移動,直至B內(nèi)的水銀面回到原位置。(2)瓶中氣體的體積不變,設(shè)