專題20-熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)-高三物理二輪復(fù)習(xí)(原卷版)

2022年高三物理二輪復(fù)習(xí)資料（命題規(guī)律+知識薈萃+經(jīng)典例題+精選習(xí)題）（江蘇專用）專題20熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)【命題規(guī)律】命題角度（1）用油膜法估測油酸分子的大?。?）探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系．（3）測量玻璃的折射率．（4）用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測光的波長．【知識薈萃】★考向一、用油膜法估測油酸分子的大小1．原理：認(rèn)為油酸薄膜是由單層的油酸分子緊密排列組成，在估測油酸分子大小的數(shù)量級時(shí)，把每個(gè)油酸分子簡化為球體，認(rèn)為油膜的厚度就是油酸分子的直徑d＝eq\f(V,S)，如圖.2．對“V”的測量（1）配制一定濃度的油酸酒精溶液，設(shè)其濃度為n；（2）用注射器吸取一段油酸酒精溶液，讀出它的體積為V0；（3）再把它一滴滴地滴入燒杯中，記下液滴的總滴數(shù)N；（4）則一滴油酸酒精溶液中，純油酸的體積V＝eq\f(V0,N)n.3．對“S”的測量（1）淺盤里盛水，把適量的爽身粉均勻撒在水面上；（2）用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液，待油膜形狀穩(wěn)定后，將帶方格的玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描下薄膜的形狀；（3）數(shù)出輪廓范圍內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)n0，不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一個(gè)；（4）用正方形的個(gè)數(shù)乘單個(gè)正方形的面積S0（即n0S0）計(jì)算出油膜的面積S.4．注意事項(xiàng)（1）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查淺盤是否干凈，如果有油漬將影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果．（2）由于油酸膜要經(jīng)過先擴(kuò)大后收縮的過程，因此畫輪廓時(shí)要待油酸膜穩(wěn)定后再畫，畫時(shí)視線要與玻璃板垂直．（3）分子大小的數(shù)量級為10－10m，若不是則要重做實(shí)驗(yàn)．★考向二、探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)中常用的控制變量法，探究在氣體質(zhì)量和溫度不變的情況下（即等溫過程），氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系，如圖所示．（1）為保證等溫變化，實(shí)驗(yàn)過程中不要用手握住注射器有氣體的部位．同時(shí)，改變體積過程應(yīng)緩慢，以免影響密閉氣體的溫度．為保證氣體密閉，應(yīng)在活塞與注射器內(nèi)壁間涂上潤滑油，注射器內(nèi)外氣體的壓強(qiáng)差不宜過大．（2）實(shí)驗(yàn)中所用的壓力表精度較高，而氣柱體積是直接在注射器上讀出的，其誤差會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果．（3）在等溫過程中，氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系在p－V圖像中呈現(xiàn)為雙曲線，如圖甲．處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，要通過變換，即畫p－eq\f(1,V)圖像，把雙曲線變?yōu)橹本€，說明p和V成反比，如圖乙．這是科學(xué)研究中常用的數(shù)據(jù)處理的方法，因?yàn)橐淮魏瘮?shù)反映的物理規(guī)律比較直觀，容易得出相關(guān)的對實(shí)驗(yàn)研究有用的參數(shù)．★考向三、測量玻璃的折射率數(shù)據(jù)處理方法1．計(jì)算法：由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，算出不同入射角時(shí)的n值，并取平均值．2．圖像法：作sinθ1－sinθ2圖像，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知其斜率為折射率．3．單位圓法：以入射點(diǎn)O為圓心，作半徑為R的圓，如圖所示，則sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，所以用刻度尺量出EH、E′H′的長度就可以求出n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(EH,E′H′).★考向四、用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測光的波長1．實(shí)驗(yàn)裝置圖及實(shí)驗(yàn)器材（如圖）雙縫干涉儀、光具座、光源、學(xué)生電源、導(dǎo)線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、刻度尺．2．?dāng)?shù)據(jù)處理的方法（1）調(diào)節(jié)測量頭，使分劃板中心刻線對齊第1條亮條紋的中心，記下手輪上的讀數(shù)a1；（2）轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，當(dāng)分劃板中心刻線與第n條相鄰的亮條紋中心對齊時(shí)，記下手輪上的讀數(shù)a2；（3）相鄰兩條亮條紋間的距離Δx＝eq\f(|a1－a2|,n－1)，則由λ＝eq\f(d,l)Δx＝eq\f(d|a1－a2|,ln－1)得波長．3．注意事項(xiàng)（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)調(diào)整光源、單縫、雙縫和毛玻璃屏、測量頭共軸，單縫和雙縫安裝時(shí)應(yīng)豎直且相互平行，遮光筒的軸線要與光具座導(dǎo)軌平行．若不共軸或單縫與雙縫不平行則會(huì)引起干涉條紋亮度小，不清晰，不便于觀察和測量．（2）分劃板上的中心刻線應(yīng)與干涉條紋的亮（暗）線平行，否則會(huì)增大測量的誤差．（3）測量頭有兩種，一種相當(dāng)于螺旋測微器，一種相當(dāng)于游標(biāo)卡尺．【經(jīng)典例題】【例題1】用油膜法估測分子大小的實(shí)驗(yàn)步驟如下：.①向體積為V1的純油酸加入酒精，直到油酸酒精溶液總體積為V2；②用注射器吸取上述溶液，一滴一滴地滴入小量筒，當(dāng)?shù)稳雗滴時(shí)體積為V0；③先往邊長為30cm-40cm的淺盤里倒入2cm深的水④用注射器往水面上滴一滴上述溶液，等油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將事先準(zhǔn)備好的玻璃放在淺盤上，并在玻璃板上描出油酸薄膜的輪廓；⑤將描有油酸薄膜輪廓的玻璃板，放在畫有許多邊長為a的小正方形的坐標(biāo)紙上，讀出輪廓范圍內(nèi)正方形的總數(shù)為N．上述過程中遺漏的步驟是___________；油酸分子直徑的表達(dá)式是d=________．【例題2】在“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，如圖所示，某同學(xué)先將白紙平鋪在木板上并用圖釘固定，玻璃磚平放在白紙上，然后在白紙上確定玻璃磚的界面所在直線aa′和bb′（圖中并未直接畫出具體位置）。O為直線AO與aa′的交點(diǎn)，在直線AO上豎直地插上、兩枚大頭針。（1）該同學(xué)接下來要完成的必要步驟有___________。A．插上大頭針，使僅擋住的像B．插上大頭針，使擋住的像和的像C．插上大頭針，使僅擋住D．插上大頭針，使擋住和、的像（2）過、作直線交bb′于O′，過O′作垂直于bb′的直線NN′，連接OO′，測量圖中角α和β的大小。則玻璃磚的折射率n=___________。【例題3】（1）在用油膜法估測分子大小的實(shí)驗(yàn)中，用移液管量取0.25mL油酸，倒入標(biāo)注250mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250mL的溶液。然后用滴管吸取這種溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面達(dá)到量筒中1mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水淺盤中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜穩(wěn)定后，放在帶有正方形坐標(biāo)格的玻璃板下觀察油膜，如圖甲所示。坐標(biāo)格的每個(gè)小正方形大小為2cm×2cm。由圖可以估算出油膜的面積是_______cm2，由此估算出油酸分子的直徑是_______m（保留1位有效數(shù)字）。（2）圖乙是用掃描隧道顯微鏡拍下的一個(gè)“量子圍欄”的照片。這個(gè)量子圍欄是由48個(gè)鐵原子在銅的表面排列成直徑為1.4×10-8m的圓周而組成的，由此可以估算出鐵原子的直徑約為________m（結(jié)果保留1位有效數(shù)字）【例題4】某同學(xué)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測量某單色光的波長。（1）實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，將光源放在光具座最左端，由左至右依次放置其它光學(xué)元件，①、②兩處放置的元件分別為：________、______（選填“雙縫”或“單縫”）；（2）接通電源使光源正常發(fā)光，調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋，若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為，測得第1條亮條紋到第7條亮條紋之間的距離為，則單色光的波長_______。【精選習(xí)題】1．油膜法測定分子的直徑，的油酸加入酒精中配制的油酸酒精溶液，溶液通過滴管實(shí)驗(yàn)測得為80滴，取1滴溶液滴在撒有痱子粉的淺水槽中，待油膜界面穩(wěn)定后測得油膜面積為。（1）試估算油酸分子的直徑_______（保留一位有效數(shù)字）（2）按照一定比例配制的油酸酒精溶液置于一個(gè)敞口容器中，如果時(shí)間偏長，會(huì)影響分子尺寸測量結(jié)果導(dǎo)致測量值_________（選填“偏大”或“偏小”）2．油膜法估測分子的大小實(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)小組用1mL的油酸配置了500mL的油酸酒精溶液，用滴管、量筒測得n滴油酸酒精溶液體積為V，一滴溶液在水槽中最終形成的油膜面積為S，則油酸分子直徑為________；實(shí)驗(yàn)中水面上撒的痱子粉太厚會(huì)導(dǎo)致分子直徑測量值________（選填“偏大”或“偏小”）3．在利用“插針法”測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中，正確操作后，作出的光路圖及測出的相關(guān)角度如圖所示，此玻璃的折射率計(jì)算式為n=________（用圖中的α、β表示）．同學(xué)在畫界面時(shí)，不小心將兩界面的間距畫得比玻璃磚寬度略大，則測得的折射率__________（選填“偏大”、“偏小”或“不變”）．4．某同學(xué)做“用油膜法估測分子的大小”的實(shí)驗(yàn)．已知每2500mL油酸酒精溶液中含有純油酸1mL，用注射器測得每100滴這樣的溶液為1mL，把一滴這樣的溶液滴入撒有痱子粉的盛水淺盤里，把玻璃板蓋在淺盤上并描畫出油酸膜輪廓，如圖所示．圖中正方形小方格的邊長為1cm，則油酸膜的面積為________cm2，油酸分子直徑大小d＝________m（保留一位有效數(shù)字）．5．用油膜法估測分子的大小，方法及步驟如下：①向體積V油=1ml油酸中加酒精，直至總量達(dá)到V總=200ml．②用注射器吸?、僦杏退峋凭芤?，把它一滴一滴地滴入小量筒中，當(dāng)?shù)稳雗=50滴時(shí)，測得其體積恰好是V0=1ml．③先往邊長30~40cm的淺盤里倒入2cm深的水，然后將_____________均勻地撒在水面上．④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將事先準(zhǔn)備好的玻璃板放在淺盤上，并在玻璃板上描下油酸膜的形狀．⑤將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，如圖，數(shù)出輪廓范圍內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)N，正方形邊長L=1cm．⑥根據(jù)以上信息，求出分子直徑．回答下列問題：（1）步驟③中應(yīng)填寫：____________；（2）1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V純是____________ml；（3）根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可求得分子直徑d=_________cm（保留一位有效數(shù)字）．6．在“用油膜法估測分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，已知實(shí)驗(yàn)室中使用的酒精油酸溶液的濃度為A，N滴溶液的總體積為V。在淺盤中的水面上均勻撒上痱子粉，將一滴溶液滴在水面上，待油膜穩(wěn)定后，在帶有邊長為a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的輪廓（如圖所示），測得油膜占有的正方形小格個(gè)數(shù)為X。①用以上字母表示一滴酒精油酸溶液中的純油酸的體積為______．②油酸分子直徑約為______．7．在觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中：（1）將激光束照在如圖乙所示的雙縫上，在光屏上觀察到的現(xiàn)象是圖甲中的______。（2）換用間隙更小的雙縫，保持雙縫到光屏的距離不變，在光屏上觀察到的條紋寬度將________；保持雙縫間隙不變，減小光屏到雙縫的距離，在光屏上觀察到的條紋寬度將______（以上均選填“變寬”“變窄”或“不變”）。8．某同學(xué)利用平行玻璃磚測量玻璃的折射率，按插針法步驟正確操作，借助刻度尺完成了光路圖。該同學(xué)有圓規(guī)，卻沒有量角器，他就以O(shè)點(diǎn)為圓心，15.00cm為半徑畫圓，分別交入射光線于A點(diǎn)，交直線的延長線于C點(diǎn)。分別過A、C點(diǎn)作法線NN’的垂線交NN’于B、D點(diǎn)，如圖所示。用刻度尺測得AB=9.00cm，CD=6.00cm，則玻璃的折射率n=______。若玻璃磚前后兩面并不平行，按正確實(shí)驗(yàn)操作，則他測出的折射率______（選填“會(huì)”或“不會(huì)”）受到影響。9．用雙縫干涉測光的波長。實(shí)驗(yàn)裝置如圖（甲）所示，已知單縫與雙縫間的距離L1=100mm，雙縫與屏的距離L2=700mm，雙縫間距d=0.5mm。用測量頭來測量亮紋中心的距離。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板左右移動(dòng)，讓分劃板的中心刻線對準(zhǔn)亮紋的中心如圖（乙）所示，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭，使分劃板中心刻線對準(zhǔn)另一條亮紋的中心，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)。（1）分劃板的中心刻線分別對準(zhǔn)第1條和第4條亮紋的中心時(shí)，手輪上的讀數(shù)如圖（丙）所示，則對準(zhǔn)第1條時(shí)讀數(shù)x1=_______mm、對準(zhǔn)第4條時(shí)讀數(shù)x2=_______mm（2）寫出計(jì)算波長λ的表達(dá)式_____（用符號表示），_____nm。10．圖所示為光學(xué)實(shí)驗(yàn)用的長方體玻璃磚，它的___面不能用手直接接觸．在用插針法測定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中，兩位同學(xué)繪出的玻璃磚和三個(gè)針孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的針正好擋住插在a、b位置針的像，但最后一個(gè)針孔的位置不同，分別為d、e兩點(diǎn)，如圖所示，計(jì)算折射率時(shí)，用___（填“d”或“e”）點(diǎn)得到的值較小，用___（填“d”或“e”）點(diǎn)得到的值誤差較小．11．已知雙縫到光屏之間的距離L=500mm，雙縫之間的距離d=0.50mm，單縫到雙縫的距離s=100mm，測量單色光的波長實(shí)驗(yàn)中，測得第1條亮條紋與第8條亮條紋的中心之間的距離為4.48mm，則相鄰亮條紋之間的距離△x=_________mm；入射光的波長λ=_________m（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．12．某小組做測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī)，筆，白紙。（1）下列哪些措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度______；A．選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B．選用兩光