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2023 年高考物理二轮复习讲练测
专题17 光学与热学实验（精讲）
精讲考点 精讲内容
考点1 测量玻璃的折射率
考点2
用双缝干涉测量光的波长
考点3
用油膜法估测分子的大小
考点4
探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
【知识体系构建】
【典例方法突破】
一、测量玻璃的折射率
【例1】（2022年北京三模）在“测定玻璃的折射率”的实验中，实验小组在白纸上放好玻璃砖MNPQ，画出
玻璃砖与空气的两个界面aa'和bb'（如图）。
（1）实验小组内的三位学生在实验中
①第一位学生在纸上正确画出了玻璃砖的两个折射面aa′和bb′。因不慎碰动了玻璃砖，使它向aa′方向平移了
一点（如图1所示），以后的操作都正确无误，并仍以aa′和bb′为折射面画出了光路图，这样测出的折射率n
的值将_____（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）；
②第二位学生为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，画出的aa′和bb′都比实际的折射面向外侧平移了一些（如图
2所示）以后的操作都正确无误，并仍以aa′和bb′为折射面画出了光路图，这样测出的折射率n的值将_____
（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）；
③第三位学生的操作和所画的光路图都正确无误，只是所用的玻璃砖的两个折射面不平行（如图3所示）。用
这块玻璃砖测出的折射率n的值将_____（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）；（2）另一实验小组的甲、乙、丙、丁四位同学实验中得到如图所示的插针结果，由图可知
①从图上看，肯定把针插错了的同学是_____；
②从图上看，测量结果准确度最高的同学是_____。
【答案】 不变 偏小 不变 甲、乙 丁
【详解】（1）[1]同学1光路图，如图
由图可知 角度保持不变，所以n的值不变。
[2]同学2光路图，如图
由图可知 其中 变大，则n变小，即测量值偏小。
[3]同学3光路图，如图由于测量操作无误，所以测量值等于真实值，即不变。
（2）[4]根据结果画出的光路图如图所示
连线可以发现，甲的折射光线与入射光线处于法线的一侧，针插错了。乙同学的入射光线与折射光线在同一直
线上，肯定针也插错了。
[5]丁同学插针的位置距离较大，误差较小，所以测量结果准确度更高。
【例2】（2022年浙江联考）小显和小涛同学“用插针法测玻璃棱镜的折射率”
（1）小显同学按实验步骤，先在纸上插下二枚大头针P、P，然后在玻璃棱镜的另一侧插下另外二枚大头针，
1 2
如图（1）所示．则插针一定错误的是_______（填“PP＂或＂PP”）按实验要求完成光路图____，并标出相
3 4 5 6
应的符号，所测出的玻璃棱镜的折射率n＝_______．
（2）小涛同学突发奇想，用两块同样的玻璃直角三棱镜ABC来做实验，两者的AC面是平行放置的，如图
（2）所示．插针P、P 的连线垂直于AB面，若操作正确的话，则在图（2）中右边的插针应该是________
1 2
（选填＂PP＂、＂PP＂、＂PP＂、＂PP）
3 4 3 6 5 4 5 6【答案】
【详解】（1）光线经三棱镜折射后应该偏向底边，故插针一定错误的是“PP”； 光路如图；
5 6
根据光的折射定律：
（2）根据光路图可知，经过PP 的光线经两块玻璃砖的分界处后向下偏，然后射入右侧玻璃砖后平行射出，
1 2
则图（2）中右边的插针应该是PP；
5 6
【方法规律归纳】
1.实验目的:测定玻璃的折射率,掌握光发生折射的入射角和折射角的确定方法。
2.实验原理:用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O'B,确定出O'点,画出折射光线OO',然后测量出角θ
1
和θ,根据n= 计算玻璃的折射率。
2
3.测量玻璃的折射率实验中数据处理的方法
(1)计算法:由n=sin θ ,算出不同入射角时的n值,并取平均值。
1
sin θ
2
(2)图像法:作sin θ -sin θ 图像,由n=sin θ 可知其斜率为折射率。
1 2 1
sin θ
2(3)单位圆法:以入射点O为圆心,作半径为R的圆，如图所示,则sin θ =l ,sin θ =l ,l =l =R，所以
1 EH 2 E'H' OE OE'
l l
OE OE'
用刻度尺量出l 、l 的长度就可以求出n=sin θ l 。
EH E'H' 1= EH
sin θ l
2 E'H'
二、用双缝干涉测量光的波长
【例3】（2022年福建漳州三模）在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示。
（1）单缝宽度为h，双缝间距为d，双缝与屏距离为l，当采取下列四组数据中的哪一组时，可能在光屏上观
察到清晰可辨的干涉条纹___________。（填正确答案标号）
A． B．
C． D．
（2）当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图乙所示，读数为________ 。
（3）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示。则在这种情况下波长的测量值__________（填“大于”、“小于”或“等于”）实际值。
【答案】 C 4.945—4.944 大于
【详解】（1）[1]光通过单缝后需形成线光源，因此h必须比较小；根据 ，双缝与屏的距离l越大，
双缝间距d越小，干涉条纹间距越大，条纹越清晰。故选C。
（2）[2]手轮上分度值为0.01mm，故读数为
（3）[3]条纹与分划板中心刻线不平行时，实际值 为条纹与分划板中心刻线间的夹角，故
，由 得波长的测量值大于实际值。
【例4】（2022年北京东城二模）同学们利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源（灯
泡）正常发光，调整仪器从目镜中可以观察到干涉条纹。
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，下列操作可行的是__________；
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条亮纹中央到第n条亮纹中央间距离为x，则单色光的
波长 _________；
(3)若只将滤光片去掉，下列说法正确的是_________；
A．屏上出现彩色衍射条纹，中央是紫色亮纹B．屏上出现彩色衍射条纹，中央是白色亮纹
C．屏上出现彩色干涉条纹，中央是红色亮纹
D．屏上出现彩色干涉条纹，中央是白色亮纹
(4)随着学习的不断深入，同学们对光的本性有了更为丰富的认识。现在我们知道光既具有波动性，又具有粒
子性，即光具有波粒二象性。
①在双缝干涉实验中，某个光子打在光屏上落点的准确位置_________（选填“可以”或“不可以”）预测；
②在光电效应实验中，用紫外线照射锌板可以使光电子离开锌板，如果只增加紫外线的照射强度光电子的最大
初动能是否会增加。请说明你的观点及依据________________。
【答案】 B D 不可以 见解析
【详解】(1)[1]增加从目镜中观察到的条纹个数，则条纹的宽度减小，根据相邻亮条纹间的距离为 为
减小相邻亮条纹（暗条纹）间的宽度，可增大双缝间距离或减小双缝到屏的距离；故B正确，ACD错误。
故选B。
(2)[2]第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为x，则两个相邻明纹（或暗纹）间的距离为：
则单色光的波长为：
(3)[3]如果没有插滤光片，各种颜色的光都会发生干涉，在光屏的中央出现白色条纹，两边是彩色条纹，故D
正确，ABC错误。故选D。
(4)①[4]在光的双缝干涉实验中，某个光子打在光屏上的落点不可以预测，但大量光子打在光屏上将形成明暗
相间的干涉条纹，这说明光子落在各点的概率是不一样的，光子落在明条纹处的概率大，落在暗条纹处的概率
小，光子在空间出现的概率遵循波动规律，所以光波是一种概率波；
②[5]只增加紫外线的照射强度不会增加光电子的最大初动能。根据爱因斯坦的光电效应方程 ，光
电子的最大初动能与光的频率及金属的逸出功有关，与光的强度无关。因此当光的频率及金属的逸出功不变时，
只增加紫外线的照射强度，光电子的最大初动能不变。
【方法规律归纳】
1.实验目的:观察双缝干涉图样;测定单色光的波长。
2.实验原理:相邻两条明条纹间距Δx与入射光波长λ,双缝S、S 的间距d及双缝与屏的距离l满足关系式
1 2
。
3.用双缝干涉测量光的波长实验中数据处理的方法(1)调节测量头,使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a;
1
(2)转动手轮,当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时,记下手轮上的读数a;
2
|a -a |
(3)相邻两条纹间的距离Δx= 1 2 。
n-1
三、用油膜法估测分子的大小
【例5】（2022年上海徐汇一模） 在“油膜法测分子直径”的实验中，某同学操作如下：
①取 1.0 mL 油酸配成 250 mL 油酸酒精溶液；
②用滴管吸取1.0mL油酸酒精溶液逐滴滴入量筒，全部滴完共滴了 20 滴；
③在边长约 10 cm 的正方形浅盘内注入适量的水，将痱子粉均匀地撒在水面上，用滴管滴入一滴溶液；
④待油膜形状稳定后，将绘有方格的玻璃板放在浅盘上，绘出油酸膜的轮廓（如图所示），每个方格的边长为
1.0 cm。
（1）该实验中一滴油酸酒精溶液含________ml油酸；
（2）由上述数据估算得到油酸分子直径的数量级约为________m；
（3）若该同学在计算油酸膜面积时，对不完整的方格均不计数，由此估算得到的油酸分子直径数量级将
________（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）；
（4）已知油酸分子的直径约为 8×10−10 m，该同学实验结果产生偏差的可能原因是：_________，理由是：
_______。
【答案】 2×10−4 10−8 不变 油酸膜可能没有充分展开，形成的并不是单分子油膜
层 2×10−10 m3 的油酸若形成紧密排列的单分子膜时，膜面积约为 0.25 m2，远大于浅盘内的水面面
积，说明实际上油膜不可能仅是一层油酸分子构成的
【详解】（1）[1]该实验中一滴油酸酒精溶液含纯油酸
（2）[2]油膜的面积约为S=55×12×10-4m3 =5.5×10-3m3则分子直径
则油酸分子直径的数量级约为10-8m；（3）[3]若该同学在计算油酸膜面积时，对不完整的方格均不计数，则算得的油膜的面积偏小，则由此估算得
到的油酸分子直径偏大，但是数量级不变；
（4）[4][5]已知油酸分子的直径约为 8×10−10 m，该同学实验结果产生偏差的可能原因是：油酸膜可能没有充
分展开，形成的并不是单分子油膜层，理由是：2×10−10 m3的油酸若形成紧密排列的单分子膜时，膜面积约为
0.25 m2，远大于浅盘内的水面面积，说明实际上油膜不可能仅是一层油酸分子构成的。
【例6】（2022年北京中关村三模）(1)在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，已经准备的器材有∶油
酸酒精溶液、滴管、浅盘和水、玻璃板、彩笔、痱子粉、坐标纸、试剂瓶，要完成本实验，还欠缺的器材有
_______________。
(2)在用油膜法粗测分子直径的实验中，①滴在水面的是油酸酒精溶液而不是纯油酸，这是因为____________；
②在将油酸酒精溶液滴向水面前，要先在水面上均匀撒些痱子粉，这样做是为了_________________。
(3)如图反映“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）。
(4)在做“用油膜法估测分子大小”的实验中，已知实验室中使用的油酸酒精溶液的体积浓度为A，又用滴管测
得N滴这种油酸酒精溶液的总体积为V，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，
再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上，如图所示，测得油膜占有的小正方形个数为x。
①用以上字母表示油酸分子直径的大小d=________；
②从图中数得油膜占有的小正方形个数为x=_____________。
【答案】 量筒 纯油酸粘滞力较大，滴在水面不易形成单分子油膜，而油酸酒精溶液滴在水
面容易形成单分子油膜 界定油膜的边界 dacb 110（108~112均正确）【详解】(1)[1]在本实验中，要用量筒量取酒精和油酸，从而配置酒精油酸溶液，现在水槽中撒上痱子粉，在
将用酒精稀释过的油酸用滴管滴到水面上，将玻璃板盖在水槽上，在玻璃板上铺上坐标纸，用彩笔画出油膜的
边界，用数格子的方法得出形成的面积，则可根据体积公式求得分子直径，故实验还需要量筒。
(2)[2][3]实验中滴在水面上的是油酸酒精溶液而不是纯油酸，这是因为纯油酸粘滞系数较大，滴在睡水面不易
形成单分子油膜，而油酸酒精溶液滴在水面容易形成单分子油膜。在滴入油滴之前，要先在水面上均匀撒上痱
子粉，这样做是为了界定油膜的边界，便于描绘油膜形状。
(3)[4]“用油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配置油酸酒精溶液 测定一滴油酸酒精溶液的体积 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，很显然在实验的步骤中，是将1滴此
溶液滴在有痱子粉的浅盘里的水面上，等待形状稳定，因此操作先后顺序排列是dacb。
(4)[5][6]由题可知一滴油酸酒精溶液的体积 其中纯油酸的体积 所形成的油膜的面积为
每一滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积 解得 超过半格的算一个，不足半格的舍去，
从图中可以数出小正方形的有效个数为110。
【方法规律归纳】
1.实验目的:学会用油膜法估测分子的大小。
2.实验原理:将一定体积的油酸滴在水面上,测出单分子油膜面积,则油膜厚度可看作油酸分子的直径,即 。
3.用油膜法估测分子的大小
(1)理想化:认为油酸薄膜是由单层的油酸分子紧密排列组成。
(2)模型化:在估测油酸分子大小的数量级时,把每个油酸分子简化为球体。
(3)厚度直径化:认为油膜的厚度等于油酸分子的直径。
四、探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
【例7】（2022年上海青浦区二模）有同学在做“用DIS研究温度不变时气体的压强跟体积的关系”实验时，
缓慢推动活塞，在使注射器内空气体积逐渐减小。实验完成后，计算机屏幕上显示出如图所示的p－V图线
（其中实线是实验所得图线，虚线为一支参考双曲线）。
（1）开始实验后，压强传感器________（选填“需要”或“不需要”）调零；（2）仔细观察不难发现，该图线与玻意耳定律不够吻合，造成这一现象的可能原因是：_________；
（3）由于此图无法说明p与V的确切关系，所以改画p－ 图像。根据上述误差的图像画出的p－ 图像应
当与下列哪个图像最接近________；
A． B．
C． D．
（4）根据你在（2）中的判断，说明为了减小误差，应采取的措施是：______________。
【答案】 不需要 实验时环境温度降低了或注射器内的空气向外泄漏 A 在恒温
环境下做实验或在注射器活塞上涂上润滑油增强密封性
【详解】（1）[1]“用DIS研究温度不变时气体的压强跟体积的关系”实验时，压强传感器需要校准，不需要
调零。
（2）[2]当V减小时，图线逐渐偏离双曲线，即pV值逐渐减小，造成这一现象的可能原因是实验时环境温度
降低了或注射器内的空气向外泄漏。
（3）[3]pV值随V的减小的减小，即 图像的斜率随 的增大而减小，图像相对参考虚线向下偏移。
故选A。
（4）[4]根据（2）题的判断，为了减小误差，应采取的措施是在恒温环境下做实验或在注射器活塞上涂上润
滑油增强密封性。
【例8】（2022年上海虹口区二模）图（a）是“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积关
系”的实验装置。（1）实验中，连接注射器与压强传感器之间软管内的气体不可忽略。移动活塞，多次记录注射器上的体积刻
度V和压强传感器读数p，绘出的 图像可能为( )
A． B． C． D．
（2）用第（1）问中获得的数据绘制 图像，如图（b）所示，则连接注射器与压强传感器之间软管内气
体的体积为________________。
（3）若用天平测出若干粒大米的质量为m，然后将这些米粒装入上述装置中的注射器内，移动活塞，多次记
录注射器上的体积刻度V和压强传感器读数p，绘出图（c）所示的图像。则可求出大米的密度为
________________（用m、V、V 表示）。
1 2
（4）第（3）问中，若读出注射器上的体积刻度为V 之后，用手握住注射器左侧的大部分位置，向外拉动活
3
塞，其余操作无误，继续采集若干数据，请在图（c）中大致画出大于V 部分的图线。( )
3
【答案】 C V
1
【详解】（1）[1]由于连接注射器与压强传感器之间软管内的气体不可忽略，当压强增加后，连接部分软管内
的气体体积也减小，但连接部分体积未变，则注射器中有气体进入连接部分，相当于注射器漏气，当V减小时，
增大， p随之增加的程度不是线性关系，当V越小时，压强越大，进入软管内的气体越多，压强增加程度
越小，斜率越小，故绘出的 图像可能为C。故选C。
（2）[2]设连接注射器与压强传感器之间软管内气体的体积为V ，根据玻意耳定律
0则有 当 为0时，V=-V，代入上式得
1
（3）[3]设大米的体积为V ，以注射器内及软管内封闭的气体为研究对象，由玻意耳定律
米
则有 当 为0时，V=V，代入上式得 则可求出大米的密度为
2
（4）[4]用手握住注射器左侧的大部分位置，向外拉动活塞时，气体的温度会增加，由理想气体状态方程
知随着体积增加， 图像的斜率减小，故图像如图
【方法规律归纳】
1.实验目的:探究玻意耳定律。
2.实验原理:对理想气体要保持温度不变、质量不变,才能得到较好的实验效果,可以用图像处理数据。
3.为保持气体温度不变, 实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位;同时,改变体积过程应缓慢,以免影响密
闭气体的温度。
4.在等温过程中,气体的p-V图像呈现为双曲线,要通过坐标变换,画 图像,把双曲线变为直线,以方便判断p
和V成反比。
