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专题 21 热学和光学实验
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01热学和光学实验·················································································2
考向一 热学类及创新实验··············································································································2
考向二 光学类及创新实验··············································································································601热学和光学实验
考向一 热学类及创新实验
1．（2023·江苏·高考真题）在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。利用注射器
选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是（ ）
A．把柱塞快速地向下压
B．把柱塞缓慢地向上拉
C．在橡胶套处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞
D．在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞
【答案】B
【详解】因为该实验是要探究气体等温变化的规律；实验中要缓慢推动或拉动活塞，目的是尽可能保证封
闭气体在状态变化过程中的温度不变；为了方便读取封闭气体的体积不需要在橡胶套处接另一注射器。
故选B。
2．（2023·北京·高考真题）用油膜法估测油酸分子直径是一种通过测量宏观量来测量微观量的方法，已
知1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V，在水面上形成的单分子油膜面积为S，则油酸分子的直径
。
【答案】
【详解】[1]油酸分子的直径为 。
3．（2024·福建宁德·福建省宁德第一中学校考一模）在估测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：
①取油酸 1.0mL注入 2500mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到 2500mL的刻度为止，
摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液；
②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数，直到达到1.0mL为止，恰好共滴了100滴；
③在边长约40cm的浅水盘内注入约2cm深的水，将细爽身粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸的酒
精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有
爽身粉，可以清楚地看出油膜轮廓；④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油膜的形状；
⑤将画有油酸膜形状的玻璃板放在边长为1.0cm的方格纸上。
（1）利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积为 m3，求得的油酸分
子直径为 m（此空保留一位有效数字）。
（2）于老师在该实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较，数据偏大。出现这种结果的原
因，可能是 。
A．计算油酸膜面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理
B．水面上爽身粉撒的较多，油酸膜没有充分展开
C．求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多记了10滴
【答案】 B
【详解】（1）[1]一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积为 ，[2]由图可知油膜
中大约有112个小方格，则油膜面积为 ，则油酸分子直径为
，（2）[3]于老师在该实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的
比较，数据偏大，根据 。A．计算油酸膜面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理，则
油膜面积测量值偏大，油酸分子的直径测量值偏小，故A错误；B．水面上爽身粉撒的较多，油酸膜没有
充分展开，则油膜面积测量值偏小，油酸分子的直径测量值偏大，故B正确；C．求每滴溶液体积时，
1mL的溶液的滴数多记了10滴，则一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积测量值偏小，油酸分子的直径测量值
偏小，故C错误。故选B。
4．（2024·江西·统考一模）某小组探究气体在等温变化时压强随体积变化的规律．实验方案如下：在带
刻度的注射器内密封一段掺入酒精蒸气的空气，然后将注射器与气体压强传感器连接管相连接。气体压强p由传感器测量，气体体积V等于注射器读数与连接管的容积 之和。
（1）实验时手不要握注射器筒，且应缓慢推动注射器活塞，其目的是 。
（2）下表是小组采集的一组数据，数据真实可靠，请在图中补充描出第6至9个数据点，并画出 图
线 。
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
99.0 110.0 120.9 135.4 154.7 181.2 223.3 291.1 330.0
21.0 19.0 17.0 15.0 13.0 11.0 9.0 7.0 5.0
0.048 0.053 0.059 0.067 0.077 0.091 0.111 0.143 0.200
（3）由 图可知，前8个数据点的分布情况说
明：在等温变化时，气体的压强与体积关系为 ；第9个数据点显著偏离上述
规律，小组猜想是因为气体的质量减小了，下列哪个选项支持该猜想 。
A．部分酒精蒸气进入气体压强传感器连接管
B．在测量第9个数据点时发现注射器筒壁出现模糊，部分酒精蒸气液化
【答案】 减小热传递和做功对气体温度的影响成反比 B
【详解】（1）[1]实验时手不要握注射器筒，且应缓慢推动注射器活塞，其目的是减小热传递和做功对气
体温度的影响。（2）描点如图所示
（3）[3]由 图可知，前8个数据点的分布情况说明：在等温变化时，气体的压强与体积成反比；[4]由
图可知，第9个数据点显著偏离上述规律，可能是在测量第9个数据点时部分酒精蒸气遇冷液化使注射器
筒壁出现模糊。故选B。考向二 光学类及创新实验
1．（2023·海南·高考真题）用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与屏P平行放置，从另一侧用激光
笔以一定角度照射，此时在屏上的S 处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S 处，回答下列问题：
1 2
（1）请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图 ；
（2）已经测出AB = l，OA = l，SS= l，则折射率n = （用l、l、l 表示）；
1 2 1 2 3 1 2 3
（3）若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则SS 间的距离会 （填“变大”，“变小”或“不
1 2
变”）。
【答案】 变小
【详解】（1）[1]根据题意画出光路图如下图所示
（2）设光线入射角为θ、折射角为α，则在C点根据折射定律有nsinθ = sinα，由于射入玻璃砖的入射角是
射出玻璃砖的折射角，则S1S2= CB，根据几何关系可知 ， ，联立解得。（3）[3]若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则画出光路图如下
可看出S1S2间的距离变小。
2．（2021·浙江·高考真题）小明同学在做“测定玻璃的折射率”实验时，发现只有3枚大头针，他把大
头针A、B、C插在如图所示位置，并测出了玻璃的折射率。请在答题纸相应方框中画出光路图，标出入射
角i和折射角r， 并写出折射率n的计算式 。
【答案】
【详解】光路图如图所示根据折射定律可知 。
3．（2021·浙江·高考真题）图示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中:
①观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是 。(单选）
A．旋转测量头 B．增大单缝与双缝间的距离 C．调节拨杆使单缝与双缝平行
②要增大观察到的条纹间距，正确的做法是 (单选）
A．减小单缝与光源间的距离 B．减小单缝与双缝间的距离
C．增大透镜与单缝间的距离 D．增大双缝与测量头间的距离
【答案】 C D
【详解】①[1]若粗调后看不到清晰的干涉条纹，看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝
不平行；要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行。故选C。②[2]根据 ，可
知要增大条纹间距可以增大双缝到光屏的距离l，减小双缝的间距d；故选D。
4．（2024·全国·校联考模拟预测）甲、乙两同学在做“测定玻璃的折射率”的实验时，分别选用平行玻
璃砖/半圆形玻璃砖做实验。（1）甲同学在画好平行玻璃砖界面两条直线后，不慎误将玻璃砖向上平移至图甲中虚线位置，而其他操
作均正确，则测得的折射率将 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
（2）乙同学插大头针 、 确定和射光线，另一侧垂直纸面插大头针 ， 为折射光线，作BA、CD垂
直于法线于A、D两点；则玻璃砖的折射率可表示为 （用图中线段长度表示）；若乙同学在
插大头针 前不小心将玻璃砖以O为圆心逆时时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将
（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
【答案】 不变 偏小
【详解】（1）[1]如图所示
可知所作的折射光线与实际的折射光线平行，所以在入射角和折射角测量准确的情况下，测得的折射率将
不变。（2）[2]根据折射定律可得玻璃砖的折射率为 ，[3] 实验中该同学在插大
头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心逆时针转过一小角度，可知折射光线将以O为圆心逆时针转动，则
AB的测量值不变，CD的测量值变大，由 ，可知测得玻璃砖的折射率将偏小。
5．（2024·福建漳州·统考二模）某小组用如图甲所示的双缝干涉装置来测量红光的波长。所用器材有：
光具座、毛玻璃屏、双缝、白光光源、单缝、红光滤光片等光学元件。（1）实验过程如下：
①取下遮光筒左侧的元件，打开光源，调节光源高度和角度，使它发出的光束能直接沿着遮光筒的轴线把
屏照亮；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，使各元件的中心位于遮光筒的轴线上，调节单、双缝间距并使
之相互平行。要使白光通过器材A后获得单一颜色的红光，则图中器材A的名称是 （填“滤光
片”或“单缝”）；
③用米尺测量双缝到屏的距离L；
④将测量头（其读数方法同螺旋测微器）的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该条亮纹定为第1
条亮条纹。转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，如图乙所示，此时示数为
mm，再求得相邻亮条纹的间距 ；
⑤已知双缝间距d，可求得所测红光的波长。
（2）关于本实验，下列说法正确的是 。（填正确答案标号）
A．减小双缝间距，干涉条纹间距减小 B．增大双缝到屏的距离，干涉条纹间距增大
C．去掉器材A后，干涉现象消失 D．若挡住双缝中的一条缝，屏上也会有条纹
【答案】 滤光片 /13.869/13.871 BD/DB
【详解】（1）②[1]获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片；④[2]测量头固定刻度读数为 ，可
动刻度读数为 ，示数为 ，（2）[3]A.由 可知，
减小双缝间距d，干涉条纹间距将增大，A错误；B.增大双缝到屏的距离L，干涉条纹间距将增大，B正确；
C.去掉滤光片后，干涉现象不会消失，会出现彩色的干涉条纹，C错误；D.发生干涉现象时，若挡住双缝
中的一条缝，屏上也会有条纹，是衍射条纹，D正确。故选BD。
6．（2024·全国·模拟预测）长方体玻璃砖的一个表面镀银（光线不能透过），为测定此玻璃砖的折射率，
某同学列出主要实验步骤如下：①如图甲所示，将玻璃砖平放到水平面内的白纸上，镀银面与纸面垂直，贴着玻璃砖前、后两个面在纸上
分别画出直线 和 ，其中 侧为镀银面；
②在白纸上竖直插上两枚大头针 ， ，在 侧观察并插入两枚大头针 ， ；
③拔掉大头针，做入射光线和出射光线的光路图，入射光线与出射光线分别与 交于O点和 点，如图
乙所示；
④作 的中垂线AB交 于A点，交 于B点，延长入射光线交AB于C点。
（1）插第三枚大头针时，应使其 。（填正确答案标号）
A．只挡住 的像
B．只挡住 的像
C．同时挡住 、 的像
（2）该玻璃砖的折射率为 。（填正确答案标号）
A． B． C．
（3）若在插入两枚大头针 、 前，玻璃砖平行向下移动了少许，则折射率的测量结果比真实值
。（填正确答案标号）
A．偏大 B．偏小 C．等于
【答案】 C A A
【详解】（1）[1]插第三枚大头针时，这枚大头针应同时挡住 和 的像。故选C。
（2）[2]如图所示由几何关系知 ，故选A。[3]如图所示
若在插入两枚大头针 ， 前，玻璃砖平行向下移动了少许，入射角的真实值 等于入射角的测量值 ，
折射角的真实值 大于折射角的测量值 ，故折射率的测量结果比真实值偏大。故选A。
