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第 18 讲 热学和光学实验
命题规律 1.命题角度：(1)用油膜法估测油酸分子的大小；(2)探究等温情况下一定质量气
体压强与体积的关系；(3)测量玻璃的折射率；(4)用双缝干涉实验测光的波长.2.常用方法：
油膜法、控制变量法、单位圆法、图像法．
考点一 用油膜法估测油酸分子的大小
1．原理：认为油酸薄膜是由单层的油酸分子紧密排列组成，油膜的厚度就是油酸分子的直
径d＝，如图．
2．对“V”的测量
(1)配制一定浓度的油酸酒精溶液，设其浓度为n；
(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，读出它的体积为V；
0
(3)再把它一滴滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数N；
(4)则一滴油酸酒精溶液中，纯油酸的体积V＝n.
3．对“S”的测量
(1)数出轮廓范围内正方形的个数n，不足半个的舍去，多于半个的算一个；
0
(2)用正方形的个数乘单个正方形的面积S 计算出油膜的面积S(即nS)．
0 0 0
例1 某班级做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验．实验前，老师将酒精加入1 mL的
油酸中配制成1 000 mL的油酸酒精溶液．
(1)在实验时需要测量出一滴油酸酒精溶液的体积，具体的操作是：用________将事先配制
好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时液滴的数目．
(2)在浅盘中的水面上撒上爽身粉，将1滴油酸酒精溶液滴入水中后，下列现象正确的是
________．
A．油膜的面积先扩张后又稍微收缩了一些
B．油膜的面积先快速扩张后慢慢趋于稳定
(3)甲实验小组测得1 mL油酸酒精溶液为80滴，通过数1滴溶液在水面稳定后形成的油膜面
积对应的正方形的个数得到油膜的面积为250 cm2，可估算油酸分子的直径为________ m．
(计算结果保留一位有效数字)
(4)当结束实验或重复做实验时，需将水从浅盘的一角倒出，在这个角的边缘会遗留少许油
酸，为了保持浅盘的清洁，不影响下次使用，可以用适量________(选填“酒精”或“清
水”)清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗．考点二 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
1.实验法：控制变量法
实验装置如图
2．为保证等温变化，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．为保证气体密闭，应在活塞与注射器内壁间涂上润滑油，
注射器内外气体的压强差不宜过大．
3．在等温过程中，气体的压强与体积的关系在 p－V图像中呈现为双曲线(其中一支)，如图
甲．处理实验数据时，要通过变换，即画 p－图像，把双曲线(其中一支)变为直线，说明p
和V成反比，如图乙．这是科学研究中常用的数据处理的方法，因为一次函数反映的物理
规律比较直观，容易得出相关的对实验研究有用的参数．
例2 (2022·天津一中模拟)在“探究气体压强与体积的关系”的实验中，完成下列问题．
(1)实验中的研究对象是________________，实验中应保持不变的参量是________，它的体
积由________直接读出，它的压强由________传感器等计算机辅助系统得到．
(2)某同学在实验中测得的数据在计算机屏幕上显示如下表所示，仔细观察“p·V”一栏中的
数值，发现越来越小，造成这一现象的原因可能是________________．
序号 V(mL) p(×105 Pa) p·V(×105 Pa·mL)
1 20.0 1.001 0 20.020
2 18.0 1.095 2 19.714
3 16.0 1.231 3 19.701
4 14.0 1.403 0 19.642
5 12.0 1.635 1 19.621
A．实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力越来越大
B．实验时环境温度升高了
C．实验时外界大气压强发生了变化D．实验时注射器内的气体向外发生了泄漏
(3)某同学在一次实验中，计算机屏幕显示如图所示，其纵坐标表示封闭气体的压强，则横
坐标表示的物理量是封闭气体的________．
A．热力学温度T
B．摄氏温度t
C．体积V
D．体积的倒数
(4)实验过程中下列操作错误的是________．
A．推拉活塞时，动作要慢
B．推拉活塞时，手不能握住注射器含有气体的部分
C．压强传感器与注射器之间的软管脱落后，应迅速重新装上继续实验
D．活塞与针筒之间要保持气密性
考点三 测量玻璃的折射率
1．一个重要实验步骤
在玻璃砖的另一侧插上P，使P 挡住P、P 的像，再插上P，使P 挡住P 和P、P 的像．
3 3 1 2 4 4 3 1 2
2．三个数据处理的方法
(1)计算法：由n＝，算出不同入射角时的n值，并取平均值．
(2)图像法：作sin θ－sin θ 图像，由n＝可知其斜率为折射率．
1 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 ＝，sin θ ＝，OE
1 2
＝OE′＝R，所以用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n＝＝.
3．两个减小误差的实验要求
(1)实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P 和P 之间、P 和P 之间、P 和O、P 与
1 2 3 4 2 3
O′之间距离要稍大一些．
(2)入射角θ 不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)，当θ 太大时，反射光较强，出射光
1 1
较弱，当θ 太小时，入射角、折射角测量的相对误差较大．
1
例3 (2019·天津卷·9(2))某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，
刻度尺，圆规，笔，白纸．
(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度________．A．选用两光学表面间距大的玻璃砖
B．选用两光学表面平行的玻璃砖
C．选用粗的大头针完成实验
D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图
所示，其中实验操作正确的是________．
(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点 O为圆心作圆，
与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为
C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n＝________.(用图中线段的字母表示)
考点四 用双缝干涉实验测光的波长
1．实验装置图及实验器材(如图)
双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、
测量头、刻度尺．
2．原理：Δx＝λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ.
3．Δx的测量：调节测量头，使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读
数a；转动手轮，当分划板中心刻线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的读数
1
a；则相邻两条亮条纹间的距离Δx＝.
2
例4 用如图所示的实验装置观察双缝干涉图样．图中①是光源，②是滤光片，③是单缝，
④是带有双缝的遮光筒，⑤是光屏．双缝之间的距离是0.2 mm，用的是蓝色滤光片，从右
侧目镜中可以看到蓝色干涉条纹．
(1)下列操作能增大光屏上相邻两条亮条纹之间距离的是________．A．增大双缝之间的距离
B．把单缝向双缝的方向移动
C．将蓝色滤光片改成红色滤光片
D．把光屏向靠近双缝的方向移动
(2)转动测量头的手轮，先将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定
为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示，x ＝________ mm，然后同方向转动测量
1
头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示．则相邻两
亮条纹的间距是________ mm.
(3)如果已经量得双缝和光屏之间的距离是1 200 mm，则待测光的波长是________ m．(保留
三位有效数字)
1．小明同学利用如图甲所示装置测量大气压强．粗细均匀的弯曲玻璃管 A臂插入密封的烧
瓶，B臂与玻璃管C下部用软管连接，C管开口向上，一定质量的气体被水银封闭于烧瓶内．
开始时，B、C管内的水银面等高，在B管上标好此时水银面的位置K.
(1)对烧瓶加热，使烧瓶内的气体温度升高．为使封闭气体的体积不变，应将 C 管
________(填“向上”或“向下”)移动，直至________．
(2)实验中保持气体体积不变，不断加热烧瓶内的气体，记录气体的摄氏温度t和C管内的水
银面高出B管内的高度h.作出h－t图像如图乙，由图像得出开始时的温度T ＝________
0
K，大气压强p＝________ cmHg(大气压强保留1位小数)．
0
2．(2022·湖南涟源市第一中学测试)杨氏双缝干涉实验最成功的地方就是采用分光法找到了
两束相干光源.1834年，洛埃利用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)．洛埃
镜实验的基本装置如图甲所示，S为单色光源，M为平面镜，S光源直接发出的光和经过平
面镜M反射的光形成一对相干光源．设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分
别为a和L，光的波长为λ，在光屏上形成如图乙所示干涉条纹．(1)用某种单色光做干涉实验时，光屏上相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距离的表达式Δx＝
________，其中L的大小由图丙中的毫米刻度尺读出，L＝________ mm；a的大小由图丁
中的游标卡尺读出，a＝________ mm.
(2)已知光屏上第一条亮条纹x 到第七条亮条纹x 之间间距为7.2 cm，则该单色光的波长λ＝
1 7
________ nm.(结果保留整数)
