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第 18 练 热学和光学实验
1.(8分)(2024·江苏省常州高级中学质量调研)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，将1 mL的纯
油酸配制成5 000 mL的油酸酒精溶液，用注射器测得1 mL溶液为80滴，再滴入1滴这样的溶液到准备好
的浅盘中，描出的油膜轮廓如图所示，每格边长是0.5 cm，根据以上信息，回答下列问题：
(1)(2分)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为 mL；
(2)(3分)油酸分子的直径约为 m；(结果保留一位有效数字)
(3)(3分)甲、乙、丙三位同学分别在三个实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，但都发生了
操作错误。其中会导致所测的分子直径d偏小的是 。
A.甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值大一
些
B.乙同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，
这个拿错的注射器的针管比原来的细，每滴油酸酒精溶液的体积比原来的小
C.丙同学在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些
2.(8分)(九省联考·江西·11)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(1 cm3)之和。
(1)(2分)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 。
1
(2)(2分)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p-
V
图线。
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
p/kPa 99.0 110.0 120.9 135.4 154.7 181.2 223.3 291.1 330.0
V/cm3 21.0 19.0 17.0 15.0 13.0 11.0 9.0 7.0 5.0
1
/cm-3 0.048 0.053 0.059 0.067 0.077 0.091 0.111 0.143 0.200
V1
(3)(4分)由p- 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
V
；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
3.(8分)(2024·河北张家口市期末)某实验小组的同学利用如图所示的双缝干涉实验装置测量光的波长。
(1)(2分)实验过程中，在光屏上得到了明暗相间的红色条纹，则下列说法正确的是 。
A.仅将红色滤光片换成绿色滤光片，条纹间距将变大
B.若取下滤光片在屏上可得到明暗相间的白色条纹
C.若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可以减小单缝到双缝的距离
D.若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可以换用两缝间距更大的双缝
(2)(3分)已知实验过程中观察到分划板中心刻线与第1条亮条纹中心对齐时，手轮的读数如图甲所示；转
动手轮，分划板中心刻线与第7条亮条纹中心对齐时，手轮的读数如图乙所示，则相邻两条亮条纹之间的
距离为 mm。
(3)(3分)已知双缝到光屏之间的距离为L=500 mm，双缝之间的距离为d=0.4 mm，则该红色光的波长为λ=
nm。
4.(8分)(2024·湖北卷·11)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下：①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线AA'和BB'，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA'，
并使其圆心位于O点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图(a)所示。
②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点M。
③拿走玻璃砖，标记CO光线与半圆弧的交点P。
④分别过M、P作BB'的垂线MM'、PP'，M'、P'是垂足，并用米尺分别测量MM'、PP'的长度x和y。
⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x和y的数据。根据这些数据作出y-x图像，如图(b)所示。
(1)(2分)关于该实验，下列说法正确的是 (单选，填标号)。
A.入射角越小，误差越小
B.激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差
C.选择圆心O点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显
(2)(3分)根据y-x图像，可得玻璃砖的折射率为 (保留三位有效数字)。
(3)(3分)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果 (填“偏
大”“偏小”或“不变”)。
5.(8分)两个实验小组做“探究等温情况下一定质量气体的压强与体积的关系”的实验。(1)(4分)第一个实验小组的同学利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律，注射器中密封了一定质
量的气体。
①实验过程中，下列操作正确的是 。(填正确答案标号)
A.应该以较快的速度推拉柱塞来改变空气柱的体积
B.实验前应先利用天平测量出注射器、柱塞及压力表的总质量
C.推拉柱塞时，手不可以握住整个注射器
D.实验过程中要保证橡胶套的密闭性良好，以保证空气柱的质量一定
②实验时，缓慢推动活塞，注射器内空气柱的体积逐渐减小。若实验过程中环境温度逐渐降低，测得多组
1
空气柱的压强p和体积V的数据，则实验得到的p- 图像应为下列选项图中的 。(填正确答案标
V
号)
(2)(4分)第二个实验小组的同学用气体压强传感器做实验，实验装置如图乙所示。在操作规范、不漏气的
1
前提下，测得多组压强p和体积V的数据并作出V- 图像，发现图线不过坐标原点，如图丙所示。造成这
p
一结果的原因是 ；图丙中V 的物理含义是 。
0
6.(10分)(2024·辽宁鞍山市第一中学期末)如图甲所示，用插针法测定玻璃砖折射率。
(1)(3分)在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图乙
所示，从图乙可知玻璃砖的折射率为 ；
(2)(3分)该实验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P O、折射光线OO'的延长线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN'的垂线，垂足分别为
1
C、D点，如图丙所示，则玻璃砖的折射率n= (用图丙中线段的字母表示)；
(3)(4分)该实验小组同学突发奇想用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验，两块棱镜放在空气中，两者
的AC面是平行放置的，插针P 、P 的连线垂直于AB面，若操作无误，则在图中右边的插针应该是
1 2
。A.P 、P B.P 、P C.P 、P D.P 、P
3 6 3 8 5 6 7 8答案精析
1.(1)2.5×10-6 (2)7×10-10 (3)A
1 1
解析 (1)根据题意可知一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为V = × mL=2.5×10-6 mL
0 80 5 000
(2)由题图所示油膜可知，油膜所占坐标纸的格数为144个，油膜的面积为S=144×0.5×0.5 cm2=36 cm2，则
V 2.5×10-6×10-6
油酸分子的直径约为d= 0= m≈7×10-10 m
S 36×10-4
V
(3)根据d= 0 ，甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸浓度比计算值大了一
S
些，算出的一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积比实际值小，导致所测的分子直径d偏小，故A正确；乙同
学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿
错的注射器的针管比原来的细，每滴油酸酒精溶液的体积比原来的小，则一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体
积变小，对应的油膜面积S变小，但体积V 还是按原来的注射器算的，导致所测的分子直径d偏大，故B
0
错误；丙同学在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，则计算的油膜面积S比实际面积小一些，
导致所测的分子直径d偏大，故C错误。
2.(1)减小热传递和做功对气体温度的影响
(2)
(3)成反比 B
3.(1)D (2)0.75 (3)600
L
解析 (1)根据双缝干涉条纹间距公式Δx= λ可知，仅将红色滤光片换成绿色滤光片，波长减小，条纹间
d
距将变小，故A错误；若取下滤光片在屏上可得到中央为白色的亮条纹，两侧为明暗相间的彩色条纹，故
B错误；若想增加从目镜中观察到的条纹个数，可以通过减小条纹间距来实现，换用双缝到光屏距离更短
的遮光筒，减小L，条纹间距减小，目镜中观察到的条纹个数增加，或者用两缝间距更大的双缝，增大
d，条纹间距减小，目镜中观察到的条纹个数增加，而单缝到双缝的距离对此无影响，故C错误，D正确。
(2)10分度游标卡尺的精确度为0.1 mm，第1条亮条纹的测量值x =11 mm+1×0.1 mm=11.1 mm
1
第7条亮条纹的测量值x =15 mm+6×0.1 mm=15.6 mm，相邻亮条纹之间的距离
2
x -x 15.6-11.1
Δx= 2 1= mm=0.75 mm。
7-1 7-1L dΔx 0.4×10-3×0.75×10-3
(3)根据双缝干涉条纹间距的公式Δx= λ，入射光的波长λ= = m=6×10-7 m=600
d L 500×10-3
nm。
4.(1)B (2)1.57 (3)不变
解析 (1)入射角适当即可，不能太小，入射角太小，导致折射角太小，测量的误差会变大，故A错误；
激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差，故B正确；
相同的材料在各点的折射效果都一样，故C错误。
(2)设半圆柱体玻璃砖的半径为R，根据几何关系可得
y
入射角的正弦值为sin i=
R
x
折射角的正弦值为sin r=
R
sini y
则折射率为n= =
sinr x
可知y-x图像的斜率大小表示折射率，即
44mm
n= ≈1.57
28mm
(3)根据(2)中数据处理方法可知折射率与半径无关，若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，
则折射率的测量结果不变。
5.(1)①CD ②A (2)胶管的容积不可忽略 连接压强传感器和注射器的胶管的容积
解析 (1)①应该以较慢的速度推拉柱塞来改变空气柱的体积，以避免操作动作过快使空气柱的温度发生改
变，故A错误；
因压强由压力表测得，不是由平衡条件计算出的，所以实验前不需要利用天平测量出注射器、柱塞及压力
表的总质量，故B错误；
实验过程中手不能握住整个注射器，以免改变空气柱的温度，使空气柱发生的不是等温变化，故C正确；
实验过程中要保证橡胶套的密闭性良好，以保证空气柱的质量一定，故D正确。
pV CT 1
②根据理想气体状态方程 =C，可得p= ，可知随着环境温度逐渐降低，p- 图像的斜率会逐渐减小，
T V V
故A正确。
p(V +V ) CT
(2)根据理想气体状态方程得 0 =C，解得V= -V ，造成这一结果的原因是胶管的容积不可忽略；
T p 0
题图丙中V 的物理含义是连接压强传感器和注射器的胶管的容积。
0
AC
6.(1)1.5 (2) (3)C
BD
sin θ
1
解析 (1)根据题意，由折射定律结合题图甲可知，玻璃砖的折射率为n=
sin θ
21 0.6
可知题图乙中图线斜率的倒数等于n，即n= = =1.5
k 0.4
(2)根据题意，由折射定律结合题图丙可知，玻璃砖的折射率为
AC
sin∠AOC AO
n= =
sin∠BOD BD
BO
又有AO=BO
AC
整理可得n=
BD
(3)
光路图如图所示
根据光路图可知，经过P 、P 的光线经两块玻璃砖的分界处向下偏转，然后射入右侧玻璃砖后平行射出，
1 2
所以在图中右边的插针应该是P 、P ，故选C。
5 6
