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专题11 光学和热学实验
目录
01.题型综述................................................................错误: 引用源未找到
02.解题攻略................................................................错误: 引用源未找到
题组01 用油膜法估测油酸分子的大小.................................................................................................1
题组02 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系....................................................................4
题组03 测量玻璃的折射率.......................................................................................................................7
题组04 测量玻璃的折射率.......................................................................................................................9
03.高考练场..............................................................................12
1.本专题掌握四个基本实验：
(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.熟练应用油膜法、控制变量法、单位圆法、图像法。
题组01 用油膜法估测油酸分子的大小
【提分秘籍】
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；
热点题型·实验题攻略
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(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，读出它的体积为V0；
(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n0，不足半个的舍去，多于半个的算一个；
(2)用正方形的个数乘单个正方形的面积S0计算出油膜的面积S(即n0S0)。
【典例剖析】
【例1-1】(1)如图甲反映“用油膜法估测油酸分子的大小”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)；
(2)在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每1 000 mL 溶液中有0.6
mL 油酸。用注射器测得1 mL 上述溶液有75 滴，把1 滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，画出
油膜的形状。如图乙所示，坐标纸中正方形方格的边长为1 cm，试求：
①油酸膜的面积是________ cm2；
②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________ m3；
③按以上实验数据估测出油酸分子的直径是________ m(结果保留两位有效数字) 。
(3)若阿伏加德罗常数为NA，油酸的摩尔质量为M，油酸的密度为ρ。则下列说法正确的是________。
A．1 kg 油酸所含有分子数为ρNA
B．1 m3油酸所含分子数为
C．1 个油酸分子的质量为
D．油酸分子的直径约为
【变式演练】
【变式1-1】用油膜法估测油酸分子大小的实验步骤如下：
①向体积为V1的纯油酸中加入酒精，直到油酸酒精溶液总量为V2；
②用注射器吸取上述溶液，一滴一滴地滴入小量筒，当滴入n 滴时体积为V0；
③先往边长为30～40 cm 的浅盘里倒入2 cm 深的水；
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④用注射器往水面上滴一滴上述溶液，等油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在
玻璃板上描出油酸薄膜的形状；
⑤将画有油酸薄膜轮廓形状的玻璃板，放在画有许多边长为a 的小正方形的坐标纸上；
⑥计算出轮廓范围内正方形的总数为N，其中不足半个格的两个格算一格，多于半个格的算一格。
上述实验步骤中有遗漏和错误，遗漏的步骤是______________________ ；错误的步骤是
______________________________(指明步骤，并改正)，油酸分子直径的表达式d＝______。
题组02 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
【提分秘籍】
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。
【典例剖析】
【例2-1】某同学通过如图甲所示的实验装置，利用玻意耳定律来测定一颗形状不规则的冰糖的体积。
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(1)将冰糖装进注射器，通过推、拉活塞改变封闭气体的体积和压强。若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，
则________(填“需要”或“不需要”)重做实验。
(2)实验中通过活塞所在刻度读取了多组体积V 及对应压强p 的数据，为了在xOy 坐标系中获得直线图像，
应选择________。
A．p－V 图像
B．p－图像
C．V－图像
D.－图像
(3)选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到直线的函数图像如图乙所示，忽略传感器和注射器连接
处的软管容积，则这颗冰糖的体积为________。
【变式演练】
【变式2-1】如图甲是“用DIS 研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”的实验装置．主
要步骤如下：
①将压强传感器调零；
②在活塞上均匀涂抹润滑油，把活塞移至注射器满刻度处；
③逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器、计算机；
④推动活塞，记录多组注射器内气体的体积 V，以及相应的压强传感器示数 p。
(1)实验操作中，活塞上均匀涂抹润滑油，主要目的是________________。
(2)为了保持封闭气体的温度恒定，下列措施可行的是________。
A．注射器必须固定在竖直平面内
B．用手握注射器推拉活塞
C．缓慢推动活塞
(3)测得多组空气柱的压强 p 和体积 V 的数据后，为直观反映压强与体积之间的关系，若以p 为纵坐标，
则应以________为横坐标在坐标系中描点作图；小明所在的小组不断压缩气体，由测得数据发现图线的上
端出现了一小段弯曲，产生这一现象的可能原因是____________________(答一种即可)。
(4)另一小组实验时缓慢推动活塞，记录4 组注射器上的刻度数值V，以及相应的压强传感器示数p.在采集
第5 组数据时，压强传感器的软管脱落，重新接上后继续实验，又采集了4 组数据，其余操作无误．该小
组绘出的V－关系图像应是________。
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题组03 测量玻璃的折射率
【提分秘籍】
1．一个重要实验步骤
在玻璃砖的另一侧插上P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P3和P1、P2的像。
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 θ1－sin θ2图像，由n＝可知其斜率为折射率。
(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 θ1＝，sin θ2＝，OE＝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P1和P2之间、P3和P4之间、P2和O、P3与O′之间距离
要稍大一些。
(2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)，当θ1太大时，反射光较强，出射光较弱，当θ1太
小时，入射角、折射角测量的相对误差较大。
【典例剖析】
【例3-1】某同学用插针法测量某种材料制成的三棱镜的折射率，主要实验步骤如下：
(1)先在木板上铺一张方格纸，方格纸上的小格子均为正方形，将棱镜放在方格纸上，然后画出棱镜的界面，
如图所示。在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“·”表示大头针的位置，然后在另一侧透过棱镜观
察，并依次插上大头针P3和P4，利用相关实验器材测出棱镜的折射率，下列说法正确的有________；
A．P3只需挡住P2的像
B．P4挡住P3的同时，还要挡住P1和P2的像
C．该实验除刻度尺外，还必须使用量角器
D．该实验仅需使用刻度尺，无需使用量角器
(2)经正确操作，四枚大头针的位置如图所示，请在图上作出实验光路图；
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(3)依据光路图，可得该棱镜的折射率为______(计算结果保留3 位有效数字)。
【变式演练】
【变式3-1】长方体形状的玻璃砖有一个表面镀银(光线不能透过)，现利用“插针法”测定此玻璃砖的折射
率。如图甲所示，实验时，先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
个面在纸上画出直线m1m2和k1k2，其中m1m2侧为镀银面。然后在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2。
(1)准备插第三枚大头针时，应在________侧观察(选填“m1m2”或“k1k2”)；
(2)插第三枚大头针时，这枚大头针应_______________________________________；
A．只挡住P1的像
B．只挡住P2的像
C．同时挡住P1和P2的像
(3)插完所需大头针，补全光路。图乙为光路的一部分，A1、B1均为光路上的点，过A1、B1作直线k1k2的垂
线，垂足分别为A2、B2，已知图中A1O＝B1O，则玻璃砖的折射率可表示为________。
A.
B.
C.
D.
题组04 测量玻璃的折射率
【提分秘籍】
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a1；转动手
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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a2；则相邻两条亮条纹间的
距离Δx＝。
【典例剖析】
【例4-1】某同学利用如图甲所示装置测量某种单色光波长。实验时，接通电源使光源正常发光，调整光
路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：
(1)关于本实验下列说法正确的是________；
A．若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，可能是因为光源、单缝、双缝与遮光筒不共轴所致
B．A 处为单缝、B 处为双缝、滤光片在A 和B 之间
C．A 处为单缝、B 处为双缝、滤光片在凸透镜和A 之间
D．若想增加从目镜中观察到的条纹个数，可以换用间距更小的双缝
(2)某次测量时，选用的双缝的间距为0.4 mm，测得屏与双缝间的距离为0.5 m，用某种单色光实验得到的
干涉条纹如图乙所示，分划板在图中A、B 位置时游标卡尺的读数也如图乙中所示，则A 位置对应的读数
为________mm。B 位置对应的读数为15.6 mm，则所测单色光的波长约为________ nm(结果保留整数部分)；
(3)若某次实验观察到的干涉条纹与分划板的中心刻线不平行，如图丙所示，在这种情况测量相邻条纹间距
Δx，则波长λ 的测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)实际值。
【变式4-1】利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得
从目镜中可以观察到干涉条纹。
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(1)实验前打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮；然后光具座上
先放置b________和c________，再放置a________，就可以观察到单色光的双缝干涉图样(均选填“双缝”
“单缝”“滤光片”)。
(2)实验中已知双缝间的距离d＝0.3 mm，双缝到光屏的距离L＝1.2 m，某种单色光照射双缝时，用测量头
测量条纹间的宽度：先将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，如图甲所示，将该亮纹定为第1 条
亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示为________ mm；然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6
条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如图丙所示为________ mm，则这种单色光的波长为________ m(结果
保留两位有效数字)。
(3)上述实验中，若仅将红色滤光片更换为蓝色滤光片，则相邻亮纹中心间距________(选填“增大”“减
小”或“不变”)。
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
2．（2024·江西·高考真题）某同学用普通光源进行双缝干涉测光的波长实验。下列说法正确的是（ ）
A．光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、双缝、单缝、遮光筒、测量头等元件
B．透镜的作用是使光更集中
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C．单缝的作用是获得线光源
D．双缝间距越小，测量头中观察到的条纹数目内越多
3．（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
。
4．（2024·北京·高考真题）某同学测量玻璃的折射率，作出了如图所示的光路图，测出了入射角i 和折射
角r，则此玻璃的折射率n = 。
5．（2023·山东·高考真题）利用图甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度
的注射器竖直固定在铁架台上，注射器内封闭一定质量的空气，下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞
上端固定一托盘，托盘中放入砝码，待气体状态稳定后，记录气体压强
和体积
（等于注射器示数
与
塑料管容积
之和），逐次增加砝码质量，采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。
回答以下问题：
（1）在实验误差允许范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况下，一定质量的
气体 。
A．
与
成正比 B．
与
成正比
（2）若气体被压缩到
，由图乙可读出封闭气体压强为
（保留3 位有效数字）。
（3）某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了
，则在计算
乘积时，他的计算结果与同组
正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随
的增大而 （填“增大”或“减小”）。
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6．（2024·浙江·高考真题）如图所示，用“插针法”测量一等腰三角形玻璃砖（侧面分别记为A 和 B、顶
角大小为
）的折射率。
①在白纸上画一条直线ab，并画出其垂线cd，交于O 点；
②将侧面A 沿ab 放置，并确定侧面B 的位置ef
③在cd 上竖直插上大头针P1和P2，从侧面B 透过玻璃砖观察P1和P2，插上大头针P3，要求P3能挡住
（选填“P1”、“P2”或“P1和P2”）的虚像；
④确定出射光线的位置 （选填“需要”或“不需要”第四枚大头针；
⑤撤去玻璃砖和大头针，测得出射光线与直线ef 的夹角为α，则玻璃砖折射率 n= 。
7．（2024·安徽·高考真题）某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验．
(1)为测量玻璃的折射率，按如图所示进行实验，以下表述正确的一项是________。（填正确答案标号）
A．用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a 和
B．在玻璃砖一侧插上大头针
、
，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使
把
挡住，这样就
可以确定入射光线和入射点
。在眼睛这一侧，插上大头针
，使它把
、
都挡住，再插上大头针
，使它把
、
、
都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点
C．实验时入射角
应尽量小一些，以减小实验误差
(2)为探究介质折射率与光的频率的关系，分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面．
保持相同的入射角，根据实验结果作出光路图，并标记红光和绿光，如图乙所示．此实验初步表明：对于
同一种介质，折射率与光的频率有关．频率大，折射率 （填“大”或“小”）
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(3)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图丙、丁所示。保持
相同的入射角
，测得折射角分别为
、
，则玻璃和该介质的折射率大小关系为n 玻璃
n 介质（填“
”或“
”）。此实验初步表明：对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。
8．（2024·河北·高考真题）某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图1 所示，其中测量
头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。
该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹
中心位置对应的游标尺读数，如表所示：
单色光类别
单色光1
10.60
18.64
单色光2
8.44
18.08
根据表中数据，判断单色光1 为 （填“红光”或“绿光”）。
9．（2024·湖北·高考真题）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：
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①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线
和
，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴
，
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
、
，
、
是垂足，并用米尺分别测量
、
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
图像，如图（b）所示。
(1)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)根据
图像，可得玻璃砖的折射率为 （保留三位有效数字）。
(3)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”）。
10．（2023·广东·高考真题）某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率，实验过程如下：
（1）将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界
（2）①激光笔发出的激光从玻璃砖上的
点水平入射，到达
面上的
点后反射到
点射出．用大头针
在白纸上标记
点、
点和激光笔出光孔
的位置
②移走玻璃砖，在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作
连线的延长线与
面的边界交于
点，
如图（a）所示
③用刻度尺测量
和
的长度
和
．
的示数如图（b）所示，
为
。测得
为
（3）利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式
；由测得的数据可得折射率
为
（结果保留3 位有效数字）
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（4）相对误差的计算式为
。为了减小
测量的相对误差，实验中激光在
点入射时应尽量使入射角 。
11．（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S1处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S2处，回答下列问题：
（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 = l1，OA = l2，S1S2= l3，则折射率n = （用l1、l2、l3表示）；
（3）若改用宽ab 更小的玻璃砖做实验，则S1S2间的距离会 （填“变大”，“变小”或“不
变”）。
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