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专题48 光学和热学实验
考点
三年考情（2022-2024）
命题趋势
考点1 光学实
验
（5 年3 考）
2024 年高考湖北卷：某同学利用激光测量半圆
柱体玻璃砖的折射率。
2024 年高考北京卷：某同学测量长方体玻璃的
折射率。
2024 年6 月高考浙江卷：用“插针法”测量一
等腰三角形玻璃砖。
2023 年高考海南卷： 用激光测玻璃砖折射率的
实验。
2023 年高考广东卷：某同学用激光笔和透明长
方体玻璃砖测量玻璃的折射率。
2024 年高考河北卷、江西卷和广东卷：某同学
通过双缝干涉实验测量单色光的波长。
1. 光学实验包括：测量玻璃砖的
折射率和利用双缝干涉实验仪测
量光的波长实验，高考考查频率
较高。
2. 热学实验包括用油膜法估测油
酸分子直径和探究等温条件下气
体压强与体积的关系，高考考查
频率不高。
考点2 热学实
验
（5 年2 考）
2023 年高考江苏学业水平选择性考试：“探究
气体等温变化的规律”的实验
2023 高考山东高中学业水平等级考试：探究等
温条件下气体压强与体积的关系。
2023 年高考北京卷：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，
1
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考点01 光学实验
1. （2024 年高考湖北卷）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
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”）。
【答案】（1）B （2）1.57
（3）不变
【解析】
（1）A．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；
B．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；
C．相同的材料在各点的折射效果都一样，故C 错误。
故选B。
2
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（2）设半圆柱体玻璃砖的半径为
，根据几何关系可得入射角的正弦值为
折射角的正弦值为
折射率
可知
图像斜率大小等于折射率，即
（3）根据（2）中数据处理方法可知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。
2．（2024 年高考北京卷）（1）某同学测量玻璃的折射率，作出了如图1 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
___________________．
图1
【参考答案】
【名师解析】由折射定律，则此玻璃的折射率n=
3. （2024 年6 月高考浙江卷）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。
3
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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=____________________。
【答案】 ③. P1和P2 ④ 不需要 ⑤
【解析】
③[1]要求P1和P2在一条光线上，该光线透过玻璃砖后过P3，故P3要能挡住P1和P2的虚像；
④[2]cd 与ab 垂直，则过P1和P2的光线与ab 垂直，光垂直入射时传播方向不变，可确定ef 边上的入射点，
此时只需要找到折射光线上的一点即可确定出射光线，不需要插第四枚大头针；
⑤[3]根据几何关系可知入射角为
，折射角为
，故
4. （2023 年高考海南卷） 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：
4
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（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”）。
【参考答案】 ①.
②.
③. 变小
【名师解析】
（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
5
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可看出S1S2间的距离变小。
5．（7 分）（2023 年高考广东卷）11．（7 分）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
．
（4）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）．
（5）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________．
【参考答案】（3）2.25 （4）
（5）小
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【名师解析】（3）根据刻度尺读数规则，d1=2.25cm。
（4）设fM=d，则MQ 与玻璃砖的边界夹角α 的余弦为cosα=d/d1，折射线MO 与玻璃砖的边界夹角β 的余
弦为cosβ=d/d2。玻璃砖折射率的表达式n=
=
=
。
（5）为了减小
测量的相对误差，实验中尽可能使
大一些，即激光在
点入射时应尽量使
入射角小一些。
6. （2024 年高考河北卷）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”）。
【答案】绿光
【解析】
根据
，可得
由图表带入数据可知
故
则
7
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已知绿光的波长小于红光波长，则单色光1 是绿光。
7 （2024 年高考广东卷）在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮
光筒和光屏。遮光筒不可调节。打开并调节_____。使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮。取下光屏，装上
单缝、双缝和测量头。调节测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到_____。
【参考答案】（3）光源 清晰的干涉条纹
【名师解析】（3）打开并调节光源，使光束沿轴线照亮光屏。取下光屏，装上单缝、双缝和测量头，调
节测量头，并缓调节单缝的角度直到目镜中观察到清晰的干涉条纹。
8. （2024 高考江西卷）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
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
【答案】BC
【解析】
进行双缝干涉测光的波长实验，光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、测量头等
元件，故A 错误；透镜的作用是使光更集中，故B 正确；单缝的作用是获得线光源，故C 正确；根据条纹
间距公式
可知双缝间距越小，相邻亮条纹的间距较大，测量头中观察到的条纹数目内越少，故
D 错误。
9. （2024 高考辽宁卷）某同学自制双缝干涉实验装置，在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固
定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示。用绿色激光照双缝，能在墙面上观
察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮纹中央间距变小的是（ ）
A. 换用更粗的头发丝
B. 换用红色激光照双缝
C. 增大纸板与墙面
距离
8
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D. 减小光源与纸板的距离
【答案】A
【解析】根据双缝干涉条纹间隔公式，△x=Lλ/d，要使相邻两亮条纹中央间距变小，可使双缝间距d 变大，
即换用更粗的头发丝，A 正确；若换用红色激光照射双缝，由于红光的波长大于绿光，则相邻两亮条纹中
央间距变大，B 错误；若增大纸板与墙面的距离，即增大L，则相邻两亮条纹中央间距变大，C 错误；减小
光源与纸板的距离，则相邻两亮条纹中央间距不变，D 错误。
10. （2024 高考广西卷）如图，S 为单色光源，S 发出的光一部分直接照在光屏上，一部分通过平面镜反射
到光屏上。从平面镜反射的光相当于S 在平面镜中的虚像发出的，由此形成了两个相干光源。设光源S 到
平面镜和到光屏的距离分别为a 和l，
，镜面与光屏垂直，单色光波长为
。下列说法正确的是（
）
A. 光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为
B. 光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为
C. 若将整套装置完全浸入折射率为n 的蔗糖溶液中此时单色光的波长变为
D. 若将整套装置完全浸入某种透明溶液中，光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为
，则该液体的折射率
为
【答案】AD
【解析】
根据光的反射对称性可知光源S 与平面镜中的虚像距离为2a，根据条纹间距公式可知
故A 正确，B 错误；
若将整套装置完全浸入折射率为n 的蔗糖溶液中，光的频率不变，根据
9
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其中c 为在真空中的光速，则
故C 错误；
若将整套装置完全没入某种透明溶液中，光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为
，根据条纹间距公式有
可得
结合C 选项的分析可知
所以
故D 正确。
11. （2024 高考湖南卷）1834 年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果（称洛埃镜实验），平面镜沿
放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度
，如图所示。S 为单
色点光源。下列说法正确的是（ ）
A. 沿
向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动
B. 沿
向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小
C. 若
，沿
向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变
D. 若
，沿
向左略微平移平面镜，干涉条纹向A 处移动
【答案】BC
【解析】
根据题意画出光路图
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如图所示，S 发出的光与通过平面镜反射光（可以等效成虚像S′发出的光）是同一列光分成的，满足相干
光条件。所以实验中的相干光源之一是通过平面镜反射的光，且该干涉可看成双缝干涉，设S 与S′的距离
为d，则
d = 2a
S 到光屏的距离为l，代入双缝干涉公式
可得
则若θ = 0°，沿OA 向右（沿AO 向左）略微平移平面镜，对l 和d 均没有影响，则干涉条纹间距不变，也
不会移动，故C 正确，D 错误；
同理再次画出光路图有
沿OA 向右略微平移平面镜，即图中从①位置→②位置，由图可看出双缝的间距增大，则干涉条纹间距减
小，沿AO 向左略微平移平面镜，即图中从②位置→①位置，由图可看出干涉条纹向上移动，故A 错误，B
正确。
故选BC。
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12. （2023 高考江苏学业水平选择性考试）用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如
图甲所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变
为原来的（ ）
A.
倍
B.
倍
C. 2 倍
D. 3 倍
【参考答案】B
【名师解析】
根据双缝干涉的条纹间距与波长关系有
由题图知 x 乙 = 2x 甲
则
。B 正确。
13．（2022 年高考海南卷）（1）在用双缝干涉测量光的波长的实验中，如图所示，则：
①a、b 分别是：（ ）
A. 单缝和双缝 B. 双缝和单缝 C. 单缝和单缝 D. 双缝和双缝
②如果双缝间距是d，双缝到毛玻璃的距离是L，第一条亮纹到第六条亮纹间距是x，则光的波长是
（用x、d、L 表示）
（2）（2022 年高考海南卷）用如图所示的装置研究平抛物体的运动规律，击打弹片时，A 做平抛运动，B
做自由落体。经过多次实验发现两个小球总是同时落地，则得到的结论是：
__________________________________________
。
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以A 的抛出点做为坐标原点，建立直角坐标系，如图所示，设从
，从
，从
的时间
分别是
、
、
，则这三个时间 （选填“相等”或“不相等”）。
【参考答案】（1）①A ②
（2）平抛运动的小球在竖直方向做自由落体运动。 相等
【名师解析】（1）①a、b 分别是单缝和双缝，选项A 正确。
②如果双缝间距是d，双缝到毛玻璃的距离是L，第一条亮纹到第六条亮纹间距是x，则条纹间隔△x=x/5，
由双缝干涉条纹间隔公式，△x=Lλ/d 解得光的波长是λ=
。
（2）多次实验发现两个小球总是同时落地，则说明平抛运动的小球在竖直方向做自由落体运动。根据平
抛运动在水平方向做匀速直线运动可知，这三个时间相等。
考点02 热学实验
1. (2024 高考上海卷)实验是人类认识物质世界的宏观性质与微观结构的重要手段之一，也是物理学研究
的重要方法。
1. 通过“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验可推测油酸分子的直径约为（ ）
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A.
B.
C.
D.
2. 验证气体体积随温度变化关系的实验装置如图所示，用支架将封有一定质量气体的注射器和温度传感器
固定在盛有热水的烧杯中。实验过程中，随着水温的缓慢下降，记录多组气体温度和体积的数据。
（1）不考虑漏气因素，符合理论预期的图线是____________
A．
B．
C．
D．
（2）下列有助于减小实验误差的操作是____________
A．实验前测量并记录环境温度 B．实验前测量并记录大气压强
C．待温度读数完全稳定后才记录数据 D．测量过程中保持水面高于活塞下端
【答案】（1）. C （2）. ①. A ②. C
【解析】
（1）通过“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验可推测油酸分子的直径约为
或
，故选
C。
（2）①实验过程中压强不变，根据
可得
可知，在压强不变的情况下，气体体积与热力学温度成正比，与摄氏温度成一次函数关系，故A 正确，
BCD 错误。故选A
②环境温度不影响实验数据，实验前测量并记录环境温度并不能减小实验误差，故A 错误；
本实验压强不变，实验前测量并记录大气压强不能减小实验误差，故B 错误；
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待温度读数完全稳定后才记录数据，稳定后的数据更加接近真实数据，故能减小误差，故C 正确；
测量过程中保持水面高于活塞下端不能减少误差，故D 错误。
2. （2023 年高考江苏学业水平选择性考试）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
【参考答案】B
【名师解析】
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。B 正确。
3. （2023 高考山东高中学业水平等级考试）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。
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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”）。
【参考答案】 （1） B （2）.
（3）. 增大
【名师解析】
（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，
与
成正比。故选B。
（2）若气体被压缩到
，则有
由图乙可读出对应的封闭气体压强为
（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，根据
可知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
的增大而增大。
4．（8 分）（2023 年高考北京卷）（1）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
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直径
_________．
【参考答案】（1）V/S
【名师解析】（1）由V=Sd 解得油酸分子直径d=V/S。
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