专题17 光学与热学实验（精讲）（无答案）

专题17 光学与热学实验（精讲）
精讲考点 精讲内容
考点1 测量玻璃的折射率
考点2 用双缝干涉测量光的波长
考点3 用油膜法估测分子的大小
考点4 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
【知识体系构建】
【典例方法突破】
测量玻璃的折射率
【例1】（2022年北京三模）在“测定玻璃的折射率”的实验中，实验小组在白纸上放好玻璃砖MNPQ，画出玻璃砖与空气的两个界面aa'和bb'（如图）。
（1）实验小组内的三位学生在实验中
①第一位学生在纸上正确画出了玻璃砖的两个折射面aa′和bb′。因不慎碰动了玻璃砖，使它向aa′方向平移了一点（如图1所示），以后的操作都正确无误，并仍以aa′和bb′为折射面画出了光路图，这样测出的折射率n的值将_____（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）；
②第二位学生为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，画出的aa′和bb′都比实际的折射面向外侧平移了一些（如图2所示）以后的操作都正确无误，并仍以aa′和bb′为折射面画出了光路图，这样测出的折射率n的值将_____（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）；
③第三位学生的操作和所画的光路图都正确无误，只是所用的玻璃砖的两个折射面不平行（如图3所示）。用这块玻璃砖测出的折射率n的值将_____（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）；
（2）另一实验小组的甲、乙、丙、丁四位同学实验中得到如图所示的插针结果，由图可知
①从图上看，肯定把针插错了的同学是_____；
②从图上看，测量结果准确度最高的同学是_____。
【例2】（2022年浙江联考）小显和小涛同学“用插针法测玻璃棱镜的折射率”
（1）小显同学按实验步骤，先在纸上插下二枚大头针P1、P2，然后在玻璃棱镜的另一侧插下另外二枚大头针，如图（1）所示．则插针一定错误的是_______（填“P3P4＂或＂P5P6”）按实验要求完成光路图____，并标出相应的符号，所测出的玻璃棱镜的折射率n＝_______．
（2）小涛同学突发奇想，用两块同样的玻璃直角三棱镜ABC来做实验，两者的AC面是平行放置的，如图（2）所示．插针P1、P2的连线垂直于AB面，若操作正确的话，则在图（2）中右边的插针应该是________（选填＂P3P4＂、＂P3P6＂、＂P5P4＂、＂P5P6）
【方法规律归纳】
1.实验目的:测定玻璃的折射率,掌握光发生折射的入射角和折射角的确定方法。
2.实验原理:用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O'B,确定出O'点,画出折射光线OO',然后测量出角θ1和θ2,根据n=计算玻璃的折射率。
3.测量玻璃的折射率实验中数据处理的方法
(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=,lOE=lOE'=R，所以
用刻度尺量出lEH、lE'H'的长度就可以求出n=。
用双缝干涉测量光的波长
【例3】（2022年福建漳州三模）在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示。
（1）单缝宽度为h，双缝间距为d，双缝与屏距离为l，当采取下列四组数据中的哪一组时，可能在光屏上观察到清晰可辨的干涉条纹___________。（填正确答案标号）
A． B．
C． D．
（2）当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图乙所示，读数为________。
（3）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示。则在这种情况下波长的测量值__________（填“大于”、“小于”或“等于”）实际值。
【例4】（2022年北京东城二模）同学们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（灯泡）正常发光，调整仪器从目镜中可以观察到干涉条纹。
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，下列操作可行的是__________；
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条亮纹中央到第n条亮纹中央间距离为x，则单色光的波长_________；
(3)若只将滤光片去掉，下列说法正确的是_________；
A．屏上出现彩色衍射条纹，中央是紫色亮纹
B．屏上出现彩色衍射条纹，中央是白色亮纹
C．屏上出现彩色干涉条纹，中央是红色亮纹
D．屏上出现彩色干涉条纹，中央是白色亮纹
(4)随着学习的不断深入，同学们对光的本性有了更为丰富的认识。现在我们知道光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
①在双缝干涉实验中，某个光子打在光屏上落点的准确位置_________（选填“可以”或“不可以”）预测；
②在光电效应实验中，用紫外线照射锌板可以使光电子离开锌板，如果只增加紫外线的照射强度光电子的最大初动能是否会增加。请说明你的观点及依据________________。
【方法规律归纳】
1.实验目的:观察双缝干涉图样;测定单色光的波长。
2.实验原理:相邻两条明条纹间距Δx与入射光波长λ,双缝S1、S2的间距d及双缝与屏的距离l满足关系式。
3.用双缝干涉测量光的波长实验中数据处理的方法
(1)调节测量头,使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a1;
(2)转动手轮,当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时,记下手轮上的读数a2;
(3)相邻两条纹间的距离Δx=。
用油膜法估测分子的大小
【例5】（2022年上海徐汇一模） 在“油膜法测分子直径”的实验中，某同学操作如下：
①取 1.0 mL 油酸配成 250 mL 油酸酒精溶液；
②用滴管吸取1.0mL油酸酒精溶液逐滴滴入量筒，全部滴完共滴了 20 滴；
③在边长约 10 cm 的正方形浅盘内注入适量的水，将痱子粉均匀地撒在水面上，用滴管滴入一滴溶液；
④待油膜形状稳定后，将绘有方格的玻璃板放在浅盘上，绘出油酸膜的轮廓（如图所示），每个方格的边长为 1.0 cm。
（1）该实验中一滴油酸酒精溶液含________ml油酸；
（2）由上述数据估算得到油酸分子直径的数量级约为________m；
（3）若该同学在计算油酸膜面积时，对不完整的方格均不计数，由此估算得到的油酸分子直径数量级将________（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）；
（4）已知油酸分子的直径约为 8×10 10 m，该同学实验结果产生偏差的可能原因是：_________，理由是： _______。
【例6】（2022年北京中关村三模）(1)在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，已经准备的器材有∶油酸酒精溶液、滴管、浅盘和水、玻璃板、彩笔、痱子粉、坐标纸、试剂瓶，要完成本实验，还欠缺的器材有_______________。
(2)在用油膜法粗测分子直径的实验中，①滴在水面的是油酸酒精溶液而不是纯油酸，这是因为____________；
②在将油酸酒精溶液滴向水面前，要先在水面上均匀撒些痱子粉，这样做是为了_________________。
(3)如图反映“用油膜法估测分子的大小”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）。
(4)在做“用油膜法估测分子大小”的实验中，已知实验室中使用的油酸酒精溶液的体积浓度为A，又用滴管测得N滴这种油酸酒精溶液的总体积为V，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上，如图所示，测得油膜占有的小正方形个数为x。
①用以上字母表示油酸分子直径的大小d=________；
②从图中数得油膜占有的小正方形个数为x=_____________。
【方法规律归纳】
1.实验目的:学会用油膜法估测分子的大小。
2.实验原理:将一定体积的油酸滴在水面上,测出单分子油膜面积,则油膜厚度可看作油酸分子的直径,即。
3.用油膜法估测分子的大小
(1)理想化:认为油酸薄膜是由单层的油酸分子紧密排列组成。
(2)模型化:在估测油酸分子大小的数量级时,把每个油酸分子简化为球体。
(3)厚度直径化:认为油膜的厚度等于油酸分子的直径。
探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
【例7】（2022年上海青浦区二模）有同学在做“用DIS研究温度不变时气体的压强跟体积的关系”实验时，缓慢推动活塞，在使注射器内空气体积逐渐减小。实验完成后，计算机屏幕上显示出如图所示的p－V图线（其中实线是实验所得图线，虚线为一支参考双曲线）。
（1）开始实验后，压强传感器________（选填“需要”或“不需要”）调零；
（2）仔细观察不难发现，该图线与玻意耳定律不够吻合，造成这一现象的可能原因是：_________；
（3）由于此图无法说明p与V的确切关系，所以改画p－图像。根据上述误差的图像画出的p－图像应当与下列哪个图像最接近________；
A．B．
C．D．
（4）根据你在（2）中的判断，说明为了减小误差，应采取的措施是：______________。
【例8】（2022年上海虹口区二模）图（a）是“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积关系”的实验装置。
（1）实验中，连接注射器与压强传感器之间软管内的气体不可忽略。移动活塞，多次记录注射器上的体积刻度V和压强传感器读数p，绘出的 图像可能为( )
A． B． C． D．
（2）用第（1）问中获得的数据绘制 图像，如图（b）所示，则连接注射器与压强传感器之间软管内气体的体积为________________。
（3）若用天平测出若干粒大米的质量为m，然后将这些米粒装入上述装置中的注射器内，移动活塞，多次记录注射器上的体积刻度V和压强传感器读数p，绘出图（c）所示的图像。则可求出大米的密度为________________（用m、V1、V2表示）。
（4）第（3）问中，若读出注射器上的体积刻度为V3之后，用手握住注射器左侧的大部分位置，向外拉动活塞，其余操作无误，继续采集若干数据，请在图（c）中大致画出大于V3部分的图线。( )
【方法规律归纳】
1.实验目的:探究玻意耳定律。
2.实验原理:对理想气体要保持温度不变、质量不变,才能得到较好的实验效果,可以用图像处理数据。
3.为保持气体温度不变, 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。
4.在等温过程中,气体的p-V图像呈现为双曲线,要通过坐标变换,画图像,把双曲线变为直线,以方便判断p和V成反比。