(共51张PPT)
板块四 物理实验
命题区间十四 热学和光学实验
热学和光学实验
近三年山东高考考情分析 备考建议
命题点 2022年 2023年 2024年 1.热学、光学实验在高考中出现的频率不如力学、电学实验高，但不能忽视，要重视基础实验的理解和应用。
2．重点加强对光学实验，尤其是“测量玻璃折射率”实验的训练。
热学实验 √
光学实验
(2023·山东卷)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p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV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。
命题点一 热学实验
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 。
(2)若气体被压缩到V＝10.0 mL，由图乙可读出封闭气体压强为 Pa(结果保留3位有效数字)。
(3)某组同学进行实验，一同学在记录数据时漏掉了ΔV，则在计算pV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p的增大而 (选填“增大”或“减小”)。
(3)某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了ΔV，则在计算pV乘积时，根据p(V0＋ΔV)－pV0＝pΔV，可知他的计算结果与同组正确记录数据的同学相比，计算结果之差的绝对值会随p的增大而增大。
答案：(1)B (2)2.04×105 (3)增大
1．用油膜法估测油酸分子大小
2．探究等温情况下一定质量气体的压强与体积的关系
1．(2023·江苏卷)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
√
B 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；接另一注射器，会使体积测量值误差增大，故选B。
2．(2024·贵阳模拟)现代测量分子大小的方法有很多，粗略测量的有油膜法，进一步精确测量的有显微法等。
(1)在一次“油膜法”粗略测量的实验中，一同学先量取0.2 mL油酸，再加入酒精后得到200 mL的溶液；然后用针管吸取这种溶液，向小量筒中滴入200滴溶液，溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度，再用针管吸取配好的油酸酒精溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下1滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图甲所示。坐标中每个小正方形方
格的大小为1 cm2，由图可以估算出油膜的面积是________cm2，由此估算出油酸分子的直径是________m(此空结果保留1位有效数字)。
甲
(2)图乙是显微镜下拍摄的照片，外圆是直径为1.43×10－8m的圆周，它是由48个铁原子排列而成的。由此可以估算出铁原子的直径约为____________m(结果保留2位有效数字)。
乙
答案：(1)64 8×10－10 (2)9.4×10－10
3．(2024·济南模拟)某实验小组利用压敏电阻设计可测量气体压强的实验电路，并验证等温条件下气体压强与体积的反比关系。该小组查阅资料得知，所用到的压敏电阻工作面受到的压力F与阻值Rp的关系如图甲所示，图中压力F在4 N到9 N之间时，阻值Rp与压力F满足Rp＝(－3 000 F＋32 000) Ω，该实验小组在此压力范围内进行实验。已知实验室大气压强为p0＝1×105 Pa，压敏电阻工作面面积为S＝4×10－5 m2。
甲
该实验小组把压敏电阻(工作面向下)嵌入到活塞上，并设计了如图乙所示的电路图来进行实验，主要实验器材有
微安表(0～100 μA，内阻r＝1 000 Ω)；
电阻箱R1(0～99 999.9 Ω)；
电源E(电动势为1.5 V，内阻不计)；
开关K、导线若干。
乙
(1)调节电阻箱的阻值，当工作面受到压力为4 N时，电流表示数为50 μA，则电阻箱接入阻值为________Ω，此时压敏电阻工作面所处环境的压强为________Pa。
(2)打开针管的出气口，调节活塞位置至气体体积为100 mL，然后关闭出气口，缓慢推动针管活塞，记录多组针管内气体的体积V以及与之对应的电流I，实验过程中，气体体积越小，微安表的示数________(选填“越大”或“越小”)。
(2)由题意可知，当缓慢推动针管活塞，气体体积越小，压强越大，即压力越大，由题图可知，Rp越小，所以微安表的示数越大。
(3)由题意可知，打开针管的出气口，针管中压强为大气压强，则压敏电阻所受压力为4 N，即缓慢推动针管活塞，压力从4 N开始变化，符合题中阻值Rp与压力F的关系，根据等温变化可知pV＝p0V0
根据压力与压强的关系可知F＝pS
答案：(1)9 000 1×105
(2)越大
(2023·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：
命题点二 光学实验
(1)请画出激光束经玻璃砖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S1、S2间的距离会________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
解析：(1)根据题意画出光路图如图甲所示。
甲
(2)设在C点光线入射角为θ2、折射角为θ1，根据折射定律有nsin θ2＝sin θ1
由于射入玻璃砖的入射角与射出玻璃砖的折射角一样大，则根据几何关系可知CB＝S1S2
(3)若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，试作光路图如图乙所示，可看出S1、S2间的距离变小。
乙
(3)变小
1．测量玻璃的折射率
2．用双缝干涉实验测量光的波长
1．如图甲所示为双缝干涉的实验装置，光源发出的光先经滤光片，然后通过单缝和双缝，在光屏上出现明暗相间的条纹如图乙所示，屏上P、P1、P2处依次排列着亮条纹，Q1、Q2处出现暗条纹，P到S1、S2的距离相等。若遮光筒内装满水，其他条件不变，则光屏上( )
A. 不再出现明暗相间的条纹 B. P处可能出现暗条纹
C. P1处一定为亮条纹 D. 明暗相间的条纹间距变小
√
2．(2023·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，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M点水平入射，到达ef面上的O点后反射到N点射出，用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出光孔Q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QM连线的延长线与ef面的边界交于P点，如图甲所示；
甲
③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2，PM的示数如图乙所示，d1为________cm，测得d2为3.40 cm。
乙
(3)利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式n＝________；由测得的数据可得折射率n为________(结果保留3位有效数字)。
解析：(2)③刻度尺的分度值为0.1 cm，由题图乙可知，d1为2.25 cm。
3．(2024·益阳模拟)某同学利用图甲所示装置测量黄光的波长。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黄光干涉条纹。回答下列问题。
甲
(1)关于本实验，下列说法正确的是________。
A. 若取下滤光片，观察不到干涉条纹
B. 如发现条纹不清晰，有可能是单缝与双缝不平行
C. 也可将亮条纹的宽度当作相邻亮条纹的中心间距
D. 单缝是为了会聚光，所以单缝也可换成凸透镜
(2)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________。
A. 将单缝向双缝靠近 B. 改用红色滤光片
C. 将屏向远离双缝的位置移动 D. 使用间距更大的双缝
(3)已知双缝间距d＝0.20 mm，双缝到屏的距离l＝100 cm，将测量头的分划板中心刻线与某一亮条纹的中心对齐，并将该条纹记为第一亮条纹，其示数如图乙所示，此时的示数为________ mm。然后转动测量头，使分划板中心刻线与第四亮条纹的中心对齐，测量头读数为11.130 mm。由以上数据可求得该光的波长为________m。
乙
(4)某同学观察到如图丙所示图像，即测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，若继续移动目镜观察，将会使测量结果出现偏差。若在这种情况下测出干涉条纹的间距Δx，则波长的测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)其实际值。
丙
解析：(1)若取下滤光片，可观察到白光的干涉条纹，即中央条纹为白色亮条纹，两侧为明暗相间的彩色条纹，故A错误；如发现条纹不清晰，有可能是单缝与双缝不平行，故B正确；条纹宽度在大小上等于相邻明暗条纹的宽度之和，不可将亮条纹的宽度当作相邻亮条纹的中心间距，故C错误；单缝是为了获得线光源，所以单缝不可换成凸透镜，故D错误。
(3)螺旋测微器的读数为固定刻度与可动刻度之和，所以读数为 2 mm＋43.0×0.01 mm＝2.430 mm。
(4)在这种情况下测出干涉条纹的间距Δx将偏大，所以波长的测量值大于其实际值。
答案：(1)B (2)D (3)2.430 5.8×10－7
(4)大于
(1)实验小组先在O处插一枚大头针P1，然后在线段OB和OC之间某一位置插大头针P2，在BC边右侧任意位置观察，发现P2都无法挡住P1，原因是_________________________________________________ ___________________，
若要在BC边右侧观察到P2挡住P1，应将P2向________(选填“OB”或“OC”)边方向移动。
(2)该小组经过讨论，重新设计了实验方案，进行了如下操作：
①在O处插大头针P1，在BC边右侧合适位置插大头针P2，调整观察角度，再插上大头针P3，使P3把P1和P2都挡住；
②画出元件边界，作出图乙所示光路图，以P2、P3连线与BC边交点O′为圆心作圆，分别过圆与直线OO′和P2P3的交点作BC边的垂线，垂足分别为N1、N2；
③用刻度尺测出线段O′N1和O′N2的长度分别为d1、d2，则该元件的折射率n＝________。
乙
(3)若测得该元件的折射率n＝2，在O处固定一点光源，只考虑首次从圆弧AC直接射向AB、BC的光线，从点光源射向圆弧AC的光中，有一部分不能从AB、BC面直接射出，则这部分光照射到圆弧AC上的弧长为________。
解析：(1)发现P2都无法挡住P1，原因是光线发生了全反射，应减小入射角，即将P2向OC边方向移动。板块四 物理实验
热学和光学实验
近三年山东高考考情分析 备考建议
命题点 2022年 2023年 2024年 1.热学、光学实验在高考中出现的频率不如力学、电学实验高，但不能忽视，要重视基础实验的理解和应用。 2．重点加强对光学实验，尤其是“测量玻璃折射率”实验的训练。
热学实验 √
光学实验
热学实验
(2023·山东卷)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p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV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。
甲
乙
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. p与V成正比 B． p与成正比
(2)若气体被压缩到V＝10.0 mL，由图乙可读出封闭气体压强为 Pa(结果保留3位有效数字)。
(3)某组同学进行实验，一同学在记录数据时漏掉了ΔV，则在计算pV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p的增大而 (选填“增大”或“减小”)。
解析：(1)在实验误差允许范围内，题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，对于一定质量的气体，p与成正比，故选B。
(2)若气体被压缩到V＝10.0 mL，则有＝ mL－1＝100×10－3 mL－1，由题图乙可读出封闭气体压强为p＝2.04×105 Pa。
(3)某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了ΔV，则在计算pV乘积时，根据p(V0＋ΔV)－pV0＝pΔV，可知他的计算结果与同组正确记录数据的同学相比，计算结果之差的绝对值会随p的增大而增大。
答案：(1)B (2)2.04×105 (3)增大
1．用油膜法估测油酸分子大小
将油酸分子看作球形，利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，测出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，和它对应的单分子油膜面积S，用 d＝计算出油膜的厚度，这个厚度就近似等于油酸分子的直径。
2．探究等温情况下一定质量气体的压强与体积的关系
在等温过程中，气体的压强和体积的关系在p-V图像中呈现为双曲线的一支。处理实验数据时，要通过变换坐标系，即作出p-图像，把双曲线变为直线，说明p和V成反比，如图所示。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接，容易得出对实验研究有用的相关结论。
1．(2023·江苏卷)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
B 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；接另一注射器，会使体积测量值误差增大，故选B。
2．(2024·贵阳模拟)现代测量分子大小的方法有很多，粗略测量的有油膜法，进一步精确测量的有显微法等。
(1)在一次“油膜法”粗略测量的实验中，一同学先量取0.2 mL油酸，再加入酒精后得到200 mL的溶液；然后用针管吸取这种溶液，向小量筒中滴入200滴溶液，溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度，再用针管吸取配好的油酸酒精溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下1滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图甲所示。坐标中每个小正方形方格的大小为1 cm2，由图可以估算出油膜的面积是________cm2，由此估算出油酸分子的直径是________m(此空结果保留1位有效数字)。
甲
(2)图乙是显微镜下拍摄的照片，外圆是直径为1.43×10－8m的圆周，它是由48个铁原子排列而成的。由此可以估算出铁原子的直径约为 m(结果保留2位有效数字)。
乙
解析：(1)由图可知，油膜覆盖的面积大概有64格，故面积为S＝64×1cm2＝64 cm2，一滴溶液中所含油酸的体积为V＝××10－6m3＝5×10－12 m3，故油酸分子的直径d＝＝≈8×10－10m。
(2)外圆的周长为L＝πD，外圆由48个铁原子组成，所以周长大约等于48个铁原子直径的总和，所以铁原子的直径为d＝＝≈9.4×10－10 m。
答案：(1)64 8×10－10 (2)9.4×10－10
3．(2024·济南模拟)某实验小组利用压敏电阻设计可测量气体压强的实验电路，并验证等温条件下气体压强与体积的反比关系。该小组查阅资料得知，所用到的压敏电阻工作面受到的压力F与阻值Rp的关系如图甲所示，图中压力F在4 N到9 N之间时，阻值Rp与压力F满足Rp＝(－3 000 F＋32 000) Ω，该实验小组在此压力范围内进行实验。已知实验室大气压强为p0＝1×105 Pa，压敏电阻工作面面积为S＝4×10－5 m2。
甲
该实验小组把压敏电阻(工作面向下)嵌入到活塞上，并设计了如图乙所示的电路图来进行实验，主要实验器材有
微安表(0～100 μA，内阻r＝1 000 Ω)；
电阻箱R1(0～99 999.9 Ω)；
电源E(电动势为1.5 V，内阻不计)；
开关K、导线若干。
乙
(1)调节电阻箱的阻值，当工作面受到压力为4 N时，电流表示数为50 μA，则电阻箱接入阻值为________Ω，此时压敏电阻工作面所处环境的压强为________Pa。
(2)打开针管的出气口，调节活塞位置至气体体积为100 mL，然后关闭出气口，缓慢推动针管活塞，记录多组针管内气体的体积V以及与之对应的电流I，实验过程中，气体体积越小，微安表的示数________(选填“越大”或“越小”)。
(3)在(2)过程中，若电流的倒数与气体体积的倒数满足的关系为____________________________，即可验证一定质量的气体在等温条件下压强和体积满足反比关系。
解析：(1)根据闭合电路欧姆定律可知I＝，解得R1＝9 000 Ω，此时压敏电阻工作面所处环境的压强为p＝＝ Pa＝1×105 Pa。
(2)由题意可知，当缓慢推动针管活塞，气体体积越小，压强越大，即压力越大，由题图可知，Rp越小，所以微安表的示数越大。
(3)由题意可知，打开针管的出气口，针管中压强为大气压强，则压敏电阻所受压力为4 N，即缓慢推动针管活塞，压力从4 N开始变化，符合题中阻值Rp与压力F的关系，根据等温变化可知pV＝p0V0
解得p＝p0V0×＝
根据压力与压强的关系可知F＝pS
结合题中阻值Rp与压力F的关系可知Rp＝ Ω，根据闭合电路欧姆定律可知＝
联立解得＝ A－1。
答案：(1)9 000 1×105
(2)越大
(3)＝ A－1或＝ A－1
光学实验
(2023·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：
(1)请画出激光束经玻璃砖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S1、S2间的距离会________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
解析：(1)根据题意画出光路图如图甲所示。
甲
(2)设在C点光线入射角为θ2、折射角为θ1，根据折射定律有nsin θ2＝sin θ1
由于射入玻璃砖的入射角与射出玻璃砖的折射角一样大，则根据几何关系可知CB＝S1S2
sin θ2＝，sin θ1＝
联立解得n＝。
(3)若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，试作光路图如图乙所示，可看出S1、S2间的距离变小。
乙
答案：(1)见解析图甲 (2)
(3)变小
1．测量玻璃的折射率
如图所示，当光线AO以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖aa′b′b时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而画出折射光线OO′，量出折射角θ2，或PN、QN′的长度，再根据 n＝或n＝计算出玻璃的折射率。
2．用双缝干涉实验测量光的波长
单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足Δx＝λ，由此可得λ＝Δx。
1．如图甲所示为双缝干涉的实验装置，光源发出的光先经滤光片，然后通过单缝和双缝，在光屏上出现明暗相间的条纹如图乙所示，屏上P、P1、P2处依次排列着亮条纹，Q1、Q2处出现暗条纹，P到S1、S2的距离相等。若遮光筒内装满水，其他条件不变，则光屏上( )
甲
乙
A. 不再出现明暗相间的条纹
B. P处可能出现暗条纹
C. P1处一定为亮条纹
D. 明暗相间的条纹间距变小
D 解析：设光在空气中的波长为λ0，在水中传播时，光的频率不变，波长和波速改变，在水中光的传播速度和波长分别为v＝，λ＝＝·＝，根据相邻条纹的间距公式Δx＝λ，可知在介质中相邻两个亮条纹的间距变为无介质时的，即条纹变密；条纹变密，仍然有明暗条纹，随着明暗条纹间距的变化，P处一定出现亮条纹，但P1处不一定为亮条纹。故选D。
2．(2023·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，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M点水平入射，到达ef面上的O点后反射到N点射出，用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出光孔Q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QM连线的延长线与ef面的边界交于P点，如图甲所示；
甲
③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2，PM的示数如图乙所示，d1为________cm，测得d2为3.40 cm。
乙
(3)利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式n＝________；由测得的数据可得折射率n为________(结果保留3位有效数字)。
(4)相对误差的计算式为δ＝×100%。为了减小d1、d2测量的相对误差，实验中激光在M点入射时应尽量使入射角________。
解析：(2)③刻度尺的分度值为0.1 cm，由题图乙可知，d1为2.25 cm。
(3)玻璃砖折射率的表达式n＝＝＝＝，代入数据可知n＝≈1.51。
(4)相对误差的计算式为δ＝×100%，为了减小d1、d2测量的相对误差，实验中d1、d2要尽量稍大一些，即激光在M点入射时应尽量使入射角稍小一些。
答案：(2)2.25 (3) 1.51 (4)稍小一些
3．(2024·益阳模拟)某同学利用图甲所示装置测量黄光的波长。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黄光干涉条纹。回答下列问题。
甲
(1)关于本实验，下列说法正确的是________。
A. 若取下滤光片，观察不到干涉条纹
B. 如发现条纹不清晰，有可能是单缝与双缝不平行
C. 也可将亮条纹的宽度当作相邻亮条纹的中心间距
D. 单缝是为了会聚光，所以单缝也可换成凸透镜
(2)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________。
A. 将单缝向双缝靠近
B. 改用红色滤光片
C. 将屏向远离双缝的位置移动
D. 使用间距更大的双缝
(3)已知双缝间距d＝0.20 mm，双缝到屏的距离l＝100 cm，将测量头的分划板中心刻线与某一亮条纹的中心对齐，并将该条纹记为第一亮条纹，其示数如图乙所示，此时的示数为________ mm。然后转动测量头，使分划板中心刻线与第四亮条纹的中心对齐，测量头读数为11.130 mm。由以上数据可求得该光的波长为________m。
乙
(4)某同学观察到如图丙所示图像，即测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，若继续移动目镜观察，将会使测量结果出现偏差。若在这种情况下测出干涉条纹的间距Δx，则波长的测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)其实际值。
丙
解析：(1)若取下滤光片，可观察到白光的干涉条纹，即中央条纹为白色亮条纹，两侧为明暗相间的彩色条纹，故A错误；如发现条纹不清晰，有可能是单缝与双缝不平行，故B正确；条纹宽度在大小上等于相邻明暗条纹的宽度之和，不可将亮条纹的宽度当作相邻亮条纹的中心间距，故C错误；单缝是为了获得线光源，所以单缝不可换成凸透镜，故D错误。
(2)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，则应减小相邻亮条纹间距，根据Δx＝λ可知，将单缝向双缝靠近，条纹间距不变；改用红色滤光片，即波长增大，则条纹间距增大；若将屏向远离双缝的位置移动，则l增大，条纹间距增大；若使用间距更大的双缝，则条纹间距减小。故选D。
(3)螺旋测微器的读数为固定刻度与可动刻度之和，所以读数为2 mm＋43.0×0.01 mm＝2.430 mm。
根据题意可得Δx＝ mm＝2.90 mm，所以λ＝＝ m＝5.8×10－7 m。
(4)在这种情况下测出干涉条纹的间距Δx将偏大，所以波长的测量值大于其实际值。
答案：(1)B (2)D (3)2.430 5.8×10－7
(4)大于
4．(2024·枣庄模拟)如图甲所示，图中阴影部分ABC为透明材料制成的柱形光学元件的横截面，AC为半径为R的圆弧，某实验小组为测量该光学元件的折射率，先通过作图确定了圆弧圆心O的位置。请回答下面问题。
甲
(1)实验小组先在O处插一枚大头针P1，然后在线段OB和OC之间某一位置插大头针P2，在BC边右侧任意位置观察，发现P2都无法挡住P1，原因是____________________________________________________________________，
若要在BC边右侧观察到P2挡住P1，应将P2向________(选填“OB”或“OC”)边方向移动。
(2)该小组经过讨论，重新设计了实验方案，进行了如下操作：
①在O处插大头针P1，在BC边右侧合适位置插大头针P2，调整观察角度，再插上大头针P3，使P3把P1和P2都挡住；
②画出元件边界，作出图乙所示光路图，以P2、P3连线与BC边交点O′为圆心作圆，分别过圆与直线OO′和P2P3的交点作BC边的垂线，垂足分别为N1、N2；
③用刻度尺测出线段O′N1和O′N2的长度分别为d1、d2，则该元件的折射率n＝________。
乙
(3)若测得该元件的折射率n＝2，在O处固定一点光源，只考虑首次从圆弧AC直接射向AB、BC的光线，从点光源射向圆弧AC的光中，有一部分不能从AB、BC面直接射出，则这部分光照射到圆弧AC上的弧长为________。
解析：(1)发现P2都无法挡住P1，原因是光线发生了全反射，应减小入射角，即将P2向OC边方向移动。
(2)根据折射定律可知n＝＝＝。
(3)测得该元件的折射率n＝2，则全反射的临界角为sin C＝＝，则C＝30°，如图所示，
若沿OE方向射到AB面上的光线刚好发生全反射，则∠AOF＝30°，同理，若沿OG方向射入的光线恰好在BC面上发生全反射，可得∠COG＝30°，因此∠FOH＝30°，据几何关系可得FH＝×2πR＝πR，反射的光相位差为π，光程差为半波长，所以两束光相遇会减弱。
答案：(1)光线发生了全反射 OC (2)
(3)πR
专题限时评价(十四)
(建议用时：60分钟)
1．(2024·安徽卷)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，按图甲所示进行实验，以下表述正确的一项是________。
甲
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a′
B. 在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2
C. 实验时入射角θ1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________(选填“大”或“小”)。
乙 丙 丁
(3)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束激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α1，测得折射角分别为α2、α3(α2＜α3)，则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃________(选填“> ”或“< ”)n介质。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。
解析：(1)选项B的操作只能确定入射光线、出射光线，不能确定入射点和出射点，在选项B操作前进行选项A操作可确定入射点和出射点；实验时入射角不能太小，也不能太大，故选A。
(2)红、绿两束光入射角相同，红光折射角较大，由折射定律可知红光的折射率较小，由于红光的频率小于绿光，所以频率大，折射率大。
(3)保持相同的入射角α1，入射到玻璃的折射角为α2，由折射定律有n玻璃＝，入射到某介质的折射角为α3，由折射定律有n介质＝，又α2<α3，则n玻璃>n介质。
答案：(1)A (2)大 (3)>
2．(2024·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，如图甲所示。
甲
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，并用刻度尺分别测量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，如图乙所示。
乙
(1)关于该实验，下列说法正确的是 。
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y-x图像，可得玻璃砖的折射率为________(结果保留3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 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
解析：(1)入射角和折射角的测量会造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差，A错误；通过插针法来确定入射光线和出射光线时会造成误差，而激光的平行度好，更有利于减小误差，B正确；选择圆心O点作为入射点，是为了利用圆的半径表示入射角和折射角的正弦值，而不是因为O处的折射现象最明显，C错误。
(2)玻璃的折射率n＝，又sin∠POP′＝，sin∠MOM′＝，所以n＝，即y-x图像的斜率表示玻璃的折射率，则n＝k＝≈1.58。
(3)由(2)可知，折射率的表达式n＝与半圆弧轮廓线半径的大小无关，所以折射率的测量结果不变。
答案：(1)B (2)1.58 (3)不变
3．(2024·福建卷)一束光以入射角i(i>0)射入透镜，遇反射膜反射，垂直射到反射膜则原路返回成为激光，如图所示。将蓝、绿两条光束以相同入射角射入透镜，已知透镜对蓝光折射率大于绿光，则透镜中蓝光折射角________(选填“大于”“等于”或“小于”)绿光；若此时激光为蓝光，要变为绿光，则________(选填“顺时针”或“逆时针”)改变入射角。
解析：由题知，透镜对蓝光折射率大于绿光，由n＝可知，蓝、绿两条光束以相同入射角射入透镜，蓝光折射角小于绿光折射角；若要让绿光的折射光线垂直于反射膜，即需透镜内绿光的折射角减小为此时蓝光的折射角，则需要减小绿光的入射角，因此应顺时针改变入射角。
答案：小于 顺时针
4．物理小组的同学们利用图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。实验步骤如下：
①将注射器下端开口处套上橡胶套，和柱塞一起封闭一段空气柱；
②测出空气柱的横截面积，通过刻度尺读取空气柱的长度，可得空气的体积V；
③从与注射器内空气柱相连的压力表读取空气柱的压强p；
④把柱塞迅速地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强，获取空气柱的体积V和压强p的几组数据；
⑤将各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线，得出温度不变时气体压强与体积的关系。
完成下列填空：
(1)实验中出现错误的步骤是 (选填步骤前的数字序号)，应该纠正为________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)纠正了实验中的错误后，重新规范完成实验。用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线如图乙所示，根据绘制的p-V图像 (选填“能”或“不能”)直观判断空气柱的压强与体积成反比，理由是_________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________。
甲
乙
解析：(1)实验中出现错误的步骤是④，为避免气体温度变化，应该纠正为把柱塞缓慢地向下压或向上拉。
(2)根据绘制的p-V图线，不能直观判断空气柱的压强与体积成反比，理由是p-V图线是曲线，只能猜想p与V成反比，若要证实p与V成反比，需要转化为直线进一步检验。
答案：(1)④ 把柱塞缓慢地向下压或向上拉
(2)不能 见解析
5．在“用油膜法估测分子大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每V1体积的溶液中有V2体积的纯油酸，用注射器和量筒测得V0体积中有n滴上述溶液，把1滴该溶液滴入盛水且撒有痱子粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中每个小正方形格的边长为a。
(1)油酸薄膜的面积S＝ 。
(2)油酸分子的直径是 (用V1、V2、V0、n、S表示)。
(3)某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大，可能是由于 。
A. 水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开
B. 计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
C. 用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴
D. 油膜中含有大量未溶解的酒精
解析：(1)轮廓所包围的方格为117个，一个方格的面积为a2，故油酸薄膜的面积为S＝117a2。
(2)每滴溶液中含有纯油酸的体积为V＝·，则油酸分子的直径为d＝＝。
(3)如果水面上痱子粉撒得较多，油酸没有充分展开，会导致统计的油酸面积比充分展开的油酸面积小，由d＝可知，计算结果将偏大，故A正确；如果计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，会导致统计的油膜面积偏小，由d＝可知，计算结果将偏大，故B正确；若用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴，则每一滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积的测量值偏小，由d＝可知，计算结果将偏小，故C错误；如果油膜中含有大量未溶解的酒精，会导致油膜的实际面积比统计面积小，计算时采用统计的油膜面积S偏大，由d＝可知，油酸分子直径d的计算值与真实值相比偏小，故D错误。
答案：(1)117a2(116a2～118a2均可) (2) (3)AB
6．某同学用注射器和压强传感器探究一定质量的气体发生等温变化时遵循的规律，实验装置如图甲所示。用活塞和注射器外筒封闭一定的气体，其压强可由左侧的压强传感器测得。
甲
(1)在注射器柱塞上涂上润滑油，其主要目的是 。
(2)该同学进行一次实验过程中，计算机屏幕显示如图乙所示，其纵坐标表示封闭气体的体积，则横坐标表示的物理量是封闭气体的 。
乙
A. 热力学温度T
B. 摄氏温度t
C. 压强p
D. 压强的倒数
(3)若该实验的误差仅由注射器与传感器之间细管中的气体体积V0导致的，由图乙可得V0大小为________mL(结果保留1位有效数字)。
解析：(1)在注射器柱塞上涂上润滑油，其主要目的是防止漏气，使被封闭气体的质量不发生变化。
(2)理想气体发生等温变化时遵循玻意耳定律，有pV＝C，得V＝C，则V-图像是一条直线，故选D。
(3)题图乙所示的V-图线不过原点，就是由于计算体积时没考虑注射器与传感器之间细管中的气体体积，故纵截距大小即为V0，由图像可知V0＝1 mL。
答案：(1)防止漏气 (2)D (3)1专题限时评价(十四)
(建议用时：60分钟)
1．(2024·安徽卷)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，按图甲所示进行实验，以下表述正确的一项是________。
甲
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a′
B. 在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2
C. 实验时入射角θ1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________(选填“大”或“小”)。
乙 丙 丁
(3)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束激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α1，测得折射角分别为α2、α3(α2＜α3)，则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃________(选填“> ”或“< ”)n介质。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。
解析：(1)选项B的操作只能确定入射光线、出射光线，不能确定入射点和出射点，在选项B操作前进行选项A操作可确定入射点和出射点；实验时入射角不能太小，也不能太大，故选A。
(2)红、绿两束光入射角相同，红光折射角较大，由折射定律可知红光的折射率较小，由于红光的频率小于绿光，所以频率大，折射率大。
(3)保持相同的入射角α1，入射到玻璃的折射角为α2，由折射定律有n玻璃＝，入射到某介质的折射角为α3，由折射定律有n介质＝，又α2<α3，则n玻璃>n介质。
答案：(1)A (2)大 (3)>
2．(2024·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，如图甲所示。
甲
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，并用刻度尺分别测量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，如图乙所示。
乙
(1)关于该实验，下列说法正确的是 。
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y-x图像，可得玻璃砖的折射率为________(结果保留3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 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
解析：(1)入射角和折射角的测量会造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差，A错误；通过插针法来确定入射光线和出射光线时会造成误差，而激光的平行度好，更有利于减小误差，B正确；选择圆心O点作为入射点，是为了利用圆的半径表示入射角和折射角的正弦值，而不是因为O处的折射现象最明显，C错误。
(2)玻璃的折射率n＝，又sin∠POP′＝，sin∠MOM′＝，所以n＝，即y-x图像的斜率表示玻璃的折射率，则n＝k＝≈1.58。
(3)由(2)可知，折射率的表达式n＝与半圆弧轮廓线半径的大小无关，所以折射率的测量结果不变。
答案：(1)B (2)1.58 (3)不变
3．(2024·福建卷)一束光以入射角i(i>0)射入透镜，遇反射膜反射，垂直射到反射膜则原路返回成为激光，如图所示。将蓝、绿两条光束以相同入射角射入透镜，已知透镜对蓝光折射率大于绿光，则透镜中蓝光折射角________(选填“大于”“等于”或“小于”)绿光；若此时激光为蓝光，要变为绿光，则________(选填“顺时针”或“逆时针”)改变入射角。
解析：由题知，透镜对蓝光折射率大于绿光，由n＝可知，蓝、绿两条光束以相同入射角射入透镜，蓝光折射角小于绿光折射角；若要让绿光的折射光线垂直于反射膜，即需透镜内绿光的折射角减小为此时蓝光的折射角，则需要减小绿光的入射角，因此应顺时针改变入射角。
答案：小于 顺时针
4．物理小组的同学们利用图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。实验步骤如下：
①将注射器下端开口处套上橡胶套，和柱塞一起封闭一段空气柱；
②测出空气柱的横截面积，通过刻度尺读取空气柱的长度，可得空气的体积V；
③从与注射器内空气柱相连的压力表读取空气柱的压强p；
④把柱塞迅速地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强，获取空气柱的体积V和压强p的几组数据；
⑤将各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线，得出温度不变时气体压强与体积的关系。
完成下列填空：
(1)实验中出现错误的步骤是 (选填步骤前的数字序号)，应该纠正为________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)纠正了实验中的错误后，重新规范完成实验。用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线如图乙所示，根据绘制的p-V图像 (选填“能”或“不能”)直观判断空气柱的压强与体积成反比，理由是__________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________。
甲
乙
解析：(1)实验中出现错误的步骤是④，为避免气体温度变化，应该纠正为把柱塞缓慢地向下压或向上拉。
(2)根据绘制的p-V图线，不能直观判断空气柱的压强与体积成反比，理由是p-V图线是曲线，只能猜想p与V成反比，若要证实p与V成反比，需要转化为直线进一步检验。
答案：(1)④ 把柱塞缓慢地向下压或向上拉
(2)不能 见解析
5．在“用油膜法估测分子大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每V1体积的溶液中有V2体积的纯油酸，用注射器和量筒测得V0体积中有n滴上述溶液，把1滴该溶液滴入盛水且撒有痱子粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中每个小正方形格的边长为a。
(1)油酸薄膜的面积S＝ 。
(2)油酸分子的直径是 (用V1、V2、V0、n、S表示)。
(3)某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大，可能是由于 。
A. 水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开
B. 计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
C. 用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴
D. 油膜中含有大量未溶解的酒精
解析：(1)轮廓所包围的方格为117个，一个方格的面积为a2，故油酸薄膜的面积为S＝117a2。
(2)每滴溶液中含有纯油酸的体积为V＝·，则油酸分子的直径为d＝＝。
(3)如果水面上痱子粉撒得较多，油酸没有充分展开，会导致统计的油酸面积比充分展开的油酸面积小，由d＝可知，计算结果将偏大，故A正确；如果计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，会导致统计的油膜面积偏小，由d＝可知，计算结果将偏大，故B正确；若用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴，则每一滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积的测量值偏小，由d＝可知，计算结果将偏小，故C错误；如果油膜中含有大量未溶解的酒精，会导致油膜的实际面积比统计面积小，计算时采用统计的油膜面积S偏大，由d＝可知，油酸分子直径d的计算值与真实值相比偏小，故D错误。
答案：(1)117a2(116a2～118a2均可) (2) (3)AB
6．某同学用注射器和压强传感器探究一定质量的气体发生等温变化时遵循的规律，实验装置如图甲所示。用活塞和注射器外筒封闭一定的气体，其压强可由左侧的压强传感器测得。
甲
(1)在注射器柱塞上涂上润滑油，其主要目的是 。
(2)该同学进行一次实验过程中，计算机屏幕显示如图乙所示，其纵坐标表示封闭气体的体积，则横坐标表示的物理量是封闭气体的 。
乙
A. 热力学温度T
B. 摄氏温度t
C. 压强p
D. 压强的倒数
(3)若该实验的误差仅由注射器与传感器之间细管中的气体体积V0导致的，由图乙可得V0大小为________mL(结果保留1位有效数字)。
解析：(1)在注射器柱塞上涂上润滑油，其主要目的是防止漏气，使被封闭气体的质量不发生变化。
(2)理想气体发生等温变化时遵循玻意耳定律，有pV＝C，得V＝C，则V-图像是一条直线，故选D。
(3)题图乙所示的V-图线不过原点，就是由于计算体积时没考虑注射器与传感器之间细管中的气体体积，故纵截距大小即为V0，由图像可知V0＝1 mL。
答案：(1)防止漏气 (2)D (3)1
