真题必读：专题六实验技能与创新 命题区间19　机械振动与机械波、光学、热学实验--《高考快车道》2026版高考物理母题必读及衍生

　机械振动与机械波、光学、热学实验
命题区间 高考题型 近年考频
机械振动与机械波、光学、热学实验 用单摆测定重力加速度 2024年辽宁卷T12　2023年新课标卷T23
热学实验 2023年山东卷T13
光学实验 2023年海南卷T14
命题分析 素养落实
机械振动与机械波、光学、热学实验是高考低频考点，但也是新高考必考实验，与力学、电学实验地位等同，未来高考中可能会考到，甚至会在前面选择题中出现，复习时不可轻视。 1．认真完成课本上的基本实验，知道实验的目的 2．掌握实验的原理，熟悉实验步骤 3．领会实验步骤的作用，学会实验仪器的使用 4．学会实验的数据处理方法，弄清实验误差的来源等
用单摆测定重力加速度
(1)当偏角很小时，单摆做简谐运动，其运动周期为T＝2π，它与偏角的大小及摆球的质量无关，由此得到g＝。因此，只要测出摆长l和振动周期T，就可以求出当地的重力加速度g的值。
(2)数据处理的两种方法
①公式法：测出30次或50次全振动的时间t，利用T＝求出周期；不改变摆长，反复测量三次，算出三次测得的周期的平均值，然后利用公式g＝，求重力加速度。
②图像法：由单摆周期公式不难推出l＝T2，因此，分别测出一系列摆长l对应的周期T，作l T2图像，该图像应是一条通过原点的直线，如图所示，求出图线的斜率k＝，即可利用g＝4π2k，求重力加速度。
　(2023·新课标卷T23)一学生小组做“用单摆测量重力加速度的大小”实验。
(1)用实验室提供的螺旋测微器测量摆球直径。首先，调节螺旋测微器，拧动微调旋钮使测微螺杆和测砧相触时，发现固定刻度的横线与可动刻度上的零刻度线未对齐，如图(a)所示，该示数为________mm；螺旋测微器在夹有摆球时示数如图(b)所示，该示数为________mm，则摆球的直径为________mm。
(2)单摆实验的装置示意图如图(c)所示，其中角度盘需要固定在杆上的确定点O处，摆线在角度盘上所指的示数为摆角的大小。若将角度盘固定在O点上方，则摆线在角度盘上所指的示数为5°时，实际摆角________(选填“大于”或“小于”)5°。
(3)某次实验所用单摆的摆线长度为81.50 cm，则摆长为________cm。实验中观测到从摆球第1次经过最低点到第61次经过最低点的时间间隔为54.60 s，则此单摆周期为________s，该小组测得的重力加速度大小为________m/s2。(结果均保留3位有效数字，π2取9.870)
命题立意：本题考查用单摆测量重力加速度大小的实验步骤及数据处理
第一步：螺旋测微器读数及实验原理
第二步：由l＝l0＋求摆长，由T＝计算出周期
第三步：由g＝计算重力加速度大小
规范解答：(1)测量前测微螺杆和测砧相触时，题图(a)的示数为
d0＝0 mm＋0.8×0.01 mm＝0.008 mm
螺旋测微器读数是固定刻度(0.5 mm整数倍)读数加可动刻度(0.5 mm以下的小数)读数，题图(b)的示数为
d1＝20 mm＋3.5×0.01 mm＝20.035 mm
则摆球的直径为
d＝d1－d0＝20.027 mm。
(2)角度盘的大小一定，即在规定的位置安装角度盘，测量的摆角准确，但将角度盘固定在规定位置上方，即角度盘到悬挂点的距离变短，摆球摆动同样的角度，摆线在刻度盘上扫过的弧长变短，故摆线在角度盘上所指的示数为5°时，实际摆角大于5°。
(3)单摆的摆线长度为81.50 cm，则摆长为l＝l0＋＝81.50 cm＋ cm≈82.5 cm，
一次全振动单摆经过最低点两次，故此单摆的周期为T＝＝ s＝1.82 s
由单摆的周期表达式T＝2π得重力加速度为g＝≈9.83 m/s2。
[答案]　(1)0.008(0.007～0.009均可)　20.035(20.034～20.036均可)　20.027(20.025～20.029均可)　(2)大于 (3)82.5　1.82　9.83
易错：误以为摆球第1次经过最低点到第61次经过最低点经历了60个周期而造成错误
热学实验
1．“用油膜法估测分子的大小”实验的原理如下：
(1)将油酸酒精溶液滴在水面上，让油酸尽可能散开，可认为油酸在水面上形成单分子油膜层。
(2)如果把分子看成球形，单分子油膜层的厚度就可看成油酸分子的直径。
(3)事先测出油酸滴的体积V和油膜的面积S，由d＝就可以算出分子的直径。
2．“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”实验是探究性实验，要控制实验条件，此实验要控制两个条件：
(1)注射器内气体的质量一定。
(2)气体的温度一定，运用玻意耳定律列式进行解答。
　(2023·山东卷T13)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。
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)某组同学进行实验时，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”)。
命题立意：本题考查了探究等温条件下气体压强与体积的关系实验和误差分析
第一步：根据图像分析压强p与体积V的关系
第二步：由题设条件先求出的值，再根据图乙读出压强的值
第三步：明确题设情况，再根据玻意耳定律分析求解
规范解答：(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，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同学的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
难点：由题设漏掉ΔV，明确关系选取规律进行判断
易错：不理解“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”而出错
光学实验
1．插针法测折射率应注意的问题
(1)实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1与P2之间、P3与P4之间、P2与O之间、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。
(3)操作时，手不能触摸玻璃砖的光学面，更不能把玻璃砖界面当作尺子画界线。
(4)实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
(5)玻璃砖应选用宽度较大的，最好在5 cm以上；若宽度太小，则测量误差较大。
2．用双缝干涉测波长的方法及注意问题
(1)用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式Δx＝λ，即λ＝Δx来计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值。
(2)调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。
(3)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。
(4)调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数。
(5)不要直接测单一条纹间距Δx，要测几个条纹的间距，计算得出Δx，这样可以减小误差。
(6)白光的干涉观察到的是彩色条纹；其中白色在中央，红色在最外边。
　在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图甲所示。已知双缝间的距离为d，在距离双缝L处的屏上，用测量头测量条纹间宽度。
甲
乙　　　　　丙
(1)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示；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，记下此时如图丙所示的手轮上的示数为________mm，求得相邻亮纹的间距Δx为________mm。
(2)波长的表达式λ＝______(用Δx、L、d表示)。
(3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将________(选填“变大”“不变”或“变小”)。
(4)如图丁为上述实验装置示意图。S为单缝，S1、S2为双缝，屏上O点处为一条亮条纹。若实验时单缝偏离光轴，向下微微移动，则可以观察到O点处的干涉条纹间距将________(选填“变大”“不变”或“变小”)。
丁
命题立意：考查用双缝干涉测量光的波长实验步骤和数据处理
第一步：由Δx＝计算出亮条纹间距
第二步：由λ＝Δx计算波长
第三步：由Δx＝λ分析条纹间距
规范解答：(1)题图乙示数为
2 mm＋0.01 mm×32.0＝2.320 mm
题图丙示数为
13.5 mm＋0.01 mm×37.0＝13.870 mm
则条纹间距为
Δx＝ mm＝2.310 mm。
(2)根据Δx＝λ可得波长的表达式
λ＝Δx。
(3)若改用频率较高的单色光照射，则波长减小，由Δx＝λ可知，得到的干涉条纹间距将变小。
(4)若实验时单缝偏离光轴向下微微移动，由Δx＝λ可知，条纹间距不变。
[答案]　(1)13.870　2.310　(2)Δx　(3)变小　(4)不变
难点：相邻亮条纹间距的计算及利用公式λ＝Δx计算波长
易错：计算亮条纹条数时出错及不理解条纹间距决定因素而出错
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